一种高效节水灌溉方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114097574A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202010891112.6(22)申请日2020.08.30(71)申请人长沙红十岩科技有限公司地址410217湖南省长沙市望城区黄金园街道办事处黄金园村力山组182号201室(72)发明人谭祝珍(51)Int.Cl.A01G25/00(2006.01)A01G25/16(2006.01)G06F17/11(2006.01)G01N15/08(2006.01)G01N33/24(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称一种高效节水灌溉方法(57)摘要本发明涉及一种灌溉管理技术领域，具体涉及一种灌溉速率及时间的确定方法的设计。本发明通过实测的相对干燥田间的背景含水量，通过田间土壤灌溉水渗透速度曲线的拟合，建立起渗入速度、渗入水量与时间的关系，结合灌溉期所需的灌溉目标及灌溉期的含水量确定实际所需灌溉水量，通过土壤渗入速度、渗入水量的限制，建立起最大灌溉速度与灌溉时间的关系。实现了田间灌溉的精确控制，提升了灌溉效率，节约了灌溉用水，能够有效防止了灌溉水的径流，避免造成水体污染，同时加强了田间灌溉过程的可控性，实现灌区的管理水平提升。CN114097574ACN114097574A权利要求书1/3页1.一种高效节水灌溉方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、干燥土壤湿度背景及土壤有效厚度测定在土壤层干燥期间，采用FDR型和TDR型土壤湿度传感器在灌溉田间随机均匀选择3~5处土壤进行湿度测量，得到标定土壤的干燥背景湿度值S0，单位为%；同时在湿度测量处通过钻孔测得灌溉有效土壤厚度h；步骤2、干燥土壤田间渗透试验在进行过湿度测量的位置附近，开展双环渗透实验，以测定土壤的渗透能力，具体方法为：安装好环法渗水试验装置；往内、外铁环内注水，并保持内外环的水柱都保持在同一高度，以不超过0.1m为宜；按一定的时间间隔观测渗入水量，即对应环中连接的带有刻度的供水桶水量Vi，一般为3~30分钟观察一次，累计观察1~6小时，直到相同时间间隔条件下渗入水量稳定不变；步骤3、干燥土壤渗透速度拟合标定步骤2中的渗透均是饱和渗透，属于各时间节点的最大渗透速度，制作时间点t，与饱和渗入速度的关系图，即（1）其中表示饱和渗入速度，单位：mm/h（毫米每小时）;t表示时间，单位：小时；Vi表示第ti时间点时带有体积刻度的供水桶剩余水量，单位：毫米；Vi-1表示第ti-1个时间点时带有体积刻度的供水桶剩余水量，单位：毫米；对渗透过程中最大渗透速度随t的指数衰减的数学描述进行拟合，即（2）其中表示时间为t时的最大渗透速度，单位：mm/h；qf为最终渗透速度，单位：mm/h，q0为初始渗透速度，单位：mm/h，α渗透速度衰减常数，t为时间，单位：分钟；通过拟合求取α，qf以及q0的值；步骤4、实际灌溉量的确定根据各作物每个阶段的对土壤湿度的要求确定土壤灌溉达到的目标湿度S（据《农业灌溉用水定额》）查询；再采用FDR型和TDR型土壤湿度传感器在田间随机均匀选择3~5处土壤进行湿度测量，得到灌溉前的土壤体积湿度值S1；即实际所需灌溉水量Pt可以表示为：（3）公式中Pt表示为实际所需灌溉水量，单位：mm；S1为灌溉前的土壤体积湿度，单位：无刚量；h为灌溉有效土壤厚度，单位为mm；步骤5、实际最大灌溉速度和灌溉时间的确定为了使灌溉水不形成径流，相同时间段内，实际灌溉量不能大于土壤的最大渗透量，通2CN114097574A权利要求书2/3页过公式（2）可知，时间t阶段内，土壤的最大渗入量I(t)可以通过公式（2）积分而来，I(t)可表示为：（4）上式中，t1为灌溉前土壤湿度值相对于干燥测试点背景湿度所需的最小渗透时间，单位：小时；t2为灌溉后目标土壤湿度值相对于干燥测试点背景湿度所需的最小渗透时间，单位：小时；t表示在最大渗透速率下，从灌溉前土壤湿度值到灌溉后目标土壤湿度值所需的时间，t=t2-t1；土壤的干燥测试点背景平均湿度值为S0，灌溉前的土壤湿度值平均湿度值S1，灌溉有效土壤厚度h，即从干燥测试点背景平均湿度值S0到灌溉前的土壤平均湿度值S1对应的变化含水量P1表示为（5）当实际灌溉量Pt与土壤的最大渗入量I(t)相等时，此时的灌溉量是保证灌溉不产生径流的最大灌溉量，对应的时间为不产生径流的最短灌溉时间，即Ⅰ(t)=Pt，进一步地（6）对公式（6）进一步处理，当t2=t1，t1=0，即从干燥测试点背景平均湿度值S0到灌溉前的土壤平均湿度值S1对应的变化含水量P1与最大渗入量I(t)相等时，为灌溉前土壤湿度值相对于干燥测试点背景湿度所需的最小渗透时间，即I(t)=P1（7）求解公式（6和7），得到不产生径