沧州华雨灌溉装备制造有限公司是集科研、生产、经营于一体,旨在研制开发和推广适用、先进、成套的节水灌溉装备的大型喷灌装备专业生产厂家。公司现拥有喷灌机组装线两条,较齐全的生产设备和检测仪器。
喷灌机降低了劳动强度
20世纪20年代,人们为了降低劳动强度,从繁重的移动管道灌溉作业中解放出来,俄国人和美国人相继研制出滚移式喷灌机(又称滚轮式喷灌机,Side-rollirrigationsystem)。尽管滚移式喷灌机具有明显的优点,但属于半自动化喷灌设备,不能自动移动,需要人为操纵,而且对地形和水源的要求较高,不能灌溉高秆作物,因而应用受到较大的限制。
为此,20世纪50年代初,美国人发明了圆形喷灌机(又称中心支轴式喷灌机,Centerpivotirrigationsystem)。早期以液压驱动和水力驱动为主,1965年出现电力驱动圆形喷灌机。此后,圆形喷灌机在全世界得到了广泛的应用,如今已在各大洲灌溉着数千万公顷的耕地、沙丘和草原,可称为世界农业灌溉史上的一次革命,曾被美国著名科技刊物《科学美国》称赞为“圆形喷灌机是自从拖拉机取代耕畜以来,意义最重大的农业机械发明”。
圆形喷灌机存在一个重大的弱点,即灌溉面积是圆形,与地块形状和传统农艺耕作方式不一致,近20%的方形地块面积得不到有效灌溉。因而20世纪70年代又出现了平移式喷灌机(Lateral或Linearmoveirrigationsystem),可实现矩形地块的灌溉。
国外生产圆形和平移式喷灌机的厂商较多,仅美国就有Lindsay公司、Valmont公司、Reinke公司等,其它如奥地利的Bauer公司、法国的Irrifrance公司、西班牙的RKD公司、意大利的Irriland公司、沙特阿拉伯共和国的Alkhorayef公司等。
上述公司中,当属美国公司的综合实力最强,技术力量最雄厚,其产品规格多、功能强、整机综合技术性能最先进。为了争夺国外市场,几乎所有国外生产商都将目光瞄准国际市场,如欧洲厂商生产的产品绝大部分出口,在其国内的应用较少。上述所有生产厂商大都在我国设有代表处(办事处),有的甚至还在我国建立了生产基地,如Valmont公司在上海、Lindsay公司在大连设有生产基地。但各公司只是将技术含量较低的产品在海外的生产基地或协作厂家中加工。
喷灌机参与规模农业生产
华雨公司在近年来完成国家、省科研项目三项,分别是国家“九五”攻关项目“平移式喷灌机”、省科技攻关项目“滚移式喷灌机”和国家科技部科技型中小企业创新基金项目。这些项目都已产业化并形成年生产大型喷灌机600台的生产能力,成为我国大型喷灌机具生产基地,被国家认定为“高新技术企业”。
圆形和平移式喷灌机自动化程度高、灌溉质量好、单机控制面积大,尤其是圆形喷灌机对地形的适应性强,对水源的要求低,因而非常适应人多地少地区的农业生产。
电动平移式喷灌机 平移式喷灌机适宜喷灌草坪、苗圃、大田经济作物和牧草。该设备自动化程度高,具有高效、节能、节水、增产、省工等特点。平移式喷灌机适宜喷灌草坪、苗圃、大田经济作物和牧草。该机自动化程度高,具有高效、节能、节水、增产、省工等特点。配套动力可用电网或柴油发电机组,其电器控制系统安全可靠,过雨量保护、自动导向系统、地头自动停机系统和故障自动报警系统处于全国领先地位。喷洒部件可配摇臂式喷头与喷枪或低压喷头与增压喷枪,喷洒均匀系数可达90%以上,并可配施喷洒化肥和农药。所有关键部位均经过热锓镀锌处理,可保证15年不锈蚀。
电动圆形喷灌机 该设备是一种高效的新型喷灌机具,是自从拖拉机取代耕畜以来,在农业机械方面意义最重大的发明之一.。电动圆形喷灌机是一种高效的新型喷灌机具,是自从拖拉机取代耕畜以来,在农业机械方面意义最重大的发明之一,它使旱区或半旱区的农牧业产量大幅度提高。该机适用于喷灌谷类、蔬菜、甘蔗等经济作物,也能喷灌果树、苗圃,它还可以兼喷化肥、农药和除草剂。具有喷洒均匀、节能、节水和自动化程度高,以及对作物、地形适应性强、总投资低等特点。它同其它喷灌方式相比,具有以下优点:灌溉面积大,质量好。它能够在较少的投资和短时间内灌溉千万顷土地,不需要开沟筑堤、平整土地,只需要井水、河渠、湖泊等水源。其本型DYP-84,单点控制面积50亩,牵引拖移后,控制面积可达到100-200亩。控制面积增大,降低了亩投资成本。高度的机械化和自动化,可以使一人操作2-8台,提高了劳动效率,喷洒节水30-50%,增产增值20-50%。
如何选用合适的喷灌机?
喷灌技术有节约用水、节省工时、提高土地利用率、有利于作物增产、适应性强的特点。
常用的喷灌机有小型喷灌机、大型喷灌机、平移式喷灌机、移动式喷灌机、卷盘式喷灌机、指针式喷灌机、中心支轴喷灌机、圆型喷灌机、双悬臂式喷灌机等多种类型。喷灌的用途很多,主要用于农作物、林业苗圃、牧业草场、蔬菜果树、经济作物、园林草皮和花卉等。此外,还用于环境控制(如防尘、防风、防干热风、防霜冻降温等)、污水处理、鱼塘增氧,以及综合喷施液肥、除草剂、化学剂、农药、杀虫剂等。喷灌的适应性很强,几乎对于任何作物、土质、地形、地区、气候条件都适用。
在购买喷灌机时应注意:
1.喷灌机必须满足标准要求:选购喷灌机时,应首先查看其产品是否符合国家标准、行业标准或地方标准。没有国家标准、行业标准或地方标准的喷灌机,应具有省级以上技术监督部门备案的企业标准。
2.喷头和管道压力必须符合使用要求:应根据喷灌使用要求科学合理选用喷头和管道,喷灌作业的质量不仅取决于喷头的性能,更重要的是取决于喷头组合工作压力的管道及支管入口压力是喷灌区设计的基础。
3.配套管材和管件必须选用合格产品:选用的配套管材和管件应满足相应的技术标准,并具有由省级以上检测机构出具的全项检测报告。
喷灌机的使用宝典
喷灌机在使用前要做如下准备:①采用三角皮带传动时,动力机主轴和水泵必须平行,皮带轮要对齐,其中心距不得小于两皮带轮直径之和的2倍。当水泵与动力机相连时,应配共同底盘,可采用爪型弹性联轴器,要注意动力机主轴和水泵轴的同心度。②水泵安装高度(以吸水池水面为基准)应低于允许吸上真空高度1米至2米。作业位置的土质应坚实,以防止崩塌或陷入地面。③进水管路安装要特别注意防止漏气。滤网应完全淹没在水中,其深度在0.3米左右,并与池底、池壁保持一定距离,防止吸入泥沙等杂质和空气。④铺设出水管道时,软管应避免与石子、树皮等物体摩擦,避免车轮碾压和行人践踏,切勿与运行机件接触。软管应卷成盘状搬动,切勿着地。硬管应拆成单节搬运,禁止多节联移,以防磨损和损坏管子及接头。管道应避免暴晒和雨淋,以防塑料管变形或老化。⑤将喷架支撑在地面,喷架接头端面应尽量安置水平,然后固定喷架。把喷头安装在喷架上,检查喷头转动是否灵活,拉开摇臂看其松紧度是否合适,在转动部位加注适量机油。然后将快速接头擦抹干净连接好。⑥起动前,检查泵轴旋转方向是否正确,转动速度是否均匀,不能有卡住、异声等不正常现象。⑦离心泵起动前,应向泵内加满水,待充满进水管道及泵体后,方可起动。
