《智能节水灌溉系统》文献综述

20092009 届本科生毕业设计 论文 届本科生毕业设计 论文 题目题目 智能节水灌溉系统 文献综述 学学 生生 姓姓 名 名 徐 强 院院 系 系 计算机学院电子工程系 专业 班级专业 班级 电子信息工程 061801 学学 号号 121820060070 指指 导导 教教 师 师 陈 鸿 完完 成成 日日 期 期 2009 10 17 二二 0 0 0 0 九九 年年 十十 月月 仰恩大学毕业设计 论文 文献综述 1 智能节水灌溉系统智能节水灌溉系统 文献综述文献综述 1 1 研究背景研究背景 1 11 1 水危机水危机 中国是世界上人均水资源拥有量最低的国家之一 每年有约 250 亿立方米 的水因受污染而不能使用 有 240 亿立方米地下水被超采 造成地下水耗竭 水危机导致的经济损失已约占中国 GDP 的 2 3 中国是世界上人均水资源拥有 量最低的国家之一 每年有约 250 亿立方米的水因受污染而不能使用 有 240 亿立方米地下水被超采 造成地下水耗竭 水危机导致的经济损失已约占中国 GDP 的 2 3 在中国农业用水量约占总用水量的 80 左右 由于农业灌溉效率 普遍低下 水的利用率仅为 45 而水资源利用率高的国家已达 70 80 因 而 解决农业灌溉用水的问题 对于缓解水资源的紧缺是非常重要的 智能灌 溉系统在这种背景下应运而生了 1 21 2农业节水的必要性农业节水的必要性 水利是农业的命脉 粮食的增产往往是通过灌溉面积的增加来实现的 目 前 全国 1 3 亿 HM3 的耕地面积中 水田 水浇地占 0 5 亿 HM2 不足 40 而 生产的粮食却占全国粮食总产量的 80 我国能以占世界 7 的耕地养活占世界 22 的人口 正是因为我们拥有占世界 22 的灌溉面积 九五 计划曾提出的 到 20 世纪末增加 400 亿 500 亿 KG 粮食的生产能力 即是以大幅度增加灌溉 面积作为惟一选择 然而 灌溉面积的增加已受到水资源总量和用水结构变化的双重制约 从 总量上讲 中国是水资源短缺的国家 人均占有水资源量仅相当于世界人均 1 4 而且南多北少 东多西少 占国土面积 60 以上的北方地区水资源拥有量 不足全国总量的 20 国际上一般公认的人均水资源最低需求量标准为 1000M3 我国有 10 个省 市 区 低于这个标准 专家估计 目前我国缺水总 量为 400 亿 600 亿 M3 每年受旱面积 0 2 亿 0 3 亿 HM2 影响粮食产量 75 亿 100 亿 KG 用水结构的调整和农业用水下降 已对粮食生产构成了直接 威胁 随着经济的发展 工业 城镇 农业用水矛盾日益尖锐 在这一矛盾斗争 中 农业用水逐渐被工业和城镇用水挤占 全国 80 的水库 近十年来都不同 程度地调整了供水的范围 不断地转向工业和城市 据专家统计 我国农业用 水量从 80 年代的年用水 3912 亿 M3 下降到 1993 年的 3850 亿 M3 减少了 62 亿 M3 而同期工业用却从每年 525 亿 M3 增加到 1400 亿 M3 增加了 1 7 倍 农业用从占总量的 85 下降到 72 今后还将继续下降 农业用水总量不但不可 仰恩大学毕业设计 论文 文献综述 2 能增加 还可能减少 2 2 国内外智能节水灌溉技术发展状况国内外智能节水灌溉技术发展状况 2 12 1 国外智能节水灌溉系统发展现状国外智能节水灌溉系统发展现状 发达国家发展高效农业的一个重要途径是灌溉管理的自动化 如美国 法 国 英国 日本 以色列等发达国家已采用了先进的灌溉系统 他们采用先进的节 水 灌溉制度 由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展 对灌区用水进行监测预报 实 行动态管理 采用遥感技术 监测土壤墒情和作物生长 开发和制造了一系列 用 途广泛 功能强大的数字式灌溉控制器 并得到了广泛的应用 地处干早缺水 地 带的以色列 它是世界上微灌技术发展最具有代表性的国家 目前全国农业土 地 基本上实现了灌溉管理自动化 并且普遍推行自动控制系统 按时 按量将水 肥直接送入作物根部 水资源利用率和单方水的粮食产量都相当高 北美 澳 大 利亚 韩国等国家和地区都已有发展成熟并形成系列的灌溉控制器产品 微灌 方 式普遍采用计算机控制 