有关节水灌溉自动控制技术现状趋势毕业论文写作资料-论文写作网

简介:关于本文可作为灌溉技术方面的大学硕士与本科毕业论文灌溉技术论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。

灌溉技术论文范文

摘要：随着我国经济的不断发展,水资源短缺现象日益凸显,我国农业生产的平均水利用率与发达国家相比,存在较大差距.准确掌握节水灌溉自动控制技术的发展成就与研究现状,并对未来的发展方向进行展望,对于改变我国农业经济增长方式和实现农业可持续发展都具有重要的现实意义.

关键词：节水灌溉；控制技术；现状；趋势

引言

水,是植物的主要组成部分,也是植物生长发育的关键生态因子,植物的光合作用、呼吸作用、矿物质营养吸收及运转,都必须有水的参与才能完成.同时,水又是植物体与周围环境相互联系的重要纽带.植物的水分代谢一旦失去平衡,就会打乱植物正常的生理活动,严重时能使植物体死亡[1].

水是农业生产的重要原料,在农业生产中消耗的淡水量占人类消耗淡水总量的60%～80%[2].

世界的水资源分布十分不均,除欧洲外,其他各洲都不同程度地存在一些严重缺水地区,最为明显的是非洲撒哈拉以南的内陆国家.占人口40%的80个国家严重缺水[3].人均水量在1000m3以下的严重缺水国家全球共有15个,目前,全世界有10亿人得不到可用来消费的水,有20亿人生活在不卫生的状况中,在未来的几十年里,随着世界人口的继续增长,人与水之间的矛盾将日益凸显.

我国人均占有量和单位面积耕地占有量都很小,地域和时间分布又极不均衡,农业用水短缺形势非常严峻.目前,我国水资源短缺与农业用水粗放低效状况并存.而水资源的粗放低效利用,又加剧了水资源短缺程度.我国农业用水的利用率和效率都很低,和一些发达国家相比有很大差距[4].我国农业节水的潜力十分巨大.通过发展节水灌溉,提高我国农业用水利用率与利用效率,在满足灌溉的同时,又能将节约的水用于生产、生活,对于社会的可持续发展具有重要意义.

综上,认真研究和准确把握节水灌溉自动控制技术的现状及发展趋势,对未来节水灌溉控制技术的发展具有重要的指导意义.

1. 发达国家的节水灌溉自动控制技术

节水灌溉在国外的发展已经有了近百年的历史,美国早在20世纪20年代就已应用管道输水技术,低压管道灌溉面积已占总灌溉面积的50%[5],第二次世界大战以后,西方国家经济恢复很快,节水灌溉技术和设备的研制也得到了迅速发展,50年代以后,由于塑料工业的飞速发展,以塑料为原材料的滴灌和微喷灌系统逐渐发展起来,到1991年全世界的滴灌和微喷灌面积已达到160万hm2[6].目前,超过100个国家和地区采用了微灌技术,英国、德国等国的旱地灌溉面积中90%采用了喷灌技术.除此之外,美国、法国、英国、日本、以色列等发达国家采用了先进的节水灌溉系统,自动化程度很高.灌溉事业发达的国家根据各自的国情,综合考虑社会、经济、资源、环境和技术因素,采取了适合本国特点的农业高效灌溉措施.

以色列是世界上节水灌溉技术最有代表性的国家,其温室种植以微灌、滴灌为主.以色列温室滴灌用水的最高水利用率为95%,目前普遍应用一体化滴灌管,滴头和滴灌管合而为一,安装和使用非常方便,寿命可长达20年[7].压力补偿型的内镶式滴管,有效提高了灌水均匀性,在水流进口处还安有过滤装置.在运行开始和结束时具有自冲洗功能,能减少堵塞.以色列开发了一系列用于温室灌溉的微喷头产品.每个喷头的耗水量大约在每小时30～300L之间,喷洒半径为1～6m.这种灌溉方式可以使水的有效利用率达85%.以色列开发出的系列化缝隙式、折射式、旋转式微喷头及连接件产品,材质好、耐磨损、喷洒效果好[8].以色列近几年推出的脉冲式微灌技术代表着一种新的灌水方式的应用,节水效果更好[8].微灌系统中自动施肥系统的应用已经非常广泛,施肥器受计算机或小型控制器控制,以实现精确施肥.在以色列,已经出现了在家里利用电脑对灌溉过程进行全部控制的农场主.以色列拥有像耐特费姆、普拉斯托、美滋-雷鸥等多家世界著名灌溉公司.