在使用喷灌机时一定要注意水泵起动后,3分钟未出水,应停机检查。水泵运行中若出现不正常现象(杂音、振动、水量下降等),应立即停机,要注意轴承升温,其温度不可超过75℃。同时要观察喷头工作是否正常,有无转动不均匀,过快或过慢,甚至不转动的现象。观察转向是否灵活,有无异常现象。应尽量避免使用泥沙含量过高的水源进行喷灌,否则容易磨损水泵叶轮和喷头的喷嘴。调整喷头转速时,可用拧紧或放松摇臂弹簧来实现。摇臂是悬支在摇臂轴上的,可转动调位螺钉调整摇臂头部的入水深度来控制喷头转速。调整反转的位置可以改变转速。喷头转速调整好的标志是,在不产生地表径流的前提下,尽量采用慢的转动速度,一般小喷头为1分钟至2分钟转1圈,中喷头3分钟至4分钟转1圈,大喷头5分钟至7分钟转1圈。
[关键词]农田灌溉;机井;老化;预防
中图分类号:S277 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2015)02-0000-01
据相关数据统计显示,农田灌溉机井建于上个世纪70年代,在那个时期机井数量并不多,且灌溉大部分都是用于菜田。随着时间的推移,人们对于机井的认识和利用有了很大幅度的提升,并且结合多年的灌溉经验,适时的调整了种植结构,将主要精力放在生产谷物上,灌溉机井也随之得到了迅猛的发展,其数量是呈逐年递增趋势。但是与此同时由于自然灾害、管理不善以及老化以后没有及时维护等综合因素,机井数量有所减少,损失严重。其中因老化失修损失的机井尤多,超过所有损失的一半以上,从这些中我们可以非常清晰地看到,机井老化已成为机井减少的罪魁祸首。农田灌溉机井由于老化报废后直接造成有效灌溉面积骤减。由此可见,为了增加灌溉面积,提高灌溉效益,就必须提高重视机井老化的问题,采取相应的解决措施。
1.造成机井老化的主要原因
这里所谓的机井老化指的是农田灌溉机井设施经过长时间的不停使用所产生的损耗以及生态自然环境或者人为破坏等的影响,导致它的灌溉功能下降,直到一定程度以后便会进入老化阶段。值得注意的是,灌溉机井进入老化阶段并不是说它已经毫无用处了,通常而言如果不是特别严重的话多数机井还是有使用价值的,只不过效率较之过去有不同程度的降低。所谓的报废指的是灌溉机井完全无法继续使用,鉴于此,机井老化与机井报废是两种不同的概念,不能混淆在一起。
1.1 机井老化的成因
通常而言,造成机井老化的原因主要分为前期原因与后期原因,下面我将分别加以介绍。
1.1.1所谓前期性原因指的是由于前期工作没有做到位,或者是在准备过程 中不合理等,比如说机井规划设计与勘测不够细致,实地考察时资料掌握不全,最后导致井位的选址不正确,布井过于稀疏或过于紧密,新建成井期间没有严格按照规范实行,使用不合格的材料或水源不足等,这些原因都会造成机井老化的速度加快,从而不同程度的缩短机井的使用寿命,我们将这些原因造成的老化统称为先天性老化。
1.1.2后期性原因指的是在机井正式投入使用后由于人为因素或者环境因素造成的,比方说配置机井的时候没有结合具体的情况,采用大泵配小井的方式;对灌溉机井的使用管理不科学,并且发现有老化迹象时未及时维修;由于自然气候的变化,西北地区冬季气候干燥寒冷;水质劣化、地下水位下降等,这些都是属于后天性老化。
1.2 农田灌溉机井老化的分类。
一般地说,我们可以根据不同的成因将机井老化分为成井工艺型、水源缺乏型、外损型、自然老化型与不配套型等。
1.2.1成井工艺型。
指的是在建井期间未严格按照工艺规范所要求的进行,出现这种情况频率最大的是在农户自建井上,他们为了尽可能的减少投入而选用抗强度低、抗压抗冲能力差、抗老化性能弱的劣质井管,这些缺点直接降低了机井的使用年限;在造井的时候选用的滤料粒径过细或过大都极易导致泥沙淤积而不同程度的减少出水量;另外,处理井管接头不恰当,在秋冬交替的时段里会产生冻拔,这会让井管发生断裂或脱节;除此之外,如果筛网缠绕层数太多的话也会直接影响出水量。
1.2.2水源缺乏型。
这是因为地下水位出现大幅度的下降,加上离心泵没有足够大的吸程,这时水泵会产生大面积的气蚀。机井若没有充足的出水量,或严重到不出水,则会加速机井的老化。举例说明,某农场灌溉区域,因大幅度增加了井灌的谷物面积,过度的使用水资源致使地下水位下降厉害,附近的机井有一半都无法达到预期的出水量,机井的使用寿命平均缩短30%-50%,直接造成它们未老先衰。
1.2.3外损型。
指的是在使用机井的时候因外力对其产生的作用而产生不同程度的损伤,这种情况在使用离心泵机井的过程中比较常见。离心泵应安装在动水位以下一米五至两米的位置(进水管笼头以后),大量的事实表明,如果一旦小于一米五的话会立刻出现停机回水的发生,在这个时候会出现笼头的摆幅过大而将井管壁撞坏。除此之外,如果露天机井没有做好合理的保护装置也是极易被人为扔进杂物(比方说石块、瓦片等)造成井筒卡死等。
1.2.4自然老化。
指的是机井在正常使用的过程中随时间的不断推移、运行量的不断增加而自然而然的达到使用年限以后进入老化阶段。不过就目前而言,灌溉区里那些年代久远,老化未修的机井大多数已被废弃不用。
1.2.5不配套型。
指的是由于输水渠系或者提水设备不配套而造成农田灌溉机井的损伤,比方说应由水源决定水泵的类型,以水泵的类型决定使用哪一种动力机,这样的配置才是最为科学合理的。但在实际中人们并没有按照这个顺序来进行,他们为追求足够大的抽水量而选择配大泵而忽略了是否已经超过机井允许的供水量范围,这样一来在后期就非常容易造成井水被抽后导致的严重淤塞。
2.机井提前老化的预防措施
根据多年的实践经验表明,应当主要从前期准备、设计、施工以及管理这四个方面进行:(1)规范前期工作。首先要充分掌握井灌区地下水资源的实际储量,并且要针对性的做好勘测和规划工作。然后要根据实际情况合理布置井位,在选择井数、井型、井距上切忌纯粹依靠主观臆断而是通过试验来一一加以确定;(2)合理设计。具体地说,就是要在设计的过程中应紧密结合井的结构、配套是否科学合理、地下水埋深及使用的材质是否达标等因素来综合考虑;(3)规范化施工。要严格按规定的成井工艺施工,同时成井过程完整的记录下来,这样便可以为后期更好的使用和维护机井提供有力依据;(4)完善管理。主要是在成井后要加强对机井的维护,坚决严禁过度使用。
3.总结语
综上所述,为了更好的满足农田的灌溉需要,政府和农民都尽力阻止机井的进一步老化。为了做到这一点我们首先要明白机井老化的具体原因,是先天原因还是后天性原因造成的,然后有的放矢的去予以处理。但是更为重要的就是预防,这就要求从前期的勘测与规划;合理的设计;严格的施工;妥善的管理四个方面贯彻实施,方可有效预防农田灌溉机井的老化,延长机井的使用寿命,提高使用效率,发挥其应有的经济效益,增加粮食产量。
参考文献
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关键词:交替灌溉;根冠通讯理论;节水机理;增产机理;研究进展
我国水资源短缺、农业灌溉水浪费严重等问题日益突出,已成为抑制中国经济可持续发展的“瓶颈”。我国农业用水约占总用水量的70%~80%,但农田灌溉水有效率远低于世界先进水平,水分的生产效率不足1.2kg/m3。因此,发展节水农业具有非常重要的意义。交替灌溉技术被认为是近年来节水灌溉领域的重大突破之一。该技术体现了生物节水与农业灌溉等学科的有效结合,能够在一定程度上挖掘作物本身的节水潜力,并已在一些作物的应用中产生了良好效果。本文综述了交替灌溉的研究背景、根冠通讯理论、节水机理、增产机理、效果与应用及存在问题等内容,为开发适于我国生态、经济水平的高效节水灌溉技术提供理论依据。