埋在地下的湿度传感器可以传回有关土壤水分的信息 还有的传感器系统能通过检测植物的茎和果实的直径变化来决定对植物的灌水 间隔 在温室等设施内较多使用小型灌溉管理程序 浇水时间可按日期设定每 次 每路灌水起止时间 操作便于小规模经营 计算机化操作运行精密 可靠 节 省 人力 对灌溉过程的控制可达到相当的精度 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无线 有线的农场主 2 22 2 国内节水灌溉系统发展状况国内节水灌溉系统发展状况 我国农业灌溉有着悠久的历史 但是 直到解放初期大部分农田灌溉还沿 袭着旱田大水漫灌 水田串畦淹灌的灌水方法 由于长期大水漫灌的结果 抬 仰恩大学毕业设计 论文 文献综述 3 高了地下水位 土壤发生次生盐碱化 严重影响着作物产量的提高 解放后为 了发展农业 满足国民经济增长和人民生活水平提高的需要 各省和各大灌区 在 50 年代先后建立了灌溉试验站 试验研究科学的灌溉制度和与之相配套的田 间工程规格 标准 50 年代我国一直不断地开发新水源 建设新灌区 因此 灌溉面积发展很快 从 1949 年的 1600 万平方米到 1957 年增加到 2734 万平方 米 粮食产量从 1132 亿 kg 增加到 1950 亿 kg 为了提高灌溉水的有效利用率 灌区除不断加强科学管理 合理配水 大搞平田整地 划小畦块外 同时还不 断开展渠道防渗工作 到 1992 年 全国各级渠道已采取防渗措施的有 55 11 万 km 占全国渠道总长的 18 使渠系水的有效利用率从 O 35 0 45 提高到 O 45 0 55 提高约 0 1 左右 80 年代初又开始在全国推广低压管道输水灌溉 使灌溉水的有效利用率又提高一步 到 1996 年底全国低压管道输水灌溉面积达 到 367 万多平方米 为了进一步开展节水灌溉 50 年代末我国开始从国外引进先进的节水灌溉 技术和设备 如前苏联的涡轮涡杆喷头 法国的薄壁铝合金移动管道成套系统 并在重庆 武汉 上海 南京四城市的郊区各建立了一个喷灌试点 同时我国 在滴灌等节水灌溉技术上的研究也取得长足进步 但是在自动灌溉控制系统方 面仍属空白 与国外相比 我国技术还比较落后 基本上还没有自行研制的 成型的自动控制产品 绝大部分都依靠从国外进口汇 但是那些引进的国外灌 溉自动控制设备 是为国外的具体情况设计的 没有考虑我国的气候 土壤条 件 作物类型等因素 并不适合我国的国情 不能充分发挥它的优势 而且引 进的设备价格昂贵 凡此种种 在我国推广引进国外控制设备不可行的 总之 目前国外灌溉控制器已逐步趋于成熟 系列化 并朝着大型分布式 控 制系统和小面积单机控制两个方向发展 产品一般都能与微机进行通信 并由 微 机对其施行控制 而在我国 虽然有多家研制灌溉控制器 但多数是小规模 实 验和理论的探讨 而且开发出来的产品价格昂贵 农民尽管知道能节能 节水 增产 但由于一次性投资太大 多数农民承受不起 所以根本无法普及应用 3 3 研究意义与目的 研究意义与目的 综合农作物的生长过程对外部环境的主要要求 采用科学控制方法且具备 广泛用途的智能灌溉系统 是智能灌溉科学实施的核心问题 基于此 本课题 的主要内容是研制开发适合我国国情的 低成本 易推广的 主要应用于温室 仰恩大学毕业设计 论文 文献综述 4 大棚的智能灌溉控制系统 为实现我国农业高效智能灌溉提供技术装备 由于 不同农作物有不同的需水特性 灌水时间 灌水量既影响农产品的产量 也影 响农产品的质量 因此 智能灌溉控制技术主要是向适时适量 按需灌溉的方 向发展 所以 本课题的研究主要包括两个方面 一是测 获取土壤水分信息 和土壤的温度 根据土壤水分信息及作物需水特性来决定灌溉时间与灌溉量的 多少 这将摆脱以往仅凭经验灌溉的灌溉模式 使作物灌溉决策建立在科学的 基础之上 二是控 根据土壤的湿度和温度结合及作物的需水量合理的决定灌溉 决策 达到更加科学的灌溉目的 从而达到提高水的利用效率 优质高产 节 省大量人力 实现高效农业的目的 4 4 参考文献 参考文献 1 马公为 洪亮 刘文青 王宏林智能化控制耕层滴灌技术节水灌溉 2004 5 2 马学良 吴晓光 苏音 王虎我国滴灌技术应用发展若干问题分析节水灌溉 技术 2004 5 3 毛慎建 张文革智能化灌溉控制器喷灌技术 19