微灌自动控制（通用8篇）
微灌自动控制 篇1
以新疆兵团南疆某团场田间微灌自动控制系统为例,田间种植作物为枣树,灌溉形式为滴灌,实施自动控制系统用于远程控制田间阀门,实现对作物定时、定量的精准灌溉。
田间灌溉自动控制系统由中央控制室、基站、阀控器、电磁阀等构成。中央控制室给基站下命令,基站将接收到的命令传输给阀控器,阀控器接收信号后控制电磁阀的启闭,实施田间灌溉。
中央控制室和基站、基站和阀控器、阀控器和电磁阀相互之间的连接方式,包括信号传输方式有多种方案可供选择,并且对投资影响较大,因此要对信号传输方式进行方案比选。信号传输方式有2大类:无线传输和有线传输。
1 无线方案
信号无线传输方式指信号传输介质为非实体,主要有无线电波传输,GSM/GPRS无线通信网络传输,卫星传输。
其中无线通信网络和卫星传输需要付使用费,部分团场采用GSM网络传输,1个阀控器即1个地址每月使用费5元, 1个阀控器年使用8个月保号4个月合50元/a,1个阀控器控制0.76 hm2,合每公顷地年使用费65.7元,GSM、CDMA无线通信网络传输的优点是其天线高度小(小于0.2 m),可以与普通通信终端(移动电话、固定电话)连接,前提条件是当地GSM、CDMA无线通信网络畅通。
卫星传输年使用费较高,付费网络硬件投入大,优点是通信网络有保证,信号传输效果好。卫星传输因使用成本较高被排除。
无线电波传输是利用公用免费频道,自建通信网络,不需要网络使用费,信号传输效果稍差。公用免费频道要求功率不大于10 mW,其信号相对较弱,需要架设较高天线。公用收费频道可以加大功率,但收费较高(估算每点每年要1 000元),大于利用电信供应商无线通信网络成本。公用免费频道无线电波传输缺点是其天线高度要求较高,需要大于枣树高度,即天线高度要达到3 m。天线高度较高后,容易受损坏,也影响田间劳作。经其他灌区实践证明,天线受损坏是田间灌溉自动控制系统使用寿命短的主要因素。
GSM/GPRS网络具有交互能力强、传输范围广、通讯费用低、移动性好、使用方便等优点,可提供高达115 kbit/s的传输速率,分组交换接入时间少于1 s,能提供快速及时的连接,目前已在农田信息采集传输方面得到应用要求。项目区GSM无线通信网络信号稳定,当使用电信供应商无线通信网络时还可以申请加装信号塔,要求电信供应商确保信号强度满足解码器信号接收传输需求。
从系统的使用寿命,信号稳定程度综合考虑,无线方案采用GSM/GPRS无线通信网络传输信号较优。
无线方案(见图1)在中央控制室、基站上设置GPRS通信模块,在田间阀控器上设置GSM通信模块,利用电信运营商无线通信网络传送接收数据。中央控制室将控制方案、阀门动作指令信号通过GSM公网传输到阀控器的通讯模块,阀控器根据通讯模块的信息向电磁阀发送控制指令,电磁阀动作执行;同时阀控器接收电磁阀的状态信号,将信号通过GSM公网发送到中央控制室。基站采集流量压力数据通过GPRS公网传送至中央控制室。最后在计算机上显示、保存相关状态信息以备操作人员等查询,并根据需要设置自动打印,制定纸制档案。
2 有线方案
信号有线传输方式指信号传输介质为实体,主要有电缆传输、射频传输、网络传输、光纤传输。本项目信号量少,中央控制室和基站采用光纤传输,基站和田间阀控器采用电缆传输。
信号电缆连接基站和电磁阀,传输基站向电磁阀发出的信号,输送电压为AC24 V。电缆采用铠装电缆,免套管,防鼠、防水。中央控制室和基站之间也采用电缆连接,通过电缆传送接收数据。
电缆传输信号的方式有分散式链路连接方式和总线型连接方式。分散式链路连接方式中,基站到每个电磁阀都单独设置1根单心电缆,信号通过电缆传输给电磁阀,不需要设解码编码设备;总线型连接方式采用双芯电缆,1根电缆内2根心线串成一个回路,电磁阀在这2根线上搭接,信号传输后需要设解码编码设备。分散式链路连接方式在田间系统自动控制领域为淘汰技术,经技术经济比较选择总线型连接方式。
中央控制室将控制方案、阀门动作信号通过光纤传输到基站,基站将信号通过电缆传输到阀控器,传递给电磁阀控制指令,电磁阀动作执行;同时电磁阀的状态信号,通过电缆传送到基站,基站通过光纤将此信号发送到中央控制室,最后在计算机上显示、保存相关状态信息以备操作人员等查询。在中央控制室和基站上设置转换器转换传输信号。
3 方案比较
有线/无线传输方式比较见表1。
无线方案与有线方案的主要区别是传输信号的方式不同,无线方案中央控制室和基站、中央控制室和阀控器之间传输信号采用GPRS/GSM网络无线传输方式;有线方案中央控制室和基站之间采用光纤连接,基站和阀控器之间采用电缆连接。2种方案都能传输命令、反馈状态,达到的功能一样。
无线方案的特点:①施工简单;②信号稳定性稍差,有延时现象;③需要运行费,合每公顷每年75元;④造价稍低;⑤需要每灌溉季节更换电池或充电电池。
有线方案的特点:①施工相对麻烦,需要开挖管沟,线路连接技术要求高;②信号稳定,瞬间到达;③维修难度稍大;④造价稍高;⑤运行不发生费用。田间设备能否安全运行是考虑重要因素之一。
