農(nóng)用環(huán)境監(jiān)測式自動化噴灌器

程飛 李躍

摘 要： 為了改善農(nóng)用噴灌的用水方式，達到節(jié)約用水、自動化精準噴灑的目的，設(shè)計了環(huán)境監(jiān)測式自動化噴頭。該設(shè)備由金屬管、水閥、干濕監(jiān)測設(shè)備、電子閥門、噴頭構(gòu)成。設(shè)備使用時，監(jiān)測噴灌后一定深度泥土或空氣中的干濕程度，進行數(shù)據(jù)反饋處理，通過電子閥門控制水流大小，實現(xiàn)噴頭水量的精準噴灌。該設(shè)備真正解決了農(nóng)業(yè)用水浪費的現(xiàn)狀，提高了水資源的利用效率。

關(guān)鍵詞： 自動化噴灌;干濕監(jiān)測設(shè)備;農(nóng)業(yè)用水

一、我國農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)狀

我國是一個水資源極其匱乏，是全球 13 個貧水國家之一，在世界上水資源排名第 121 位，接近世界公認的水資源緊缺國家最低標準水平，解決水資源的分配和利用問題是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的頭等大事。水資源的嚴重短缺已對我國的經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重威脅。此外，我國水土流失面積達295萬km，占國土面積的30.7%，嚴重的水土流失，導(dǎo)致土地退化、草場沙化、生態(tài)環(huán)境惡化，造成河道和湖泊泥沙淤積，加劇了江河下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害，造成土地受災(zāi)，糧食減產(chǎn)。[1]

農(nóng)業(yè)用水一直是我國的主要用水，占全部耗水總量的 55%以上，這其中灌溉用水又占農(nóng)業(yè)用水 90%左右。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)落后造成了大量浪費，目前我國的灌溉，即水的有效利用系數(shù)為 0.53。[2]《全國水資源綜合規(guī)劃》指出，到 2020 年，全國用水總量力爭控制在 6，700 億立方米以內(nèi)，到 2030年，全國用水總量力爭控制在 7，000 億立方米以內(nèi)，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到 0.6。

我國人多地少、水資源短缺且時空分布不均、水土資源與生產(chǎn)力布局不相匹配、水旱災(zāi)害頻發(fā)等特點，是我國的基本水情。[3]

二、農(nóng)用灌溉方式闡述

提高水資源的利用效率始終是各個國家解決水資源浪費的重要途徑之一。各地農(nóng)業(yè)用水需求量大，灌溉時間長。在漫灌逐漸淘汰的今天，噴灌和微灌實現(xiàn)了普及。[1]在現(xiàn)實運用過程中，噴灌的噴灑水量始終是人為控制，沒能實現(xiàn)精準控制，相較于漫灌用水量減少，還是造成了一定的浪費;微灌則在前期基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)費用高;灌溉范圍小;限制了根系發(fā)展;容易出現(xiàn)鹽分積累，不適合大面積灌溉。為解決以上現(xiàn)實問題，本環(huán)境監(jiān)測式自動化噴頭，通過干濕監(jiān)測設(shè)備在泥土或空氣中的信息反饋（懸掛式、掩埋式），根據(jù)灌溉目標的需求，通過電子閥門控制噴灑，真正實現(xiàn)了水資源的高效使用，使用范圍廣，安裝簡便，可實現(xiàn)以上領(lǐng)域集中推廣。

三、基于現(xiàn)狀研發(fā)的環(huán)境監(jiān)測式自動化噴灌器創(chuàng)新之處

（1）將電子閥門安裝在噴頭下方與金屬管的連接處，精確控制水流。

（2）所述的金屬管兩端有外螺紋可安裝不同尺寸的金屬進水口，適應(yīng)不同尺寸的水管，也可通過金屬鎖緊套連接橡膠管。金屬管本身做防氧化處理，延長了實用壽命。

（3）所述的電子閥門閥做防水處理與干濕監(jiān)控設(shè)備相連。

（4）干濕監(jiān)控設(shè)備根據(jù)由單片機控制，根據(jù)所需場地干濕程度提前寫入數(shù)值，也可實現(xiàn)拆卸重新設(shè)置數(shù)據(jù)與檢修。

（5）水閥安裝在金屬管上，為水流總開關(guān)。當水閥打開后，水流觸發(fā)電子閥門，根據(jù)干濕監(jiān)控設(shè)備指令實現(xiàn)噴頭的噴灌。