美国是目前世界上微灌面积推广最多的国家,1991年就已经超过了60万hm2[9].雨鸟公司研制生产的并已经被广泛应用的紊流压力补偿滴灌带,抗堵塞性能好,压力补偿功能使得出水均匀,并可埋于地下,减少蒸发损失.微喷头品种较丰富,装拆和清洗方便,配套产品也很发达.控制器可根据控制程序,一天内多次开启,在温室使用自动灌溉控制效果尤为明显.

法国的肥料农药混合器代表了当今国际领先水平,它不用电力而依靠水压驱动,能调节浓度,具有较高的精度控制能力,比普通的压差式施肥器的施肥精度有很大的提高.

除此以外,英国、日本、澳大利亚、罗马尼亚也都是节水灌溉技术较为发达的国家.

近年来,美国、以色列和加拿大等国家,将电气信息技术、人工智能技术应用到节水灌溉自动化控制中,控制精度和智能化程度越来越高,可靠性越来越好,操作也越来越简便.以色列开发的佳维士（G论文范文ISH）控制系统是一套计算机的温室小气候和施肥控制系统,基于G论文范文ish自主开发的软件,具有很大的灵活性而且可以根据用户特定的要求很方便进行论文范文；美国人phena和Howell等在灌溉系统的控制中使用了土壤湿度传感器,通过土壤水分传感器把土壤湿度反馈给控制系统,根据传感器获得的数据决定是否灌溉,使作物根部总能保持一定的湿度,模糊控制技术及神经网络等人工智能应用在灌溉控制器上取得较好的结果.

近年来,国外节水灌溉系统正朝着信息化、自动化、高效化的方向发展,智能技术、计算机技术、气象数据检测技术陆续应用于灌溉的信息管理和决策,随着模糊控制、神经网络等新技术为节水灌溉自动控制系统的研制开辟了广阔的应用前景[10].

2. 我国节水灌溉自动控制技术的研究现状

我国农业灌溉有着悠久的历史,但旱田是大水漫灌,水田是串畦淹灌的传统灌水方法,浪费了大量水资源,影响了作物的产量和品质,建国前,除了在少数灌区建设有少量渠道防渗外,我国的节水农业基本是个空白,建国以后,我国的节水灌溉技术有了长足的发展,取得了巨大的成就,20世纪50年代初引进了喷灌技术,并在北京等大城市效区对蔬菜进行试点应用；50～70年代,我国开发新水源、建设新灌区和改建扩大旧灌区,采取渠道防渗新技术,健全渠系建筑物,划小畦块,平田整地,按作物需水量进行灌溉,以及加强灌溉区管理、合理配水等节水措施；到20世纪70年代喷灌技术受到普遍的重视,随着几次全国性的技术研讨和推广大会的召开,在交流技术经验、扩大舆论影响等方面都起到了很好的作用；1974年,我国从墨西哥引进了三套滴灌设备,滴灌技术开始在我国迅速发展起来,我国科技人员吸收了国外的先进经验的基础上,研制出了一整套适合我国国情的滴灌设备,推动了滴灌技术在我国的迅速发展；由于塑料工业的发展,到20世纪80年代地下输水技术发展成为低压管道输水灌溉技术,主要采用低压塑料管输水.经过几十年的发展,据水利部农村水利司统计,截止到2008年底,在中国可耕种土地面积上,实施应用渠道防渗、低压管道刚爱喷灌、微灌灯节水灌溉技术和工程措施的面积大约已达到2333.33万hm2,其中采用喷灌、微灌技术和工程措施的面积约为400万hm2.