本项目主要特点为种植枣树,枣树树干高度达到2.5～3 m,园区不需要每年翻耕。当采用GSM/GPRS无线通信网络时,带有小天线的阀控器需要外置。当采用有线方案时,电磁阀及阀控器可以装箱置于地面以下。种植枣园,农户每年需要雇请临时工,田间设备的维护及安全运行较受影响,现状就有农户将球阀置于地面以下防止损坏的情况。
当采用有线方案时需要铺设线缆,线缆不受损坏即防止线断是项目安全运行的条件之一。因项目区不需要每年翻耕,电缆线埋设于地面以下60 cm,电缆线采用防鼠咬、防水泡电缆,电缆不受损坏可以保证。当电缆出现线断的情况时,首先由中央控制室自诊断功能诊断,提高传输电流强度,频率由1 Hz左右提升到50～60 Hz,然后通过能动作的阀门与不能动作的阀门的位置初估断点区域,之后通过线钳表及伏欧表采用1/2距离排除法即可找到断点,将断线处重新连接即可。电缆不易受损坏,即使损坏也有较简易的办法进行维修查找。
运行期间是否发生费用也是本项目能否持续产生作用是考虑的重要因素之一。农户对于运行发生费用较敏感。无线方案需要每年每公顷约75元钱上交给电信运营商,同时需要每灌溉季节更换电池或给电池充电;有线方案运行不发生费用,田间亦不需要更换电池或给电池充电。
工程投资是否经济也是项目考虑的重点因素。无线方案设备直接费3 948.15元/hm2,有线方案设备直接费4 264.05元/hm2,有线方案较无线方案高约8.0%。
通信质量方面无线传输方式和有线传输方式都能满足使用要求,但无线传输利用GSM/GPRS无线通信网络传输存在着延时,存在着误码及丢包的情况,误码率≤10-4;利用通信电缆传输信号,不存在延时,不存在误码的情况。有线传输方式通信质量优于无线传输方式。
有线方案和无线方案都有在田间灌溉系统自动控制中实际应用,2种方案各有优缺点,2种方案投资相差较小。无线方案是最近几年田间灌溉系统自动控制的主要方式,但有线方案对果园适应性较好。
4 结 语
有线方案和无线方案都能在田间灌溉系统自动控制中满足信号传输要求,需要每年翻耕的大田作物采用无线传输方式即GSM/GPRS无线通信网络传输较优;每年不需要翻耕的果树采用有线传输方式即利用通信电缆传输信号较优。
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微灌设备生产现状和发展趋势 篇2
关键词 微灌设备；生产现状；发展趋势
中图分类号：S277.9 文献标志码： 文章编号：1673-890X（2014）21--02
农业节水是一项真正的革命性技术，对缓解我国的水资源短缺，实现水资源高效利用具有重要的现实意义。我国大力发展农业，满足广大人民群众对不断提升生活水平的基本要求，这就需要再进一步在扩大灌溉面积的情况下，实现节水，全面实行农业节水，采用高效节水灌溉技术来改造传统的灌溉方式，提升水资源的利用效能，实现农业的可持续发展。
1 微灌设备的生产现状
1.1 微观设备灌水器规格日益增多，并且有些产品生产已经逐渐系列化
从原来的第一代单一型管式滴头逐渐发展到当前使用的微灌滴头、孔口式滴头、可调节式滴头等；从滴头产品逐渐增加到微喷系列产品：旋转式、缝隙式、导流芯等；由人工在毛管的中间部分进行串接管式滴头发展到在毛管上面旁插式滴头，再发展到内嵌式迷宫滴灌管等。在管材的材质方面，也从原来的单一性质的逐渐发展到等多种管，其规格也从原来的10种管径渐渐发展到多达20余种的产品。管径从原来单一性逐渐发展到内外径2个品种。在管件的连接方式以及结构方面也实现了新的扩展与进展，从单一性的内承插式管件与法兰等连接方式。管件的材料也从慢慢发展到工程塑料等多种材质。管件的品种以及规格从原来的60多种，逐渐发展到目前的400多种。净化过滤的设备的品种规格、种类实现了开创性进展。从原来的第一代的钢体过滤器与立式的铜筛网两类规格，渐渐发展至多种型号不锈钢过滤器、筛网式过滤器、碟片式过滤器等。从过去的单一性筛网式样的过滤器逐渐发展到砂石过滤器以及旋流水砂分离器等相关的一系列产品。比如，茶园滴灌技术将微型蓄水池与滴灌技术结合之后形成蓄水滴灌。
1.2 基本配套方面
微灌专门使用的施肥排污阀、专门的塑料球阀等研制获得突破进展，进行广泛使用，真正填补了国内无微灌专用塑料阀的历史，针对微灌系统中避免出现堵塞提供了开创了好条件。水阻接头、水阻管、压力流量调节器及脉冲发生器等产品在研制成功后，这让微灌网进一步提升了灌水的均匀度，进一步简化了微灌网本身的设计计算，全面降低了造价发挥了建设性作用，多种排气阀以及调节装置等都确保了微灌运转提供了全面的保证。比如，茶园滴灌需要按照山地地形将山沟水截流后，让水可顺利流进饮水池。蓄水池和灌溉的茶园需要存在适当落差，确保水能流到灌溉茶园内。
1.3 微灌设备产品在生产研制中存在的问题
微灌设备产品在生产研制中存在的问题，主要表现在以下几个方面：首先，目前我国的微灌设备的品种相对来讲规格较少，配套水平与系列化方面存在一定的问题。其次，微灌设备产品的质量在稳定性方面欠佳，有些产品的均匀度低、质量不高，微灌产品材质配套方向方面的问题，长期不能得到很好解决，这是微灌设备产品质量不能提上去的重要因素。再次，微灌技术试验研制和成果使用中，微灌同步化肥施用方式和机理成果不多，微灌工程中使用少，污水滴灌、咸水滴灌试验研究方面的成果不多，这对咸水与污水滴灌的使用产生负面影响，尤其是在城市园林方面的使用方面，是需要解决的重大课题。最后，微灌专门的防锈和耐磨水泵产品方面还存在大量的空白，因为微灌系统本身是小水勤灌，在使用的过程中较为频繁，水泵连续运作的时间相对较长，水泵的叶轮容易磨损与生锈，为微灌造成一定堵塞，由于开发系统还需要再开发其他水泵系列。