1交替灌溉研究背景
在20世纪60—70年代,国外已在一些农作物上尝试运用隔行和隔沟等灌溉方法,在改变传统灌溉方法的基础上,对作物的水分效率(WUE)和地表蒸发进行了相关研究,但在农作物节水机理方面未深入研究[1-3]。20世纪90年代,有关学者对水分胁迫下植物根冠信号原理进行深入研究,为交替灌溉提供理论依据[4]。1996年康绍忠提出控制替灌溉,并在盆栽、温室及大田进行了试验,结果表明交替灌溉是比较可行的节水灌溉方式[5]。近几年,国内和国外学者在交替灌溉方面做了很多工作,目前交替灌溉技术已经逐步应用于农业生产实践。
2根冠通讯理论
交替灌溉的基础理论为根冠通讯理论。根冠通信理论是指土壤出现干旱胁迫时,作物根系快速感知干旱,以化学信号的形式将该信息传递到地上部分,在叶片水分状况还未发生变化时即主动降低气孔开度,降低叶片的生长速度,抑制植株的蒸腾,使作物的水分利用保持平衡。
2.1信号物质
许多研究表明[6-7]:在水分胁迫条件下,根系能够传递一种根源信号。这种根源信号由根尖产生并通过木质部传递到地上的叶片部位,使气孔关闭,从而降低因叶片过度蒸腾对作物造成的伤害。这种根源信号就叫做信号物质。玉米分根交替灌溉试验证明,根系所形成的内源ABA能够作为化学信号,由根系运输到地上部控制气孔导度[8]。酿酒葡萄的分根区灌溉试验发现,ABA作为正信号物质,细胞分裂素作为负信号物质,共同作用影响葡萄的根冠生理进程[9]。还有研究认为,植物内源ABA与乙烯均为根源信号物质,二者共同控制叶片气孔开度。虽然学者对根源信号的观点不统一,但最普遍、最令人信服的是脱落酸ABA[10]。
2.2气孔运动
在植物进行光合作用的过程中,气孔是植物叶片与环境进行气体交换的门户,气孔开度对植物水分及CO2同化有着极其重要的影响。在玉米、棉花等作物上的研究表明,分根区灌溉可降低气孔导度,减小蒸腾速率,同时对光合速率影响较小,从而提高了水分利用效率[11-12]。
3交替灌溉节水机理
交替灌溉是保持作物根系层的土壤在水平或者垂直方向上的部分区域干旱,同时进行人工调控使根系在水平或垂直方向的干旱区域交替出现,即保持作物的一部分根系生长在干旱或较为干旱的土壤中的节水灌溉方式。其节水机理包括作物蒸腾强度下降和地面蒸发降低。
3.1作物蒸腾强度下降
作物进行交替灌溉时,处在干旱区的根系发出水分胁迫信号,该信号传递到地上部的叶片进而调节气孔开度,使作物蒸腾速率减小;处于湿润区的根系从土壤中吸收水分,以满足作物正常生长之需,使作物不至于受到逆境伤害。
3.2地面蒸发降低
交替灌溉使地面蒸发强度降低,由于地面土壤总有部分间歇性地处于干燥状态,地表湿润面积减小,从而可以减少地面的无效蒸发,与常规灌溉相比明显节水;相对干燥部分的土壤水分含量低,水分传导速度慢,灌水后通过地面蒸发而损失的水量减少。该结论在大田夏玉米隔沟交替灌溉[13-14]、地膜玉米隔沟交替灌溉[15]的研究中均得以证明。
3.3减少深层渗漏
交替灌溉—隔沟灌,侧向入渗明显加强,入沟水流流速减缓[16]。灌水沟两侧根区土壤水分始终处于“异步”动态变化之中,灌水沟和非灌水沟之间存在较大土壤水势梯度,使水流侧向入渗增加、深层渗漏损失减少[17]。分根交替灌溉一次灌水量通常较常规灌溉要少,从而使灌溉用水得到节约。
4交替灌溉增产机理
4.1根系补偿效应
交替灌溉作物处于干燥、湿润区的根系间存在补偿效应;循环供水、土壤干湿交替,使作物根毛数量明显增加、表面积增大。湿润区域的根系吸水,水分会流向干燥区域的根系和土壤,使干燥区的根系生长、营养吸收得以保持[18]。Mackay等研究表明,玉米根系进行分根交替灌水后,根部的新生根毛数量大量增加,表面积明显增大,导水能力显著提高,从而缓解了因水分短缺导致的水分和养分吸收不足等问题[19]。
4.2土壤性质改善(水、气、热)
在交替灌溉条件下,作物根区的土壤含水量和分布情况与常规灌溉不同;而土壤通透性及热力特征与土壤水分状况密切相关[20]。交替灌溉使作物根系层土壤有湿有干,通气状态良好,水、气、热、肥力等因素相互协调,直接或间接地促进土壤水分、土壤养分的迁移转化,有利于植物根系和幼苗的生长。
5交替灌溉效果及应用
贾宏涛等在棉花上的研究表明,隔沟交替滴灌既能达到节水的效果,又能保证较高的籽棉产量,同时也能明显增加霜前花的数量和棉花在纤维方面的品质[21]。在加工番茄上的研究表明,分根区灌水与常规灌水处理相比产量无明显差异,但提高了番茄中的番茄红素含量[22]。从上述研究结果来看,分根区灌溉可提高果实品质,大量节水而不减产,达到了提高水分利用效率的目的。交替灌溉技术在农业生产中主要的推广方法有隔沟交替系统、隔管渗灌系统及交替滴灌系统(移动式和自动式)等。以上交替灌溉方式可用于果树(宽行距)、蔬菜和大田作物,其中隔沟交替灌水和交替滴灌系统(移动式)仅能应用于水平方向交替灌溉方式。目前,交替滴灌方式(隔沟交替灌溉)主要在玉米、棉花及果树上应用和推广。垂直方向的交替供水可通过喷灌、滴灌水量的多少交替灌水来实现,但是垂直方向的交替灌溉还只是一种设想,尚未应用于农业生产实践中。
6存在问题
交替灌溉发展到现阶段,还存在以下问题需要解决:能否寻求到根区最佳的局部灌溉方式,或者说最佳的交替周期、土壤水分上下限是什么;根源干旱信号ABA是否适用于所有作物,是否还有其他的根冠信号在交替灌溉方式中起作用;不同土质、不同作物交替灌水后土壤水分运动、地表蒸发、根系分布情况等综合交替灌溉指标的变化问题还需要进一步研究。
关键词:自动化设备,单片机,灌溉设施
前言
我国目前使用率最广的是AT89C5类型的单片机灌溉设备,设备主要是由湿度传感器、数据电路处理系统、动态显示设备以及预警电路组成的。单片机灌溉设备在进行灌溉的工作过程中通过湿度检测设备将土壤的湿度转化为模拟信号同时以数字的形式显示在显示器上,以此进行灌溉水量的调节达到节约用水的目的。这种工作系统比较容易操作且具有非常强的灵活性,使用性能十分可靠,具有非常广的市场前景。
1.节水灌溉系统概述
随着我国社会经济的不断发展,水资源的严重缺乏在很大程度上制约了社会经济和农业的发展,这种严重的制约会随着社会和农业的发展逐渐恶化。水资源的使用危机已经成为了威胁全球农业和经济发展的严重问题,使用各种科学技术提高水资源的利用率是缓解水资源危机的重要途径。农业是人类社会的非常重要的组成部分,也是整个社会发展的基础,农业从发展角度来看主要是由两个部分组成的,一部分是水资源的使用,另一部分是科学技术的合理运用。因此农业用水问题的根本解决措施应该在科学技术的应用方面。我国的农业正由传统的粗放式农业向现代化的集约式精细农业转变,这是农业发展中的一个重大变革。
我国的现代化职能灌溉用水控制在我国农业中的使用并不多,和其他国家的机械化农业相比仍然具有较大的差距,基本停留在人工灌溉的基本水平上,虽然在一些地方进行了自动化的灌溉控制,但是没有实现根据实际情况进行自动化灌溉,只是通过传统的经验将灌溉两进行量化,这种灌溉可能会导致灌溉次数和灌溉量不合理而导致影响农作物的正常生长或者水土流失,同时这种灌溉方式还需要相关的农业专家进行全过程的指导和观察,劳动生产率较低,无法真正实现农业的智能化和集约化发展。