四、環(huán)境監(jiān)測式自動化噴灌器的形式

（一）掩埋式

將本環(huán)境監(jiān)測式自動化噴頭垂直埋設(shè)于水平地面下，同時應(yīng)將干濕監(jiān)測設(shè)備整體低于地面20-30mm，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確。水閥旋鈕露于水平地面之上，可人為控制供水開關(guān)。電子閥門與干濕監(jiān)測設(shè)備相連，且做好防水處理，保證使用過程中的安全，干濕監(jiān)測設(shè)備接通電源，設(shè)備安裝完畢。打開水閥，此時電子閥門觸發(fā)，干濕監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測泥土干濕程度，控制打開電子閥門，噴頭噴灑灌溉;當濕度到達預(yù)設(shè)值的時候，信息反饋，電子閥門關(guān)閉。實現(xiàn)自動化控制，高效利用。

（二）懸掛式

現(xiàn)溫室大棚懸掛式噴水管網(wǎng)簡陋，只是簡單的地面鋪設(shè)漏管或者頂部懸掛噴頭。懸掛式農(nóng)用環(huán)境監(jiān)測式自動化噴灌器安裝在大棚穹頂。水管連接于水閥處，電子閥門與干濕監(jiān)測設(shè)備相連，干濕監(jiān)測設(shè)備位于設(shè)備最下方，實時監(jiān)測大棚內(nèi)的空氣干濕程度。設(shè)備運行時，打開水閥供水，干濕檢測設(shè)備中所預(yù)設(shè)的濕度數(shù)據(jù)和空氣中的濕度數(shù)據(jù)進行對比，通過電子閥門控制水流大小，實現(xiàn)頂部噴灌。也可人為設(shè)定定時噴灑，據(jù)作物生長習(xí)性對自動化設(shè)備設(shè)置。

（三）加裝水肥混合

作物所需的化肥存放于罐裝容器中，安裝在水閥處，化肥與水混合，可方便結(jié)合施肥。由于化肥同灌溉水結(jié)合在一起，肥料養(yǎng)分直接均勻地施到作物，真正實現(xiàn)了資源利用，提高了肥料的有效利用率，直接經(jīng)過噴頭噴灑，滋養(yǎng)作物生長。此設(shè)計節(jié)約了人力資源，又綠色環(huán)保，避免了土地污染。

五、主要突出優(yōu)勢

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新，造價低，便于推廣。

（2）節(jié)約水資源，提高水的利用率。

（3）自動化控制，節(jié)省人力資源，精確噴灌。

（4）水肥同步，綠色環(huán)保，保證了農(nóng)作物的長勢和食品安全。

（5）模塊化結(jié)構(gòu)，方便檢修。

（6）使用壽命長。可實現(xiàn)拆卸回收，二次利用。

六、結(jié)語

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)約型社會的理念深入人心，節(jié)水灌溉的理念也越來越為農(nóng)民和用水戶所接受，必將成為提高水資源利用效率的保障。[2]政府部門一方面通過規(guī)范措施提高農(nóng)用水的戶自我節(jié)水意識，多方面加強提高水利用率的宣傳;另一方面加大水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資，增加節(jié)水灌溉工程配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，確保水資源的合理使用、合理配置。國家對節(jié)水灌溉設(shè)備行業(yè)的開發(fā)支持以及農(nóng)用水戶節(jié)水意識的增強，促進了節(jié)水灌溉技術(shù)的進步和節(jié)水灌溉行業(yè)的發(fā)展，也成為行業(yè)持續(xù)發(fā)展的不竭動力。

參考文獻：

[1]劉雙雙，韓鳳鳴，蔡安寧，張可，金巍.區(qū)域差異下農(nóng)業(yè)用水效率對農(nóng)業(yè)用水量的影響[J].長江流域資源與環(huán)境，2017，（12）.

[2]黃昌碩，耿雷華，陳曉燕.農(nóng)業(yè)用水效率影響因素及機理分析[J].長江科學(xué)院院報，2018，（1）.

[3] 馬劍鋒，王慧敏，佟金萍.技術(shù)進步與效率追趕對農(nóng)業(yè)用水效率的空間效應(yīng)研究[J].中國人口·資源與環(huán)境，2018，（7）.