2 微灌设备的生产发展趋势
首先，全面改进筛网过滤器中的内部密封结构，解决好密封性不佳的问题；适当增加每一种过滤产品的规格，并且研发更换一些新的产品，形成不同规格的系列化，提升全面的配套水平。研究专门的储存肥料的装置等相关产品，适当增加大容积施肥罐，形成不同规格的化工产品。比如，茶园滴灌的管网主要包含主管、毛管以及闸阀等。
其次，茶园滴灌越来越受到了茶农的关注，因此，这方面的产品也成为重点研发对象。山地茶园滴灌需要做到以下几点：省水、滴水均匀、节能、适应性强及能实现茶园增产等方面，因此，在茶园滴灌设备生产方面是未来发展的重点方向之一。
再次，针对滴水器来讲，需全面研究滴管、薄壁滴管和多孔滴灌带等方面的新产品，尤其是内部镶嵌式滴灌管道和重力滴灌管，在这方面国内研究还处于空白，需要全面开发市场；对当前已使用的微喷头，如折射式及缝隙式，还需进一步适当增加品种与规格，渐渐形成一系列新产品，并对进一步改进产品，提升部件的抗老化性以及延长使用寿命方面起到建设性作用。
最后，进一步增加塑料球阀类的产品规格，并改进该结果，提升加工制造的精度及具体密封性能，实现和当前的定型管材进行有序配对。继续增加压力流量来调控新产品规格，形成一系列不同规格的产品，进一步扩大产品的组成范围。
浅谈微灌技术 篇3
关键词：微灌技术,特点,现状,措施
1 导 言
中国是个严重缺水国家。所以, 水的问题很重要。中国的农业用水全国用水总量的40%左右, 水是农业的命根子。如果没有水, 就不可能发展农业。目前中国作为一个农业大国, 用占世界人均不足10%的耕地养活着占世界22%的人口, 令世人瞩目。但却付出了沉重的代价:地下水位下降、水资源减少、河湖干枯、季节性缺水、江河污染、水土流失、环境恶化, 都严重的制约了我国农业的可持续发展。建立一个节水型的农业意义十分重大, 农业和水是人类生存永恒的主题。现代化的农业和节约型的社会都召示着我们关注用水问题。农业灌溉应以节水为目标, 使用先进技术, 争取最佳灌溉效益。微灌技术是中国农业及人类社会普遍应该重视的一项技术, 应大力推广。
2 微灌技术的特点
所谓微灌技术, 就是指包括滴灌、微喷灌、雾灌、渗灌、涌灌、淋灌等节水灌溉技术。这项技术在我国起源于20世纪70年代到80年代。进入90年代, 微灌技术在我县开始零星兴起。试验和应用情况表明:微灌技术具有节水、节能、节资、增产的明显效果。
2.1 微灌技术的不同点
2.1.1 滴灌是将低压水通过小孔口的滴头或商管成壮均匀、缓慢地分配到作物根区土壤中。
2.1.2 微喷灌是将压力水通过微小喷头 (或喷嘴) 喷洒在作物根区周围的封表面上。
2.1.3 雾灌是将压力较高的水通过微孔口变成细小的水滴 (呈雾壮) 喷在作物所在的空间。
2.1.4 渗灌是将低压水通过在表土层的渗管 (或渗头) 均匀渗入作物根系。
2.1.5 涌灌是将低压水通过置于作物根部附近地表的有开口的小管向上涌出后渗入土壤中。
2.1.6 淋灌是将压力通过小孔口管喷在作物空间区。
2.2 微灌技术的共同点
2.2.1 流量很小。通常在0.5m3/h以下。其中, 滴灌的流量最小, 为0.007m3/h。
2.2.2 设备多用塑料制成。塑料成型容易, 表面光洁, 易于安装。塑料管孔径可以做得很小, 内径可小到0.3mm, 而内壁仍很光滑, 但要求有较严格的过滤装置, 以防堵塞。
2.2.3 出口后的水的压力很低。对土壤的侵蚀作用很小, 如滴灌出口的压力为零, 微喷灌和雾灌的工作压力较大, 但喷出后的水压力仍然很低。
2.2.4 由于出口后的水湿润范围很小, 故出水口大多邻近作物根区形成局部灌溉, 要求灌水均匀较高。
3 微灌技术的优点
3.1 省 水
微灌能较好地掌握灌水深度和湿度范围, 能将水适时也直接灌在作物根区土壤, 水能直接被作物吸收利用, 避免了向土壤深层渗漏及表土水分蒸分等损失, 可节约用水30%~70%。此外, 由于微灌用水少, 而且是在低压条件下工作, 节能效果也较显著。
3.2 省 工
微灌多采用固定听式系统, 运行方便, 灌水效率高, 而且灌水能结合施化肥、农药、除草剂等。微灌系统的干、支管常埋在地下, 基本不占土地, 且田间工程量小, 施工容易。使用时只需开关电源, 就能完成灌水。追肥作业不需修沟渠, 不需专人看管。可以节省部门人工费。
3.3 省 钱
由于用水少, 尽管暂时农业上还未实行有偿用水, 但将来一旦出台和实行这方面的政策, 仅此一项就可节省用水费用30%~70%。另外, 化肥、农药、除草剂等可随水灌溉放用, 又可节省部分人工费。
3.4 不受地形限制, 适应性强
微灌技术能适应各种复杂地形, 不同的土质和不同的作物。水可通过管孔直接作用在作物根部区域。