2.单片机自动节水灌溉系统主要硬件电路设计
2.1.单片机控制系统原理
我国目前的单片机节水灌溉控制系统工作原理如下图所示,首先通过传感器将土壤的湿度传送到系统中,通过转换器将土壤湿度转换为可以显示的数值,通过单片机同时通过电磁阀和放大器做灌溉驱动,如果土壤湿度低于或者高于警戒值会及时发出警报,其具体的工作原理如下图所示:
2.2.单片机主机系统电路
单片机灌溉排水系统的时钟信号控制将单片内部进行微操作来实现时间上的对时和精准度控制,这种电路形式一般由内部振荡和外部振荡来实现的,新型的单片机内部会设置一个高频的反向放大器来实现对震动的扩大以便进行传输,引脚为放大电器的暑促端口和输入端口,这种内部控制的方式电路比较简单,得到的这种控制信号相对比较稳定,所以在进行日常节水灌溉时通常使用这这种方式。而外部震荡通过外接晶体振荡器或者陶瓷谐振器对震动进行传输,再通过石英晶体形成一个新的自激振荡器产生外部时钟震荡脉冲。
ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器,这种转换器的内部系统有可以进行8路模拟的工作开关,这种模拟系统的输入端可以同时对8个电路输入的模拟电压信号进行分流和集体转换,而本系统只讨论关于INO和INL两路的电路模拟信号的输入。ADC0809转换器的分辨率为8位,最大不可调误差小于士1LSB,采用单一+5V供电,功耗为15mW,这种转换器在进行工作过程中不必进行零点和满度调整。因为ADC0809转换器的输出数据寄存器具有可控的多态输出功能,输出具有多种形态的锁存缓冲系统,所以8位数据在进行输出时直接和数据总线项链。转换器需要外部控制启动转换信号才能进行电路信号的转换,这种转换信号是根据CPU控制的,根据不同型号的转换器确定不同的信号转换要求,基本分为脉冲启动和电平启动两种方式,本工作系统一般采用脉冲型启动转换只需要在数据输入引脚的过程中输入正脉冲信号就可以进行转换器转换,当转换器开始工作后输出端的信号开始逐渐降低,转换工作结束之后EOC会实现高电平复位,同时将转换结果的数值传输到工作主机。
3.结束语
在世界范围内共有百分之四十的国家和地区的农业发展处于长期的缺水状态,有二十六个国家和地区处于严重缺水的情况。我国虽然拥有较大的储水总量,但是人均对水资源的占有量在世界百名之外,是世界上人均水资源最缺乏的国家之一,我国的农业用水缺乏的问题尤为突出,我国农业用水占我国的总用水量的百分之七十以上,其中灌溉的用水量占农业用水总量的百分之九十左右。所以提高农业用水水平和节水水平是缓解我国用水紧张的主要途径。所以只有通过不断提高单片机灌溉系统的工作效率和节水水平才能从根本上提高我国农业用水的综合水平,缓解我国的用水紧张,协调我国农业的地域发展平衡。
参考文献:
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[4] 赵俊生. 单片机技术项目化原理与实训. 北京:电子工业出版社,2011
作者简介:
随着农业的发展,人们逐渐认识到农田灌溉机电井建设对推动农业向节水高效方向发展的重要作用,并将其视为现代农业专业化、集成化发展的重要途径,实践证明,农田灌溉机电井的应用对优化农田生产条件,改善用水结构,推动农业发展具有重要作用,所以本文以江西省都昌县为例,对农田灌溉机电井的现状及建议对策展开研究,为推动都昌县农业发展作出努力。
关键词:
农田灌溉机电井;现状及建议;都昌县
农田灌溉机电井在改善农业生产条件,提升农作物抗病能力、推动农民增产增收方面具有非常重要的作用,所以受到现代农业种植的高度重视,但受农民传统种植理念、经济投入等因素的影响,现阶段在应用的过程中仍存在问题,需要针对性的优化和改进。
1农田灌溉机电井的现状
都昌县地处江西省北部、鄱阳湖北岸,水域广阔,水系众多,全县水域面积1390平方公里,占国土面积的52.1%,拥有鄱阳湖1/3水域,湖岸线长达185公里,占整个鄱阳湖湖岸线的1/10;沿湖大小圩堤89座,其中万亩6座、千亩21座、百亩62座,堤线长93.5公里;水库262座,其中中型水库3座、小(一)型水库34座、小(二)型水库225座;塘堰10822口,机电排灌站583座,是典型的“水乡泽国”,2013年调查发现其当时538座灌溉机电井中损毁的农田灌溉机电井共514座,其中无法修复达210座,其机井损坏的原因主要是因为移民建镇中由于渠道被平毁,提灌站无人管护;鄱阳湖水位今年持续降低,而部分沿湖提灌站取水口较高,导致泵站无法正常发挥效益,群众疏于管理;因缺乏专职管理,被人为破坏;“两工”取消,渠道清淤维修难以落实,工程效益严重弱化,使群众疏于管理;较大资金投入缺失,老化失修工程中机电设备报废;农民种粮积极性下降和灌溉支出与农业收入不对称,导致农民对泵站依赖度降低,群众疏于管理;现阶段农民种植作物的自由度增大,同一灌溉片作物需水时段不同,导致30千瓦以上提灌站基本难以组织开机,群众疏于管理。
可见,现阶段农田灌溉机电井的管理中仍有群众自发管理模式为主,未充分发挥依靠村委会集中统一管理、将农田灌溉机电井承包给部分农民管理、按照谁投资谁所有的原则进行管理等管理模式的作用[1]。另外,农田灌溉机电井建设对地方自筹资金的依赖性较大,受区域经济条件的限制,机电井整体建设、维护工作难以全面落实;普遍存在的重建设请管理问题,使农民群众不能全面准确的认识到机电井的作用,使农田灌溉机电井在节水方面的优势被忽略,加大其被损毁的可能;在地下水位不断下降的过程中,农民灌溉单纯依靠现有农田灌溉机电井难以满足实际需求,而且随着机电井损毁数量的不断增多,这种矛盾愈加激烈;而损毁的机电井得不到有效的维修管理,使机电井的使用寿命和效果都得不到保证,维修成本不断增加。
2完善农田灌溉机电井的对策
2.1坚持政府主导原则农田灌溉机电井建设具有较强的公益性,所以政府在农田灌溉机电井建设中应承担相应的责任,充分发挥自身主导作用,在加大财政投入的基础上,制定相应的优化政策,鼓励、引导群众参与灌溉机电井的管理维护工作中,例如落实小型水库安全管理员补助模式,安排泵站维养专项经费,加快土地流转,扶持规模化农庄,鼓励大户承包等[2]。
2.2注重规划布局农田灌溉机电井建设要以区域全面水文地质调查、地下水资源综合评价预测、机井取水调查等基础工作为前提,并对地下水禁采区、开采深度等准确判断,针对地下水的合理划分规定地下水利用的专项计划,使地下水超采区域得到有效的控制和管理,在开展机电井工程时要结合限采区地下水深度和开采范围制定合理的布局,并利用经济手段、法律手段、行政手段等保证农田灌溉机电井建设按照规划布局落实。
