智能节水灌溉系统的设计【文献综述】

毕业设计（论文）文献综述

题目：智能节水灌溉系统的设计

专业：电子信息工程

1前言部分

在人类文明日益发达的今天,人们逐渐的意识到,在所有的自然资源中水是最重要的有限资源,必须合理的开发和利用。联合国环境与发展大会通过的《21 世纪议程》中强调:“水是一种有限的资源,不仅为维持地球上的一切生命所必需,而且对一切社会经济部门都有生死攸关的重要意义。”而我国又是一个古老的农业大国,农业灌溉已有上千年的历史,同时我国也是人口大国,要用占全世界7 %(1 亿m2)的耕地来养活全世界22 %的人口,实是不易,加之我国是一个水资源较短缺的国家,其总量约为2.8万亿m3,人均水资源占有量2300 m3,仅为世界人均水平的1/4 ,并且有限的水资源在空间上分布极不均匀,使占国土面积60 %以上的北方地区拥有的水资源量不足全国总量的20%。这样使我国有10个省、市、自治区人均水资源占有量低于国际上一般公认的人均水资源1070m3的最低标准。全国约有300 个城市缺水,一到夏季,生活用水极度紧张。我国农业用水占总用水量的73%,是用水大户,其中农田灌溉用水占66%。在农业灌溉用水中,传统的大水漫灌,水田串畦淹灌方法不仅用水效率低下,灌溉水利用率仅有40 % ,而且造成土壤盐碱化,地下水位抬升,严重的影响了作物的产量提高。所以开发节水灌溉是人们刻不容缓的任务，这是每个人的义务，因为水就是我们的未来！

2主题部分

2.1国外节水灌溉发展史

世界上科技先进,经济发达的国家早在本世纪30年代就开始研究实施喷灌这一先进的节水灌溉技术。西方国家采用喷灌设备灌溉作物,始于庭园花卉和草坪灌溉。30～40年代,随着冶炼、轧制技术和机械工业的迅速发展,一些欧洲发达国家逐渐采用薄壁金属管做地面移动输水管,代替地埋固定管;用缝隙或折射喷头浇灌作物。二战后喷灌技术和机具设备的研制又一次得到快速发展,特别是大型自走式喷灌机和摇臂式喷头等技术的发展,使喷灌技术大大前进,由于其节省大量劳力,灌溉水量均匀,增产显著,在美国干旱的西部得到广泛的使用。与此同时,在欧洲,薄壁金属移动管道喷灌系统和卷管式喷灌机因其简便耐用,投资少,效益高,也不断地发展。50 年代后,由于塑料工业的飞速发展,塑料制品取代金属

制品的范围越来越广,为适应水资源极度短缺地区灌溉的需要,以塑料为原材料的滴灌和微喷灌系统逐渐发展起来,到70年代中期,澳大利亚、以色列、墨西哥、新西兰、南非和美国等6 个国家开始推广滴灌。滴灌面积迅速从当时的5. 66 万m2发展到1991 年的160 万m2。由于滴灌和微喷灌系统需克服灌水器堵塞的缺陷,故发展不如喷灌快。但是近一、二十年来,以色列在滴灌和微喷灌系统生产上取得了举世瞩目的成绩。目前全世界的灌溉面积大部分仍是传统的地面灌溉,为了地面灌溉提高水的利用效率,节约灌溉用水,国际上采用了“波涌”灌溉,有效的提高了灌溉效率。

2.2 国内节水灌溉的发展

我国是古老的农业大国,农业节水灌溉已有上千年的历史,早在《周礼》中记载有“潴”(池塘) 蓄水,“防”(堤) 堵水,“沟”输水,“道”(小沟) 配水,“列”(垄沟)灌水“, 泛”(大沟)排水。西汉时代,新疆吐鲁番盆地开始修建“坎儿井”,通过地下渠道引天山融雪潜流灌溉,减少输水蒸发和风沙淤塞。唐代对郑国渠等大型灌区配水工程实行用水管理,设闸分水轮灌。清光绪六年,新疆哈密县修建石城子渠时,为了减少输水损失,采用毛毡压石头的方法引水灌溉。新中国成立后,从50 年代就开始了节水灌溉技术研究。70 年代,大力推广渠道衬砌防渗,实施小畦短沟灌溉等技术,同时开始了喷微灌设备研制和技术推广。80 年代后,主要推广低压管道输水技术。90 年代,主要开展各种节水灌溉技术的集成组装配套,形成了具有中国特色的综合节水农业体系。虽然我国节水灌溉有悠久的历史,但直到新中国成立后,节水灌溉事业才蓬勃发展起来。由于技术同西方发达国家相比相对落后,因此在我国的节水灌溉发展过程中,一方面我们引进国外先进的科学技术设备,并加以消化;另一方面,针对农业生产中急需解决的问题进行重点研究和联合攻关,使我国在节水灌溉工程技术中取得累累硕果。