3.5 防止草荒和土壤板结
微灌技术能有效的防止因大水漫灌引起的草荒和土壤的板结。
3.6 增产明显
微灌后, 土壤水分始终在最优的含水状况, 土壤疏松, 有完好的团粒结构, 通气性好, 故作物根系发达, 生长茂盛。由于微灌不淋湿棵间土壤和作物叶面, 可减少虫害, 抵制杂草丛生。微灌还可以不分白天黑夜地进行, 若白天灌溉, 能促进作物的光合作用, 若夜间灌溉, 还可以滋润植物和土壤, 减少蒸发。据试验结果表明, 玉米微灌后可增产20%~35%, 小麦增产25%~80%, 蔬菜增产150%, 果树增产效果则更为明显。
4 微灌技术发展状况及原因分析
4.1 设备品种不全, 配套性差, 水力驱动装置尚不成系列, 调速装置转速低, 影响了喷灌机的喷洒均匀性。
4.2 投资成本太高, 约为衬砌灌溉的5倍, 农民难以承受。
4.3 制造质量差, 性能不稳定, 特质PE软管性能不过关。
4.4 工艺落后, 成口率低。进入90年代, 合成树脂出现, 我国的产量居世界第5位, 塑料制品产量第2位。但塑料制品应用领域目前主要是建筑行业, 其尺寸、规格性能指标不符合灌溉用管要求, 配套附件更是不全, 尤其是管径在250mm以上的管材配套附件几乎是空白, 很难形成经济合理的灌溉网络。
4.5 与发达国家相比技术差距过大, 制造和使用仍停留在已经落后的水平上。在我国微灌设备市场上, 目前仅发现有些胶质软管做为微灌设施出售, 而且使用寿命短, 理论上一般为15年左右。
微灌技术虽然作为一种较先进的技术, 但目前在我国的发展水平不平衡, 发展速度相当缓慢, 与中国的国情不是很协调。主要原因, (1) 我国的人口多, 底子薄, 生产力仍处于恢复和发展时期, 生产和生活需求大, 各方面需要办的事情太多, 与眼前宏观事物相比的微灌技术则显得微不足道, 不可能引起国家有关部门的太大关注; (2) 我国的制造技术、生产工艺和发达国家比, 尤其是与以色列相比, 确实存在着长期落后的差距, 要想一下子赶超过去, 也是不大可能的, 仍然需要一定的时间和过程; (3) 微灌技术被作为先进的技术, 在我国从上到下存在着一种没有引起足够的重视的问题, 导致微灌技术相关产业发展缓慢, 这也是最主要的原因之一。
5 微灌技术推广的措施
微灌技术, 从微观角度讲, 是业务上、技术上的小事。但从宏观角度讲, 微灌技术是大事, 它关乎着人类生死存亡的大事。因为水是有限的, 人类如果哪一天没有了水, 包括人类自己在内的地球上的生命都将无法生存。所以水的问题, 是关系到人类可持续发展的问题。人类要发展必须从现在做起, 就是要倡导既节约用水, 大力推广微灌技术, 发展微灌事业, 扶持微灌产业。
5.1 加强宏观指导, 制定出水的合理价格, 实现灌溉用水的有偿化。
5.2 国家应重视对微灌设备制造业的投入, 促进科研快速与微灌市场对拉, 与先进国家技术对接, 生产出价廉质优的微灌产品。
5.3 加大对微灌技术节水的宣传力度, 树立全民节水的意识。
5.4 加快步伐, 开展科学研究。 (1) 注重对微灌技术和设备的研究; (2) 注重开展作物需水预测和预报技术的研究; (3) 开展作物需水规律的研究和试验; (4) “洋为中用”。从我国人口国情出发, 最大程度地学用以色列国家农业节水灌溉的理论和先进技术, 尽快进行技术市场对接, 走出一条有中国特色的社会主义节水道路。
参考文献
微灌技术的推广发展前景 篇4
一、微灌技术在国内外的应用
水资源利用较好的国家, 有80%以上的灌溉面积实现了喷灌、微灌化。世界灌溉设备的生产供应主要集中经济发达的美国和欧洲。以色列是亚洲生产国的代表, 也是世界上较早使用微灌技术的国家之一。在以色列, 微灌等现代节水灌溉技术已经完全取代了传统的沟渠漫灌方法。最现代化的微灌系统都装有电子传感器, 通过计算机在办公室可以全程遥控施肥和灌溉。
国内推广发展微灌技术八十年代就已开始, 但效果并不理想, 主要在新疆的棉花、果蔬和中西部个别地方的果树种植方面有所推广, 而在农业覆盖面积大、灌溉水资源需求大、旱情相对严重的华北、东北小麦、玉米种植区并没有多少推广。因此我国微灌技术的应用与发达国家相差甚远, 推广发展微灌技术刻不容缓且任重而道远。
二、微灌系统的组成
微灌系统通常由水源工程、首部枢纽、输配水管网和灌水器四部分组成。
水源:江河、湖泊、水井等均可作为水源, 但其水质需过滤处理后符合微灌要求。
首部枢纽:包括水泵、动力机、肥料和化学药品注入设备、过滤设备、控制器、控制阀、进排气阀、压力流量测量仪表等。
输配水管网:输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水, 按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器, 包括干、支管和毛管三级管道。毛管是微灌系统的最末一级管道, 其上安装或连接灌水器。
灌水器:灌水器是直接施水的设备, 其作用是消减压力, 将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤。
三、微灌技术的特点