2.3加大宣传力度,强化统一调度和管理通过都昌县现阶段农田灌溉机电井疏于管理的原因可以看出,加大节水宣传,优化农田灌溉水利设施结构等是现阶段落实管理的主要途径,通过宣传使农民认识到节约用水的重要性,并主动参与农田节水灌溉中,将灌溉机电井与喷、滴等高效节水灌溉技术相结合,这不仅有利于节水灌溉机电井的推广,而且有利于农民增产增收,使农田灌溉机电井不断良性发展[3]。在加大宣传力度的同时,强化统一调度和管理,使机电井的灌溉作用得到充分的挖掘,改善农民对灌溉机电井的认识,充分挖掘农民在农田灌溉机电井管理中的作用,统一管理有利于短时间内对机电井进行维修、更新,提升农田灌溉机电井在灾情严重时的供水效果;有利于提升农民对机电井的重视程度;有利于规范机电井的使用过程,避免一井多泵、争抢井等问题的发生。
2.4对地下水开采进行合理的限制农田灌溉机电井的出水量缩减或完全不出水会对其使用效果和价值构成直接的影响,所以在改善农田灌溉机电井使用现状的过程中应有意识的加大对地下水的保护力度,使地下水开采得到行政、经济等手段的限制,例如传统大水漫灌的农田粗放灌溉形式,水资源的利用效率和产生的效益均不理想,而且造成地下水的极大浪费,政府应通过政策鼓励、减免农民灌溉电费等形式对此种农田灌溉形式限制,推广硬化渠道、地埋管道等节水模式,使地下水的开采量缩减,降低灌溉机电井被损坏的概率。
2.5强化农田灌溉机电井建设队伍首先要保证农田灌溉机电井建设队伍具有专业资质,防止非法随意打井现象发生,以此保证地下水开采利用的规范化;其次,落实机电井建设队伍的业务技能、法律知识等方面的培训工作,提升机电井的建设质量;再次,加强对机电井施工过程的监督管理,保证机电井建设所使用的材料满足要求,例如当机电井深度超过一定标准但仍未使用4米一节规格的水泥管,会加大地下水被串层污染的可能。
2.6创新农田灌溉机电井管理方法政府在加大农田灌溉资金投入的同时,应引导农民发展民营水利,利用产权改革制度使覆盖范围广、数量多的小型农田灌溉机电井得到转让、承包、租赁管理,农民参与机电井管理是保证管理全面、可持续的有效途径,在此过程中应注意,由于地下水层受多方面因素影响具有较强的不确定性,而且农田灌溉机电井自身使用寿命有限,所以承包的时间不宜过长,以1至3年为主,以此调动农民参与农田灌溉机电井承包的积极性,另外,要通过科学合理且全面的合同对承包农民的权利义务进行明确,防止因人为恶意提升农田灌溉费用,对其他农户的权利构成侵害[4]。除此之外,可推广谁投资谁所有的管理模式,使农田灌溉机电井的投资活力和管理弹性提升,在此基础上建立用水协会,对其统一调度也具有积极的作用。
3结论
通过上述分析可以发现,现阶段都昌县农业发展过程中已经认识到建立农田灌溉机电井对提升当地农业水平的重要性,并在实践中有意识的推广应用,但受多方面因素影响,目前存在诸多问题需要解决优化,这是当地农业种植管理理念提升的体现。
参考文献
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生态恶化,粗放型灌溉模式必须要改
“人多地少是我国的基本国情,要用占世界7%的耕地去供养占世界21%的人口,我们不得不提高耕地复种指数,甚至在生态脆弱地区垦荒种地,这对水资源需求量很大。”日前,全国农技中心节水处处长高祥照在第三届中国农机手大赛“节水灌溉讲堂”上说。我国每年用水5800亿方,其中农业用水3600亿方,占62%。但我国水资源仅占世界的6%,年缺口300亿方,每年受灾面积4亿~5亿亩,损失粮食600亿斤。
虽然,我国从20世纪90年代就开始推广节水灌溉,但以“小白龙”为主,农民拉着水管在地里浇水。这种灌溉模式仍然属于粗放型大水漫灌,浪费很严重而且效率很低,3个人1天才灌七八亩地,新疆500亩的棉花地要14个人灌半个月。水利条件稍好的地方有沟渠灌溉,但由于蒸发量大,水资源利用率依然很低。此外,沟渠的修建,占用了约14%的耕地,又造成了耕地资源的浪费。
不仅如此,粗放型农田灌溉模式还是我国农业生产“肥多、药多、膜多、投入多”的主因之一。以施肥为例,传统的犁地翻土施撒固体肥料,化肥实际利用率仅为20%。比如最常见的氮肥尿素,极易溶于水。据一项调查显示,如果在施肥后灌溉,作物对尿素的实际吸收率一般维持在15%左右。由于化肥使用率低,农民不得不增加化肥使用量,对土壤、水资源造成了严重污染。
近年来,通过发展集雨灌溉、地膜覆盖作业,我国西北年均降水量300毫米左右的旱作农业区曾创下了玉米亩产达1500斤的农业奇迹。但那里属于本不应该发展农业的生态脆弱区,耕种会破坏沙质土壤表面的保护壳、降低土壤蓄水能力,成为我国北方沙尘暴源头之一。所以,应当在中东部地区大力发展节水灌溉,提高水资源利用率和粮食总产量,在生态脆弱区退耕还林保持我国生态环境的平衡。
“在生态约束趋紧的情况下,大力推行节水灌溉已经刻不容缓。”高祥照说,而且节水本身不仅是省水,更能省肥省药,是推进化肥、农药使用量零增长行动的关键途径。
立足国情,推广节水灌溉机械要因地制宜
为发展节水灌溉,国家于2012年开始大力推广大型喷灌机。这是一种广泛应用于欧美国家的先进节水灌溉机械,一次性灌溉面积可达上千亩,既节水又高效。
江苏华源节水股份有限公司总经理邱志鹏介绍说,大型喷灌机要求单口机井出水量在60吨以上,欧美国家水资源相对丰富没有问题。而我国地下水资源如此充沛的地区却不多,在中西部地区出水量太小根本无法运转。
大型喷灌机还对地块有要求,需要土地规模连片,不能有沟、不能有渠、不能有树、不能有电线杆,不然就转不了。一台大型喷灌机效率最高的时候要达到500亩以上才能产生效益,否则就不划算。在目前我国农业生产经营分散的情况下,它也是不大适用的。因此,在我国大部分地区,体型庞大、单次灌溉面积大的大型喷灌机难以“施展拳脚”。
同时,我国也从以色列引进了微型滴灌技术和设备。以色列国土面积狭小、极为缺水,设施农业发达、大田农业很少。与之截然相反,我国以大田农业居多、设施农业较少。“滴灌节水效率很高,适合在设施农业园区推广,要在大田农业生产中推广成本太高,农民难以接受。”邱志鹏说。
“因此,我国发展节水灌溉,绝对不可能完全照搬某一国家的模式,一定要根据国情进行自主创新。”邱志鹏说,我国各地区自然环境差异大,要根据各地自然环境特点因地制宜地选择灌溉设备,所以我国一定是多种灌溉模式并存。
机艺融合,将水肥一体化与喷灌机结合使用
“我国大田农业为主、规模化程度不高的现实,决定了中型喷灌机是节水灌溉适用机械。”邱志鹏说,中型卷盘式喷灌机机动灵活、自动化程度高、投资低,适合大中小不同规模作物的规模化作业,是适用性较广的灌溉装备之一。
传统国产卷盘式喷灌机,采用国外20世纪80年代技术,存在传动级数多、驱动单元效率低和机械式速度控制偏差大的问题,致使设备能耗高、灌溉均匀度低。
“对此,我们进行了四处关键技术创新,解决了传统卷盘式喷灌机存在的问题。”邱志鹏介绍,一是研发太阳能供电的直流电机直接驱动变速箱,入机压力降低10%、耗能低;二是采用蜗轮蜗杆+直齿圆柱齿轮的传动组合,传动效率提高20%,体积减小10%;三是建立了卷盘综合参数传感与速度控制技术,速度偏差由国内普遍存在的20%降低到5%左右,灌溉均匀度超出国家标准;四是建立灌水量-移动速度决策方法,操作简单,只需输入灌水量,即可自行运行。该设备单条作业、机动灵活,可以有效应对地面坑渠,地块腹宽70米、长度10米即可作业。同时,可根据地块长度延伸作业,不受限制。只需3吨水就可以作业,也更加符合我国缺水的实际。