2.3 在农业节水灌溉工程技术中的发展趋势：

当今世界上对水为农业服务的关系非常明确,农业持续发展关键之一,就是能合理有效的保护和利用淡水资源。因此做为农业节水灌溉工程新技术的,微灌,地下灌,膜下灌等技术大有用武之地。

目前,喷灌技术仍是作为大面积机械化解决大田作物节水灌溉的主要形式,其研究开发方向是进一步节能节水及综合利用,近年在节能和兼喷施农药等方面有较大的突破。尽管不同喷灌机型都有各自的优势,但从综合条件考虑,平移(包括中心支轴) 式全自动喷灌机,软管卷盘式自动喷灌机及人工移管式喷灌机等是推广重点,而这三种机型也是适宜于我国情况的。随着计算机的普及,把计算机应用于喷灌,采用数字化图象处理技术测量、控制喷洒水滴的大小,使其使用于多种作物灌溉,是今后研究方向之一。

在微喷灌应用中,应发展低水头滴喷灌技术,减小能量和原材料的使用量,减轻对土地生态系统的影响。

地下灌溉已被世人公认为是一种最有发展前途的高产节水灌溉技术,尽管目前还存在一些问题,使应用推广的速度较慢,但科技含量愈来愈高,许多理论实践问题会在不久的将来得到解决。

地面灌溉仍是当今世界占主要地位的灌水技术,输配水向低压管道化发展;在渠道防渗工程技术中,今后着重于防渗新材料的研究和推广、复合材料防渗结构形式的研究、防渗渠道的断面形式研究、渠道防渗工程防冻害技术研究、施工向半机械化和机械化方向发展;田间灌水探索节水技术较多,如激光平地,波涌溉等;在管理上采用计算机联网控制,精确灌水,达到时、空、量、质上恰到好处地满足作物不同生育期的需水;在田间规划上,由于土地平整度高,多以长沟、长畦、大流量进行田间灌水。

节水农业工程技术应与农业节水增产技术紧密结合,增墒保水机械化旱地农业大有发展前途。国外这种技术形成了多种体系,如保护性与带状耕作技术,轮作休闲技术,覆盖化学剂保水技术,深松深翻技术等。这种技术是需要采用机械实现的系统农业工程,保持水土的效果很好。

2.4 在非农业灌溉工程中的发展趋势：

随着科学技术的进步,人类文明的发展,人们对精神生活要求越来越高。园林绿化工程,草坪绿化工程,欣赏花卉,各种活动场地如雨后春笋般的在我国发展起来。这势必要求有一套适应它们生长的灌溉工程技术迅速发展完善起来,以满足人民生活需要。

园林灌溉和农田灌溉对喷头的要求存在较大差异,不是所有的灌溉喷头都能用于园林喷灌,埋藏式喷头是园林灌溉喷头的主要形式。现今世界各国尤其是发达国家的园林灌溉专用喷头已达相当高的水平。传统的摇臂驱动埋藏式旋转喷头已逐步被内水流驱动式替代。由于种种原因,国内在该类产品的开发研制方面几乎还是空白。因此急需有一部门牵头,集中各方面的人力、物力、财力,加紧研制内水流驱动埋藏式旋转喷头和埋藏式固定喷头。

在欣赏花卉栽培中,喷滴灌技术应用前景十分广阔,而如何进行花卉的喷滴灌系统的优化设计,尽量降低花卉生产投资成本,最大程度地发挥其独特的优点。已成为一个新的课题,有待于我们解决。

我国在网球场,高尔夫球场等活动场地中的灌溉排水中,尚未取得成熟配套的技术及在实际中可推广应用的成果,因此今后还有待于进一步研。

2.5 我国节水灌溉工程技术中的问题

我国农业节水灌溉工程技术自建国以来迅速发展,特别是在近二十多年伴随