微灌与传统的沟渠漫灌相比具有明显优点:1.节水效果明显, 灌溉水的利用率高;2.省肥省力节能;3.增加种植面积。减少沟渠占地;4.减少病虫害及杂草生长, 防止土壤板结;5.适应性强。干旱沙漠地区, 不同类型的地形均可适应;6.可控制温度和湿度;7.提高作物产量, 增产增收。
微灌技术的缺点是一次性投资大, 成本高, 水肥同施时易堵塞。
四、微灌技术的分类
微灌可分为滴灌、微喷灌、小管出流和渗灌等。
1.滴灌
滴灌是微灌系统尾部毛管上的灌水器为滴头或滴头与毛管制成一体的滴灌带将有一定压力的水消能后以滴状一滴一滴的滴入作物根部进行灌溉的方法。使用中可以将毛管和灌水器放在地面上, 也可以埋入地下30-40㎝。前者称为地表滴灌, 后者称为地下滴灌。
2.微喷灌
微喷灌是微灌系统尾部的灌水器为微喷头。微喷灌由微喷头和微灌管组成, 微喷头可分为固定式微喷头和旋转式微喷头。固定式微喷头包括折射式、缝隙式和离心式等。旋转式微喷头以反作用力驱动转轮旋转, 水呈射流状出流。微喷头的流道大于滴头约15㎜, 出流形式为喷洒状态, 因而抗堵塞性能好于滴灌, 同时还可以改善田间或温室内的小气候。主要用于果树、温室和苗圃等。
3.小管出流
小管出流是用直径4毫米的微管与毛管连接作为灌水器, 以细流或射流状局部湿润作物附近土壤, 流量一般为80-250L/h。对高大果树通常围绕树干修一渗水小沟, 以分散水流, 均匀湿润果树周围土壤。
4.渗灌
渗灌是一种地下微灌形式。在低压条件下, 通过埋于作物根系活动层的渗灌管, 根据作物生长所需的水分、空气和可溶性肥料, 定时定量地向土壤中渗透供给作物。由于没有安装灌水器 (滴头或微喷头) , 所以渗灌管无明显出水孔, 渗灌时象出汗一样。渗灌期间可保持地表和作物表面为干燥状态, 抑制了作物叶面真菌的生长。又由于渗灌管埋于地下, 最大程度地减少灌溉过程中水的损失, 同时也减少了喷灌的重叠, 加大了土壤的透气性。
五、微灌技术发展前景
蔬菜大棚内微灌技术推广 篇5
滴灌技术通常也称微灌技术, 是一种新型的高效用水节水灌溉技术, 包括滴灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。它是根据植物的需水要求, 通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器, 将植物生长中所需要的水分以较小的流量均匀、准确地直接送达植物根部附近土壤表面或土层中, 相对于地面灌和喷灌而言, 这种方法属于局部灌溉、精准灌溉, 水的有效利用率最高。
一、 微灌技术主要有以下优点
1.省工。
采用固定式系统, 运行方便, 灌水效率高, 并同时能施化肥、农药和除草剂。微灌系统田间工程量小, 施工容易, 使用时只需开关电源, 就能完成灌水。追肥作业不用专人看管, 可节省部分人工费用。
2.省水。
能够准确地把握浇水时间、深度和湿度, 能将水适时并直接地浇在作物根区土壤, 水能够直接被作物吸收利用, 避免向深层渗漏及表土水分蒸发损失, 可节约用水30%～70%。
3.省钱。
由于用水少, 可节省用水费用30%～70%。
4.增产。
大棚蔬菜微灌后, 土壤水分始终在最优的含水状况。土壤疏松, 有完好的团粒结构, 通气性好, 故作物根系发达, 生长茂盛。由于微灌淋湿棵间土壤和作物叶面, 可减少虫害, 抵制杂草。另外, 可白天黑天不停灌溉。白天灌溉, 能促进作物光合作用;晚间灌溉, 可滋润植物的土壤, 减少蒸发。据调查, 大棚蔬菜微灌后, 可增产120%～150%。
二、微灌设备使用及特点
目前, 我国通过引进以色列等国外先进微灌技术和设备, 已开发出各种适合我国农业节水灌溉产品、设备。其中适合东北地区蔬菜大棚内使用的品种有以下几种。
1.内镶式扁平滴头滴灌带。
这是把扁平形状的滴头镶在管带内壁上的一体化滴管带。广泛应用于温室大棚经济作物的灌溉。特点是:
(1) 滴头与管带一体化, 安装使用方便, 成本低, 投资少;
(2) 滴头有自过滤窗, 抗堵性能好;
(3) 采用迷宫式流通, 具有一定的压力补充作用;
(4) 滴头间距可根据用户的要求而定。
2.内镶式圆柱滴头滴灌管。
这是把圆柱形状的滴头镶在管内壁上的一体化滴灌管。应用于温室蔬菜大棚内高附加值经济作物的灌溉。特点是:
(1) 带有大面积的入口流道, 安装使用方便;
(2) 具有一定的压力补偿作用;
(3) 高水压、长流道可以在灌水器内形成湍流, 具有自清洗功能;
(4) 滴头间距可根据用户的要求在0.2～2m之间调整。
3.管间式滴灌管。
这是在两端毛管中间插入滴头而连接起来的滴灌管, 适用水质较差, 防堵性要求较高的大棚内高附加值经济作物的灌溉。主要特点:
(1) 滴头方便拆卸清洗, 抗堵性好;
(2) 滴头间距可根据作物棵距任意调节;
(3) 有内镶式滴灌管的各种优点。
4.管上式滴灌。
这是根据作物株间距在主管管壁上打孔, 将外镶滴头直接镶嵌于主管管壁上的一种滴灌管, 适于在丘陵山区或地质起伏较大地区温室蔬菜大棚内的经济作物的灌溉。主要特点:
(1) 外镶滴头, 滴头间距可任意调节;
(2) 滴头形状可变性大;