这种光伏电驱动卷盘式喷灌机节水喷灌效果比大田漫灌节水30%以上,自动化程度较高,一台机器就可以作业200亩地,一个人能控制4台左右。“不少种粮大户和农机合作社已经认识到科学灌溉对于增产增收的作用,而且还能成为一项新的农机作业服务内容,农民自行采购设备增多,慢慢扭转灌溉机械对政府水利项目过度依赖局面。”农业部农机推广总站总工程师徐振新说。
关键词:喷灌机系统 水源 动力设备 系统形式选择 效益分析
中图分类号:S274.2文献标识码:A
喷灌系统一般包括水源、动力设备、水泵、管道系统及喷头等部分。要进行灌溉,首先必须解决水源问题,据统计目前采用打井抽取地下水为喷灌水源的较多,也有采用地表水,其类型没有限制,只要在灌溉期能保证水量和质量即可;水泵是将从水加压,使水能达到喷射的要求;动力设备的功率要与水泵配套;管道系统是把经过水泵加压后的灌溉水送到田间,它必须要满足流量和压力的要求,常分成干管和支管两级;喷头是喷灌系统的专用设备、也是重要部件,其作用是把水泵加压后的集中水流分散成细小的水滴并均匀地散布在田间。
本文以《黑龙江省农垦总局红旗农场节水灌溉示范项目实施方案设计》设计参数指标来介绍半固定式喷灌系统的工程设计应用,项目区灌溉面积2700亩。
1 示范区工程概况
红旗农场位于哈尔滨市西南郊,分布在哈尔滨市的南岗、道里、平房三个行政区,隶属哈尔滨分局管辖。场部设在南岗区的王岗镇,距市区9公里。地理坐标:东经126°22′30″~126°33′45″,北纬45°34′~45°41′。土地总面积2.03万亩,其中:耕地面积1.3万亩。
此次节水灌溉示范区选择在农场的第四生产队和第五生产队。第四生产队位于哈尔滨市西南部的机场路两侧,距哈市13公里。北靠松花江,东邻哈尔滨新发乡,西邻哈尔滨新农乡,南靠榆树乡,机场路横穿境内,交通十分方便,现有耕地面积3400亩。该区地势平坦低洼,土壤属于草甸沼泽土,PH值为7.5。
地下水储量丰富,水质良好,单井出水量144立方米/小时。
第五生产队位于哈尔滨市的动力区境内,与哈尔滨市的朝阳乡接壤,紧靠哈尔滨市的平房区。京哈高速公路从境内通过。现有耕地面积2800亩。该区地形地势起伏明显,属于漫岗地。土壤为黑粘土类型,适于种植各类经济作物。地下水储量丰富,单井出水量可达到80~100立方米/小时,水质良好,适宜农田灌溉。
2 水源工程
灌溉水源分为地表水和地下水两种,该项目区灌溉水源为地下水,根据农场调查及实际运用情况,参照已成井钻孔柱状图,确定井深88米,成井后动水位埋深60米左右,出水量80~144立方米/小时,井径300毫米。需新打井14眼。经过喷灌系统设计和计算后,得知泵站的设计流量和扬程,通过压力管道输送至田间进行喷灌。
3 喷灌系统确定
3.1喷灌系统形式选择
根据示范区实际情况和操作运用情况,选择8PR(L)系列管道式喷灌机,管材采用衬胶喷灌管,接头为适合丘陵地区使用的偏角可达30°的球头式,性能先进,具有结构简单、性能稳定、水损小、安装操作方便、适应性强、造价低等特点。
3.2 喷灌系统设计
⑴布置的原则
①干管应沿主坡方向布置,在地形较平坦地区,支管应与干管垂直,尽量沿等高线方向布置;
②在平坦地区,支管的布置应尽量与作物耕作方向一致,并与田间工程规划相配合;
③在经常刮风的地区,布置支管与主风向垂直,这样在有风时可加密支管上的喷头,以补偿由于风造成喷头横向射程的缩短;
④支管上各喷头的工作压力要求接近一致,或在允许的差值范围内。
⑤抽水站应尽量布置在整个喷灌系统的中心地点,以减少输水的水头损失;
⑥喷灌系统应根据轮灌要求设置控制设备,一般每根支管应设有闸阀控制。
⑵确定喷灌方式
选择8PR(L)管道式喷灌机,其主要技术规格及性能如下表:
⑶管道与机井布置
机井设在主管道一端或中央, 支管与干管衔接交角为90°,干管基本上呈东西向,支管呈南北向,具体布置见附图。
⑷喷洒水利用系数
根据气候条件选取,风速为3.4~5.4米/秒,η=0.7~0.8。
⑸设计风速
应采用区内主要作物关键需水期设计日喷灌时间内平均风速的多年平均值,根据红旗农场气象资料,作物需水期平均风速为4米/秒。
⑹设计灌水周期
根据实际运用情况,确定灌水周期T=7天。
⑺喷灌工作制度
①计算灌水定额
参照表4-1,选择一次灌水定额为37.5毫米(25立方米/亩)。
②每日净喷灌时间
根据国家标准GB85-85中规定,结合农场实际情况,为充分发挥喷灌机效率,每日净喷灌时间确定为t=16小时。
③喷头组合间距的确定
喷头的组合间距不仅直接受喷头射程的制约,同时也受到喷灌系统所要求的喷灌均匀度和喷灌区土壤允许喷灌强度的限制。
初步选定喷头喷嘴口径为7×3.1毫米,喷头射程R为18米,流量为3.5立方米/小时,喷头工作压力为250千帕。
确定喷头组合间距为18×18米,即同一根支管上喷头间距为18米,支管间距为18米。
④喷头在一个喷点上的喷洒时间
t=abm/1000q
式中:
a---喷头间距,a=18米;
b---支管间距,b=18米;
m---设计灌水定额,m=37.5毫米;
q---喷头流量,q=3.5立方米/小时。
计算得:t=3.47
⑤喷头每日可工作的喷点数
n=tr/(t+ty)
式中:
tr---喷头每日喷灌作业时间,tr=16小时;
ty---每次移动、拆装和启闭喷头的时间,ty=0。
计算得:n=4.61个,取n=4.5个
⑥支管轮灌方式的确定
为减少干管管径,方便人工搬移支管,采用干管两侧的支管轮流往返作业。
⑦确定支管上的喷头数和支管根数
根据试算结果,确定喷头间距18米,支管间距18米,喷头流量3.5立方米/小时。所选管道及喷头满足要求。
⑷喷灌系统设计流量的推求
Q=np•q/ηc
经计算计算得:当np=13时,Q=47.9立方米/小时。
当np=9时,Q=33.2立方米/小时。
⑸喷灌用水量计算
Wm=m0A/ηc
式中:
m0---设计灌水定额,取m0=25立方米/亩;
A---作物喷灌面积,A=2700亩;
ηc---输水利用系数,ηc=0.95。
计算得:Wm=71053立方米
⑹单台机组控制面积
①当np=13时,
A0=0.252×0.018×1500×4.5×7=214.33(亩)
确定A0为200亩。
②当np=9时,
A0=0.18×0.018×1500×4.5×7=153.09(亩)
确定A0为150亩。
⑺机组台数确定
根据地块大小确定,通过计算确定机组台数共计14台。
⑻喷灌系统设计水头
H=Zd-Zs+hs+hp+Σhf+Σhj
hf=S0QmL,S0=f/db
通过计算管道沿程水头损失和局部水头损失设计扬程为123.19米。
⑼确定动力机和水泵
根据工程设计情况,选择沈阳潜水泵200QJ(R)50-120/8型号,流量范围35~60立方米/小时,扬程工况范围97.6~144米,配带电机功率为25千瓦,共需14台套。
4 结论
关键词:农田灌溉;井型选择;机井设计
中图分类号:S277.2 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2012)-11-0236-1