喷灌系统:直击抗旱一线：滴水灌溉技术抗旱显成效

目前,我国应用最为普遍的节水灌溉技术和实施的工程措施是渠道防渗和低压管道灌溉.中心支轴式（时针式）、平移式和滚移式等大型喷灌机械在内蒙古、宁夏等西部地区兴起的薯类作物和牧草灌溉中应用较多；卷盘式喷灌机等中型喷灌机械、金属管道类半固定式喷灌系统曾在我国北方大力推广使用.但由于自身缺陷,目前仅在少数地区使用；从国外引进的塑料喷水带灌溉系统是近几年在我国使用日益广泛的一种灌溉设备.这种灌溉系统因其比金属管道类半固定式喷灌系统节省劳力,比金属管道类全固定式喷灌系统论文范文低廉而受到农民的欢迎,尤其在江浙、广东、海南、福建等经济较为发达的地区,这类灌溉系统目前用于蔬菜、水果、花卉等经济类作物的种植较为普遍.滴灌技术和设备在我国新疆地区棉花,番茄,甜菜等作物种植上大面积使用已经获得了很大的成功.滴灌技术在我国其他省区的蔬菜、花卉、水果、药材、林木等的种植上应用也很广泛.最近,已经有在东北玉米种植上使用滴灌技术的实例.这项技术是近年来日益受到我国农、林、园艺种植欢迎的一种灌溉技术.微喷技术在园林、运动场、花卉和果树种植上使用较多；自动控制灌溉和信息化智能灌溉因其对系统设计、设备选型、施工安装和运行操作环境技术要求很高,并且论文范文昂贵,目前在我国尚属高端灌溉,所以我国一般在高尔夫球场灌溉系统和园林灌溉系统上使用.

近年来,我国在节水灌溉自动化研究方面作出了有益的探索,中国农业机械化研究院研制的2000型温室自动灌溉施肥系统,可以多种方式对灌溉行为进行控制,在温室内较为适用[11]；中国灌排技术开发公司开发的微灌自动监控系统和中国农业大学研制的自动化灌溉控制系统均以单片机为核心,可以实现对土壤含水率数据的多通道采集,实现灌溉的多通道控制；中国科学院农业机械化研究所研制成功的”节水灌溉供水自动化测控系统”在江苏省射阳县新洋港农业综合开发示范区大显身手,产生了较大的经济效益和社会效益；河海大学与相关企业联合研制了”设施农业节水灌溉远程控制系统” [12],使用户可通过计算机或手机实时掌握温室内的温湿度等植物生长数据,温湿度超标时能及时发出声光报警,并向用户发出报警短信；用户可远程控制设备动作,开关水泵或调节光照等.系统还具有自动存储功能,可方便用户查阅温室运行历史数据.

随着我国经济的快速发展,城市化建设步伐的加快,节水灌溉技术在农业（尤其是高附加值作物种植）、畜牧业、林业、园林绿化、运动场地、环境保护（降尘除尘）等行业和领域得到日益广泛的应用,并取得了显著的经济效益和广泛的社会效益.但是,目前的灌溉控制器论文范文昂贵,农民承受不起,影响了技术的普及和应用.

3. 节水灌溉自动控制技术的发展趋势

多年以来,为了合理的、高效的利用世界上短缺的水资,世界各国的科学家们不断的努力研制新型的节水灌溉自动控制技术,取得了很大的成就.我国通过不断的消化吸收引进的技术和自主创新,在节水灌溉自动控制技术上也取得了长足的进步.

随着计算机技术、网络技术、农业技术、机电一体化技术的进步,节水灌溉自动控制技术将向智能化、信息化、多功能化等方向发展[13],具体表现在以下几个方面：

1）由于气象条件的波动及植株的不断生长,作物的蒸散量每天都会有所不同.高端的灌溉自动控制系统可以根据采集的气象数据计算参考作物的蒸散量ETo值,再根据不同植物的作物系数Kc,确定不同的需水量,根据不同植物的需水量自动调整不同阀门的开关时间,达到按需灌水的目的.

2）近年来,互联网技术和移动无线通讯技术得到了极大发展和普及,通过互联网和手机进行信息采集和决策实施是未来温室控制趋势所在；视频监控技术与互联网技术和移动无线通讯技术（3G技术）的结合也将是大势所趋,新技术与节水灌溉自动控制技术的结合将大大提高系统的信息化水平.

3）系统功能多.目前,节水灌溉既不是简单的工程节水和水管理节水问题,也不是简单的农艺节水和生物节水问题,而是需要综合运用计算机技术、电于信息技术、红外遥感技术以及其它技术对土壤水分动态、土壤水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况等方面的数据监测、采集和处理手段,促进了农业用水管理水平的快速提高.