(3) 滴头安装拆卸方便、抗堵性好。
5.PE膜下微灌带。
这是在PE管壁上双面打孔的一种微灌带, 适于温室大棚经济作物微灌。价格低廉, 施工安装简便, 宜操作。
6.微喷带。
这是在PE管壁上平面打孔的一种微喷带, 主要用于比较粗放式灌溉, 适用于需水量较大或根叶都需要灌溉的作物。主要特点:价格低廉, 便于拆装, 方便操作。
三、主要技术参数
1.内镶扁平滴头滴灌带技术参数
管径:12mm、16mm、20mm;
壁厚:0.2～0.6mm;
工作压力:0.02～0.25MPa;
推荐工作压力:0.05～0.15MPa;
设计流量:2.9L/h。
2.内镶圆柱滴头滴灌管技术参数
管径:8mm、12mm、16mm、20mm;
壁厚:0.3～1.1mm;
工作压力:0.05～0.30MPa;
推荐工作压力:0.06～0.15MPa。
3.管内式滴灌管技术参数
管径:8mm、10mm;
壁厚:0.3～0.8mm;
工作压力:0.02～0.15MPa;
推荐工作压力:0.05～0.12MPa。
4.管上式滴灌管技术参数
管径:10～20mm;
壁厚:0.6～1.0mm;
单管长度:300～1000mm;
工作压力:.～.MPa;
推荐工作压力:0.05～0.18MPa。
5.PE膜下微灌带技术参数
折径:40～80mm;
壁厚:0.03～0.06mm;
孔距:300～600mm;
最大工作压力:0.01MPa;
支管规格:折径180～350mm;
厚度:0.16～0.20mm。
6.微喷带技术参数
折径:20～40mm;
壁厚:0.15～0.25mm;
孔距:200～600mm;
微灌系统过滤器的应用与管理 篇6
微灌是按作物需求, 通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器, 将水和作物生长所需的养分以较小的流量, 均匀、准确地直接输送到作物根部附近土壤的一种灌水方法。它提高水资源的利用率, 改良作物的品质, 促进农业生产的自动化控制;但微灌系统由于其灌水器的流道细小, 极易被杂质堵塞, 所以对水质的要求较其他的灌溉方式高得多。若过滤设备的选择失误或维护不当, 导致灌水器堵塞, 会引起配水不均和系统性能下降, 甚至造成整个微灌系统瘫痪。所以, 过滤器的选型和维护是否正确, 直接影响整个系统的使用寿命。
1 微灌用过滤器的分类和选型
1.1 过滤器类型
造成微灌灌水器堵塞的主要原因是水质不满足要求, 导致微灌系统产生物理、化学和生物堵塞。物理堵塞主要是悬浮在水中的有机或无机颗粒;化学堵塞是指溶于水中的某些化学物质, 在条件改变时变成不溶的固体沉淀物;生物堵塞主要是由于活的菌类、藻类等微生物和水生动物等进入系统后繁殖生长, 减小过水断面, 堵塞系统。根据堵塞成因不同, 设计人员和用户需要选择相应的处理措施和过滤器。
微灌系统中对杂质的处理设备与设施主要有:拦污栅 (筛、网) 、沉砂池、过滤器等。过滤器的分类方法比较多, 最常见的分类方法是根据过滤原理、过滤介质和功能的不同, 分为四种类型:筛网过滤器、叠片过滤器、砂石过滤器和水力旋流器。
(1) 筛网过滤器。筛网过滤器以金属丝网或尼龙丝网为过滤介质, 将流经水流中所有大于网孔尺寸的悬浮颗粒都截留在滤网上, 净水则通过网芯流出。筛网过滤器价格便宜, 维护简单, 适用于去除小的砂粒和大的无机碎片;但处理藻类等有机污染物效果较差, 尤其是当压力较大时, 大量的有机污物会“挤”过滤网而进入管道, 造成微灌系统与灌水器的堵塞, 所以, 当灌溉水中有机污物含量较高时常和砂石过滤器配套使用。
(2) 叠片过滤器。叠片过滤器可以有效去除有机和无机污染物, 兼有筛网过滤器和砂石过滤器的特点, 通过紧压叠片, 在每个叠片的上下两个表面都分布有一系列微小的滤槽, 这些滤槽可以吸附比滤槽尺寸小得多的杂质, 并且如果一部分滤槽堵塞了不会影响其他滤槽的吸附, 所以过滤能力大大加强。由于叠片过滤器具有过流能力大、结构简单、运行可靠等特点, 所以应用较为广泛。
(3) 砂石过滤器。砂石过滤器的过滤介质为均质砂子, 它是利用过滤罐中的介质吸附及滤头阻挡将流经的含杂质水过滤成清水。砂石过滤器非但可以有效地去除无机污染物, 而且是含有有机物和淤泥水质的最适宜的过滤器类型, 具有很高的去除污物的能力, 而这主要是靠厚达30~50 cm介质的机械筛滤、沉淀和接触絮凝作用来完成的。所以只要水中有机物含量超过10 mg/L时, 无论无机物含量有多少, 均应选用砂石过滤器[1]。
(4) 水力旋流器。水力旋流器常见的形式有圆柱形和圆锥形两种。其工作原理是切向进入的压力水流高速旋转, 产生强大的离心加速度, 从而使密度不同的物质迅速分离, 密度较大的砂粒沿器壁旋转下沉至底部贮砂罐, 而密度较小的颗粒和水则被推向中心低压部位, 并在回压作用下逆向上流至顶部溢流口排出, 进入下游管道[2]。因此, 水力旋流器最适合处理含有大量砂子及石块的水体, 但不能除去与水密度相近和比水轻的有机质等杂物。