1 井型选择
1.1 管井
对于井径较小、井深较大,以混凝土管、石棉水泥管、钢管、铸铁管等为管材的水井,一般统称为管井。由于它是用钻机凿成和机械提水,故又称为机井。管井是使用最广泛的井型,不论是开采深层压水或是开采浅潜水均宜采用。当含水层埋深大于30米时,采用管进更为适宜。管井采用钻机施工,成井快,质量好,成本低。随着工农业生产的发展及钻井机械和提水设备的改进,管井将会有更大的发展。
1.2 筒井
筒井是一种井径较大、井深较小的井型,因形似圆筒而得名。筒井由井头、旱筒、进水部分和泥沙部分组成。筒井可分为小口筒井和大口筒井。凿井时常用人工开挖和机械排水相结合的施工方法。井壁多用砖石等材料衬砌,或用混凝土预制管。筒井具有结构简单,维修容易,取材方便等优点,是农田灌溉开采潜水的主要井型。筒井适用于潜水丰富,埋深较浅,补给充沛,含水层透水性较差或良好的地区。另外,筒井是历史上延续下来的一个名称,我国在1986年以后已不再使用筒井这一名称。
1.3 筒管井
筒管井是筒井和管井结合使用的井型。它适用于上层潜水含水层厚度小,出水量不大,而下层又有埋藏较浅,富水性较好的承压水地区。筒管井易于施工,投资较少取水方便,在下列情况下采用:一是用人工开挖筒井深达地下水位,继续开挖有困难时,可改用钻机向下施工,打成管井;二是旧筒井由于地下水位下降,出水量减少,可在旧筒井的底部打管井增加井深,以恢复或增大出水量。
1.4 辐射井
由垂直的大口径集水井和辐射状分布的集水管(辐射管)组成。它具有取水范围大,单位降深的出水量大等优点。辐射井适用于:埋藏浅、厚度薄、富水性强、有补级来源的砂砾含水层;裂隙发育、厚度大的黄土含水层;富水性弱的砂层或粘土裂隙含水层。集水井的井壁和井底一般都是封闭的,它本身并不直接从含水层中进水,以便于施工、维修和防止井淤。集水井的主要作用是汇集辐射管的来水,安装抽水设备,为辐射井的施工提供场所。所以集水井的直径大小,主要取决于辐射井施工和安装抽水设备的需要,而与其出水量大小无关。
1.5 虹吸井
虹吸井是由中间的集水井和周围2~4眼水源井用虹吸输水管连接起来的井组,又称联井。在砂层较薄、单井出水量小、地下水埋藏浅的地区,为集取较多的水量,常采用这种井型。水源井至集水井的距离一般为60~100米,井深15米左右,井管常用450毫米的水泥滤水管。集水井的井径、井深可适当大一些。水源井与集水井之间直径80毫米左右的塑料管或铁管作虹吸输水管连通。虹吸管埋入地下1~2米,以防冻裂,其两端分别插入水源井和集水井中,并应埋入动水位以下1~1.5米。虹吸管通过排气管与真空泵连接。抽水时,先开动真空泵,使虹吸管内形成真空,再开动机泵抽水,使集水井水位低于水源井水位,水源井中的水便通过虹吸管源源不断流入集水井,使出水量大大增加。
1.6 坎儿井
坎儿井是地下水平取水建筑物,由立井、集水廊道和明渠组成。它适用于地下水埋藏浅,含水层厚度较薄,地面坡度较陡的地区。在我国新疆地区,高山融雪水经过冲积扇上部透水性很大的漂砾卵石地带进,大量渗漏到地下,变成地下潜流,位于山前洪积冲积扇下部和冲积平原上的耕地,即可利用坎儿进引取地下潜流进行农田灌溉。集水廊道是为了拦截地下潜流和连接立井的输水管道,出口处的底面应与地面齐平,比降应小于潜流的水力坡度,一般为0.1%~0.8%。
2 机井设计
2.1 机井的一般结构
井头在井管的上端,由封闭物顶部至井口段的井壁管周围,用砖石筑或用混凝土浇筑成井头,以便安装抽水设备和保护井口。井头出口处的井管应与水泵或泵管连接紧密,以防污水和杂物进入井管;井壁管为不透水的实管,安装在隔水层、咸水层、流砂层、淤泥层和不取水的含水层处,起固井止水作用;滤水管为透水的花管,是井管的进水部分,安装在取水的的含水层处,起拦沙和滤水作用;沉沙管又称沉淀管,为实管安装在井管的最下部,一般长5~10米,用以沉淀抽水时从含水层中带来的泥沙,以便定期清理,防止井淤。沉淀管的下面为底盘和导向木塞,施工时起托住井管和导正管子的作用,下完井管后即为井底。在井管与钻孔之间的环状空隙中,应分别填入不同的填料。在滤水管填规格砾料,以便拦沙滤水和增加出水量;在井壁管和沉淀管填粘土球或用水泥封闭,以免咸水、污水进入井中。
2.2 井管的类型和选择
井管的类型很多,主要根据井类型实行选用。当井不深时,可采用造价低的水泥管、石棉水泥管、塑料管和铸铁管;当井深较大时,则应采用强度较大的钢管或玻璃。
2.3 滤水管设计
滤水管又称过滤器,它是机井的重要组成部分。实践证明,机井的问题大都发生在滤水管部分,轻则出水量减少或造成井淤,重则使机井报废。据统计,近年来的机井报废率高达30%以上,其主要原因都是滤水管涌砂。所以,机井设计的主要内容是正确地设计滤水管,它是取得最大出水量和最小涌砂量的关键,直接关系到机井的使用寿命。
关键词:高效节水灌溉;问题;激励机制
中图分类号: F323.2 文献标识码: A 文章编号: 1674-0432(2014)-02-66-1
高效节水灌溉技术是运用先进、科学的设备和技术,配合有效的管理手段和工程措施,根据所灌溉作物的生理需求,对其进行科学合理的灌溉,这样不仅可以提高农业的产出效益,而且还可以提高水的利用率。所以,高效节水灌溉技术是转变农业增长模式、缓解水资源紧缺、节约农业用水的最有效的途径,推广高效节水灌溉技术对节约水资源具有重要意义。
1 高效节水灌溉技术在推广中存在的问题
1.1 农民对高效节水灌溉认识程度较低
高效节水灌溉技术在农村的科普、宣传工作相对薄弱,加上农民自身的文化程度也较低,所以很多农民对于应用高效节水灌溉技术并加以科学合理的管理后可以使农作物增产这种事实,一直存在怀疑的心理,缺少对高效节水灌溉技术可带来的现实利益和长期利益的认识,相比较更愿意采用传统的灌溉方式,导致有些地区部分已经建成的节水灌溉工程闲置,无法发挥出自身作用和价值。另外,因为高效节水灌溉技术灌水理念为少量、多次的高频灌溉,灌水时地表不出现明流和积水,这相对于传统地面漫灌农户直观感觉灌水量不足,由于农民的守旧思想,所以对于高效节水灌溉技术从心底里存在抵触情绪。
1.2 国家的优惠和补偿政策有待完善
建设高效节水灌溉工程所需要的投资相对较高,如果在节水灌溉工程建设中国家投入不足,那么即便是用水户从中看到了利益,也不愿意花相对较高成本采用节水灌溉技术,这时就需要国家和政府在建设节水灌溉工程中给予一定的补贴或优惠政策,以此来吸引和刺激农业灌溉用水户采用高效节水灌溉技术。另外,现在的水利工程建设任务主要由县级政府来完成,所以,如果政府在财政方面缺乏支持,那么对于节水灌溉工程建设的补贴和优惠政策是不可能全面落实的。
1.3 水权制度不明确
基于我国水权市场建设的落后,造成用水户无法通过水权交易而获取节水灌溉技术的经济激励。目前大部分地区由于上游用水户缺少节水灌溉激励措施,所以用水户在建设节水设施的过程中需要付出的经济成本较多,即使这样节余的水还是不属于自己,这样用水户都选择了引水漫灌而放弃了节水。但是引水漫灌的成本是需要下游用水户承担的,如果水权可以明晰,水权制度可以完善,那么用水户是可以将节水灌溉技术中的节余水通过水权交易的方式,有偿地转让给紧缺水资源的用水户,因此完善水权制度,农业灌溉用水户实施节水灌溉技术的积极性也会大大提高。