如管道入水口处压力低, 不足以运行过滤器时, 往往自行配制管道入口过滤设备 (即将进水的PVC管均匀打孔, 并包裹滤网) , 就可同时满足系统过滤和流量要求。如果水体中杂质和漂浮物较多, 可将网管改制成“过滤网箱”。如果系统要求流量较大, 可选择大流量过滤器或多个过滤器并联过滤。
1.2 过滤器选型
为了选择一定条件下最适宜的过滤系统, 首先必须确定过滤系统上游的水质, 然后根据污物的类型确定对过滤器的要求, 如表1[3]。
注:A为第一选择方案;B为第二选择方案;C为第三选择方案
如果当地缺乏水质分析资料, 设计者和农户也可以根据水的来源粗略选择过滤器。筛网、叠片过滤器在灌溉水质良好或一般时, 可以单独使用;当灌溉水质不良时, 则可作为末级过滤接在主过滤器之后, 也可用于支管入口作控制过滤器。不过叠片过滤器的过滤效率很高, 在通过流量相同时, 它比筛网过滤器存留杂质的能力强, 是价格昂贵的砂石过滤器之后的第二选择。
当过滤器类型或组合确定后, 还需根据所选灌水器对过滤性能的要求, 确定过滤器的目数大小。为保证灌水器的正常工作, 过滤介质孔径要求达到灌水器流道直径的1/10 (滴灌) 和1/7 (微喷灌) 。比值越小, 灌水器堵塞的可能性越小。一般来说, 微喷灌要求100~120目过滤, 滴灌要求120~200目过滤。
2 微灌过滤器的管理
为了保证微灌系统的正常运行和使用寿命, 进入运行阶段后, 设备维护的重要性绝不亚于设备的选择。过滤器的管理措施主要需注意以下几个方面。
2.1 明确各类过滤器的缺陷, 合理使用
砂石过滤器处理有机杂质和无机杂质都非常有效。但是, 当颗粒小于20μm时, 砂石过滤器的截滤效果不理想。通过对大田灌溉用过滤器的调查研究发现, 对分离粒径在1~10μm范围的污粒, 砂石过滤器基本是无效的, 其过滤效率低于15%, 但当去除大于10μm污粒时砂石过滤器的效率却高于50%[1]。水力旋流器最适合分离水中含有的大量砂子及石块, 在满足过滤要求的条件下, 以60~150目为宜, 分离效率为92%~98%, 但水头损失较大[1]。而筛网和叠片过滤器的过滤效果则不如前二者。
同时水力旋流器在水泵启动和停机时过滤效果较差, 会有较多砂粒进入系统, 一般是不能单独承担微灌系统的过滤任务, 必须与筛网或叠片过滤器结合使用。
2.2 灌溉水源初级处理, 减轻过滤负担
当水中泥砂含量太多或者含有氧化铁, 筛网和砂石过滤器会因频繁冲洗而失去作用[4], 这时, 设置沉砂池作为初级过滤是十分必要的。同时水中杂物较多时, 需在进水口安装网式拦污栅, 以拦截枯枝残叶和去除固体物质。
过滤器并不能解决化学和生物堵塞问题, 对水中的化学和生物污物通常采用水体的氯处理和酸处理办法[5]以溶解沉淀和杀死微生物。但此类方法应用于灌溉系统会伤及作物根系, 剂量过度还会影响灌水器压力补偿片的工作性能[6]。所以用户可以定期处理水体, 在高含砂量的蓄水池中加入0.1%的沸石后10 h左右, 即可将泥泞沉积到池底。对容易长藻类的蓄水池可以加入硫酸铜等杀灭藻类, 有条件的还可以将蓄水池进行覆盖, 以隔绝空气[4]。
2.3 配套设备的相应选择
从系统内部讲, 由于微灌系统是小水勤灌, 运行频繁, 水泵连续运转时间长, 一般的水泵叶轮极易生锈和磨损。在我国尚缺微灌专用防锈耐磨水泵, 水泵寿命短, 水泵的锈屑添加过滤负担, 而且也给系统堵塞带来危害[5]。在过滤水源前, 可先多次冲洗过滤器[7]。
喷水带是目前应用较为广泛的一种灌水器。在一定压力下水从喷水带孔口喷出, 高度几十cm至1m。将喷水带铺设于膜下或孔口朝下铺设的灌水方式则相当于滴灌, 但结构大大简化, 对灌溉水质的要求显著低于滴灌, 抗堵塞能力强, 对过滤器的要求降低。
2.4 过滤器的定期清洗
当过滤器前后两端的压力表压差超过一定值时, 即需要对过滤器进行清洗。以一级过滤为例:水力旋流器前后压差大于0.08 MPa, 砂石过滤器前后压差大于0.05 MPa, 一般此情况下就需要清洗。在有经济条件的地方, 可采用自动反冲洗类型的过滤器, 以减少维护和工作量。
需要注意的是, 叠片过滤器受水体中有机物和化学杂质的影响, 有些叠片往往被粘在一起, 会出现不易被彻底清洗干净的现象。水力旋流器底部的贮砂罐必须频繁冲洗, 以防止沉积的泥砂再次被带入系统。砂石过滤器如在反冲洗时操作不当, 就会使整个砂床移动而导致过滤器失效。当然, 砂石过滤器的介质还要及时替换, 处理频率视水质情况而定, 一般每年处理1~4次。
2.5 其他方面
在发现过滤器的滤芯、密封圈损坏时, 必须及时更换, 否则将失去对水的过滤效果。在冬季不用时应将过滤器中的水排空, 以防冻坏。
3 微灌过滤器使用的误区
随着微灌技术的推广, 农户享受到了微灌带来的省水、省工和农作物优质高产的经济效益, 同时也面临着运行费用、配套用品的高投入问题, 便出现了一些错误的选型和使用方法。
(1) 认为过滤器压力损失越小性能越好, 忽视了对过滤器压力损失随过流能力的提升而提高的考虑。
(2) 只要安装过滤器, 便可以处理好水体。在以地表水为水源的微灌系统中, 有农户仅安装取水口拦污栅和首部的筛网过滤器即完成水体的过滤。这种情况下, 很容易出现过滤器频繁堵塞, 并直接导致过滤器漏水的状况。