2 推广节水灌溉技术的激励机制
2.1 提高农民对高效节水灌溉的认识
要大力开展高效节水灌溉的宣传工作,使农民们清楚采用高效节水灌溉技术可以带来间接和直接收益。节水灌溉设施的直接使用者就是农民,在高效节水灌溉工程的建设和应用中都发挥着非常重要的作用,政府要明确农民在高效节水灌溉技术中的角色定位,并结合当地的经济水平,以提高农民收益为目标,加大对农民的素质教育,使农民对高效节水灌溉技术有一个较为全面、深入的了解,从而激发农民对节水灌溉设施建设和技术应用的积极性。
2.2 加大高效节水灌溉的补偿力度
国家在高效节水灌溉补偿力度上还有待提高,应根据谁受益谁补偿的原则,提高对农民的补偿力度。上面所说的受益主体是单位和社会,农民通过采用高效节水灌溉技术所节约出的水资源,是可以为社会带来收益的,政府应在节水灌溉设施上加大投资力度,建设惠民工程从而补偿农民。另外受益单位也可以直接对用水户进行经济补偿,可将部分水资源由农业用水转化为工业用水,然后将所创造的收益拿出一部分返还给节水灌溉的农户,也可以通过对水资源置换的方式补偿农户。
2.3 明晰水权制度
水权是指用水的转让权、使用权、管理权和收益权等。我国水法中明确规定水资源是国家所有的,但是对于水资源使用权却没有做出明确的规定,导致水权模糊不清。在这种情况下,水资源具有公共属性,所以造成用水户在使用水资源的过程中,不懂得如何节约用水,无限制地使用。而且国家在对水权没有明确界定时,用水户通过高效节水灌溉技术所节约出来的水的收益是完全不属于自己的,这就使得用水户对于建设节水灌溉设施、调整作物种植结构等方面没有很大的积极性,所以,明晰水权制度,更利于培养用水户的节水灌溉意识,从而使水资源的利用效率得到提高。
3 结语
综上所述,由传统灌溉技术向现代灌溉技术转变不是一朝一夕的事情,而是需要一个渐进的过程。在市场经济条件下,实现高效节水灌溉技术大力推广的重要保障就是有效的激励措施,这就需要我们在推广的过程中开发出低成本的节水灌溉技术,并与政府的各项优惠补贴政策相结合,提高农户运用高效节水灌溉技术的积极性,从而实现水资源的高效利用。
参考文献
[1] 李晓梦,李彦彬,尹飞翔.我国节水灌溉技术现状与激励机制研究[J].山西建筑,2013,(30):240-242.
关键词:无人机;光学遥感技术;土壤湿度;节约用水
一、我国的干旱状况及干旱预警机制
(一)我国干旱现状
我国是一个严重干旱缺水的农业大国。很多省份的人均水资源量低于500立方米。我国人均水资源占有量在世界银行统计的153个国家中仅排第88位。水资源分布也很不平衡,长江流域及其以南地区,面积只占全国的36.5%,但水资源量却占全国的81%;其以北地区,面积占全国的63.5%,但水资源量仅占19%,所以水资源短缺是我国面临的严峻问题。并且我国的农业生产几乎全部依靠灌溉,因此发展安全节约高效的精准农业是我国农业发展的一个目标。
(二)我国干旱预警机制
我国干旱预警主要是通过国家各级人民政府抗旱防汛指挥部负责管理。依据国家的相关法律法规、农牧业、水利、气象等部门向同级人民政府递交干旱监测、预测预警决策信息,政府部门根据干旱灾害的严重程度启动不同的预警应急预案,不同部门之间开展的常规干旱监测、预警评估业务信息,供内部业务使用或通过授权的媒体上。所以我们一般得到的天气及干旱情况是比较笼统的大范围的天气状况。但是现在的精准农业上的需要的则是应比较详细的、精准的。同时由于地理环境以及土壤环境的差异即使在同一块土地中不同部分的土壤含水量也会出现差异,更重要的是我国的地理环境比较复杂,想要准确的监测土壤湿度就更难了。
二、无人机在旱情监测上的应用
通过发展安全高效节约的精准化农业是农业现代化的重要标志,也是我国发展农业的一个目标。无人机已经成为一种新型的信息获取途径,在农业现代化的建设进程中,其在精准农业发展中占有的地位会越来越重要,尤其是在农业旱情监测以及农业灌溉上的应用。
(一)无人机遥感技术
传统遥感技术一般采用卫星和大型飞机作为遥感平台,进行大面积观测并获得丰富的综合性数据。但是,传统遥感在小时空尺度的数据采集分析上存在分辨率不足的问题。如果采用小型无人机作为低成本的新型遥感平台,就很好的弥补了传统遥感的缺陷,在局部遥感和应急监测方面会取得巨大的成功。
无人机遥感技术要求搭载的仪器所占空间小、重量轻、抗震性优良。光学遥感技术具有所占空间小、时间短、成像简单、费用少等一系列优点。无人机通过搭载有合成的多功能探测器,以近红外光作为遥感测量的手段,采集多波段光谱数据,依靠地面的操作站对无人机实施操控。
(二)土壤湿度监测与土地灌溉
土壤的含水量是农作物生长的重要指标,农作物的生长都有适宜的土壤湿度范围,在现代的农业生产中我们往往需要及时的了解大面积农田的土壤湿度。传统的土壤水分测量方法有:种子散射法、重力土壤采样法、张力计法、土壤蒸渗法和土壤电阻法。但是这些方法采样时间长且是点数据,不能满足大面积空间、长期的土壤湿度动态要求,没有显著的代表性。微波遥感技术就可以很好解决这些问题,微波遥感监测土壤水分的基础是土壤的介电特性与水分含量间的密切关系,因为土壤的介电常数受水的影响很大。无人机通过搭载遥感设备,对收集到的土壤反射回的微波图像数据进行综合分析,和建立的模型进行对比得到具体的土壤湿度含量,并且可以对图像模糊的区域通过自动或人工对无人机实时进行任务设定、航线调整进行重新的观测。可以更加全面的对土壤进行监测,然后将再次传回的数据与图像进行数据处理分析,得到更加具体的土壤湿度。
农业灌溉是农业生产中最基本的问题,作为下一个严重缺水的国家,发展现代农业是我国农业建设的首要任务。节水灌溉技术在广义上是指相对于传统灌溉技术更加能节约、高效用水的灌溉方法,措施和制度的总称。狭义上是指以现代农业作为前提,根据地域性和作物生长规律的不同,以实现农业产量最高和生态效益最好为目标而进行的水资源开发和灌溉技术的总称。
合理高效的农田灌溉,是保证作物生长和节约用水的基本准则。现代农业中常采用的节水灌溉技术有沟灌、喷灌、滴灌等技术。我们通过得到的不同的土壤湿度对灌溉进行合理的安排,这样既能保证作物产量又能达到节约用水的目的。
三、结语
现代农业的快速发展对农业航空的需求日益增长,决定了农用无人机必定成为农业生产操作的主要力量之一。随着无人机遥感技术的不断发展及其在农业上的应用,为现代的精准化农业的发展提供了更为有利的技术支持,其不仅可以应用在土壤湿度的监测和农业灌溉上,还可以应用在其他农业的信息采集上,对农业生产进行实时监测,从而将农业生产的风险降到最低,保证农业产量,加快推进我国的农业精准化建设。
参考文献:
[1]高占义.中国的灌溉发展及其作用[J].水利经济,2006,24(1):36-39.
[2]朱平.区域水资源预警方法研究[D].扬州大学,2007.
[3]于宝珠.旱情风险评价模型及其预警机制的研究[D].东北农业大学,2012.
[4]孙伟.中国农业节水技术推广关键影响因素研究[D].东北农业大学,2012.
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