(3) 过滤器是去除水源杂质的设备, 处理完以后便可以灌溉。因此出现了施肥器直接串联或并联到灌溉系统中的现象, 导致灌水器堵塞。
(4) 筛网、叠片过滤器安装随意。进出水方向必须根据滤芯的过滤方向选择使用, 切不可反向使用。一来介质网孔有楔形, 反向过滤反而促使颗粒更加便捷通过孔隙;二来, 反向使用使得过滤器自冲洗功能失效。
(5) 按要求进行水体过滤后, 便能保证灌溉水质标准。悬浮颗粒在沉积到灌水器附近时, 会受到一系列分子力, 及物理、化学吸附作用, 产生“吸附架桥”现象, 颗粒聚集堵塞灌水器[2]。一旦有丰富的营养元素, 水中的微生物会大量繁殖, 形成大颗粒的有机团粒或减小流道直径[6]。对于水质要求较高的灌水器或者设计使用年限较长的灌水器, 需在田间 (靠近灌水器位置) 再添设末级过滤装置, 将管道中形成的大颗粒拦截。
4 总结
在微灌系统中, 过滤器无论在首部枢纽还是灌水单元中都保障着灌水器的正常工作, 过滤水源杂质, 过滤管道中残存下的水垢和设备的锈蚀颗粒, 以尽可能降低灌水器堵塞的概率。因此, 过滤器的选择应充分考虑当地的水源类型或水质分析情况、灌水器类型、灌溉需水量大小等情况, 并进行正确地管理, 以确保过滤器乃至系统的正常运行。
参考文献
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[6]Rubens Duarte Coelho, Ronaldo Souza Resende.Biological clogging of Netafim drippers and recovering process through chlorination impact treatment.2001 ASAE Annual Interna￣tional Meeting paper
微灌自动控制 篇7
1试材与方法
1.1试材
微灌薄壁软管及配件是北镇市兴农塑料制品厂生产的。供试作黄瓜品种为锦早3。
1.2方法
试验温室设在高坎镇东高坎村西, 两栋温室均为竹木结构, 面积均为425平方米, 其中1栋采用地膜覆盖, 膜下微灌, 另1栋常规灌溉作为对照。微灌的安装:先将主管道靠北墙, 由温室中间向两边铺设, 中间由三通与水泵相连接, 然后由主管道向行间铺微灌带, 双行1根微灌带, 微灌带20厘米长有1对小孔。带要铺平, 不能打折, 接头安紧防止漏水。地膜用树条或竹棍拱起15~20厘米高, 然后定植。黄瓜子在10月28日播种, 11月18日嫁接, 砧木用黑籽南瓜, 12月7日定植, 1月27日开始采收。
2结果与分析
2.1灌溉方式与病害用药情况
试验温室采用膜下微灌, 用水量少, 蒸发慢, 减少灌水次数, 温室湿度小改变了病害传播发生的条件。两种灌溉方式黄瓜发病及用药情况见表1。从表1看出, 微灌温室黄瓜病害较轻, 用药11次;沟灌黄瓜用药为17次, 相差6次。从用药时间上看, 微灌黄瓜1~2月份防治病害用药5次, 而沟灌黄瓜用药9次, 相差4次。1月份温室室温较低, 不能放风。2月中下旬开始放风, 放风量也很小。这2个月沟灌温室湿度较大病害发生较重, 而微灌温室室温较低病害发生较轻, 用药量明显减少。
2.2微灌对黄瓜产量的影响
试验表明, 微灌可减少灌水量和灌水次数, 相对提高土壤温度;微灌水是缓慢地渗透到土壤中, 土壤结构没有被破坏, 保持着良好的通透性, 利于黄瓜根系生长发育。追肥时, 肥料溶解后通过施肥器, 经微灌管道随水施入土壤, 各种养分均匀分布土壤之中, 便于黄瓜根系吸收。这些有利因素促进了地上植株生长和产量的形成。两种不同灌溉方式对产量的影响情况见表2。由表2看出, 采用地膜下微灌黄瓜各旬产量比较均衡, 而沟灌黄瓜产量波动较大。从总产上看, 微灌比沟灌黄瓜产量增产249.5公斤, 增产率为6.62%, 具有一定的增产效果。
3小结
由试验结果可以看出, 微灌能够降低温室内湿度, 减轻病害的发生, 减少用药次数达6次, 减少生产费用。微灌相对地提高地温, 保持良好的土壤通透性, 养分分布均衡, 利于黄瓜生长发育和产量的提高。另外, 日光温室蔬菜生产利用膜下微灌, 可以节水、节肥、省工, 提高土地利用率, 大力提倡微灌, 具有很好的发展前途。
微灌自动控制 篇8
江苏省科技厅受科技部委托于2010年2月25日组织有关专家对镇江市农业机械技术推广站等单位承担的国家农转资金项目“集成模块式节水喷微灌设备的中试与示范” (2007GB2C100121) 进行了验收。
验收专家组认为, 该项目优化和熟化了8PY-2.5型集成模块式节水喷微灌设备;新研制了8PY-1.0Z型集成模块式节水喷微灌新设备, 该设备具有小型轻便、多功能、集成度高等特点, 能适用于大田、果园及绿化等多种场合, 产品经江苏省农机试验鉴定站检验, 主要技术指标均达到合同规定要求。在移动式节水灌溉领域具有较强的技术优势。采用集成模块式节水喷微灌设备作业, 水的有效利用率达80%以上, 用水量比地面灌溉节省30%以上, 提高耕地产量15%以上, 平均省工3个/667 m2, 节水、省工、节本、增收效果显著。验收专家组一致同意通过项目验收。