大型灌区智慧灌溉系统开发与应用

为解决大型灌区信息共享能力差、用水决策智能化水平不高等问题,基于灌区实时信息采集布点优化技术、实时信息监测技术、实时灌溉预报模型、渠系动态配水模型、互联网技术、闸门监测控制技术,构建基于B/S架构的大型灌区通用化智慧灌溉系统。系统包括实时信息监测子系统、信息通讯子系统、历史及实时数据管理子系统、实时灌溉预报及渠系动态配水子系统、闸门监测控制子系统、文件管理子系统共6大功能模块。系统在2017年应用于赣抚平原灌区,实现了灌区用水信息全面实时监测、配水优化管理及闸门监测控制,较传统管理模式节水15.3%,提高了灌区用水管理水平。     

遗传算法和粒子群算法求解渠系多目标优化模型

目前高原灌区灌溉用水管理相对落后,渠系渗漏损失较大、渠道闸门运行调度不合理等问题十分突出。因此,开展渠系工作制度优化的研究,对缓解灌区用水供需矛盾有着重要意义。考虑不同时刻各配水渠道流量标准差最小和各配水渠道平均日渗漏损失最小两个目标函数,以配水连续性和灌溉可供水量作为约束条件,建立渠系工作制度多目标优化模型。以云南省蜻蛉河灌区为例,采用遗传算法和粒子群算法进行优化求解。结果表明,遗传算法和粒子群算法都可以解决渠系工作制度优化问题,对各渠道闸门开关时间进行优化,能够满足灌区需求,从而减少渠系渗漏损失,达到节约灌溉用水量的目的。两种算法相比,粒子群算法运算速度更快,优化闸门运行调度更合理。     

测控一体化闸门在灌区的研究与应用

为了有效管理并控制灌溉用水量,中华人民共和国从第"十三五"开始,制定了一系列政策和措施对灌溉用水从水源地开始直至末级受水单元建立精准量水体系及监管措施。研发一款集水位流量数据采集、闸门远程自动化控制、太阳能驱动、无线通讯等功能齐全的智能测控一体化闸门装置,并在灌区量测水项目中进行了实地应用。结果表明,测控一体化闸门监控系统通过平台进行远程自动灌溉控制和调节,用自学习的PID控制机制实现动态调水,提高了输配水的控制精度和时效,解决了渠道末端控制问题。既能提高工作效率,降低工作强度,又能为节约灌溉用水,优化配水调度提供强有力的信息支撑。     

改进人工蜂群算法在平板闸门控流中的应用

我国灌区的渠道灌溉大都使用平板闸门,灌溉过程中,由于平板闸门的控水不够精确,导致灌溉用水利用率不高,经常出现放水过多或过少的现象。渠道灌溉系统中,最重要的一环就是流量控制,若流量大小已知,便可根据时间计算水量。为了能够更加精确地控制流量,减少水资源的浪费,通过采用改进的人工蜂群算法对控制闸门流量的过程进行优化,根据用户给定的流量计算出闸门开度的适当大小,以使得实际流量与给定流量的差值降到最低。通过建立模型,计算仿真,并对结果进行分析后,改进的人工蜂群算法满足控制所需精度和速度,实现了精确控制水流量,达到节约用水的目的。     

基于熵权TOPSIS法的灌溉用水效率评价

【目的】对灌区灌溉用水效率进行评价,为灌区节水改造提供科学依据。【方法】通过构建灌溉用水效率综合评价指标体系,基于熵权TOPSIS法对2017—2020年新疆兵团第二师6个灌区的灌溉用水效率进行评价。【结果】熵权TOPSIS法的评价结果与灌区实际情况相符,评价结果排序与灌溉水有效利用系数排序、AHP—模糊综合评价结果排序均具有显著相关性,且熵权TOPSIS法相比AHP—模糊综合评价法的变异系数更大,更有利于灌区灌溉用水效率的等级划分;根据灌区各评价指标等级与灌溉用水效率综合评价等级之间的差异,确定了灌溉用水效率的主控因素。【结论】基于熵权TOPSIS法的灌溉用水效率评价具有可行性,灌区在节水改造建设的同时,应确定合理的灌溉制度,提高灌溉用水效率,建设现代化高效节水灌区。     

黑龙江省不同规模与水源类型典型样点灌区用水评价

为了研究黑龙江省不同规模灌区的用水情况,实现灌区用水科学管理以及水资源的优化配置.选取黑龙江省不同规模典型样点灌区80个,计算GINI系数,得到不同规模与水源类型灌区灌溉用水量与灌溉面积的匹配度,采用主成分分析法对灌区用水影响因素进行分析.结果表明:各规模灌区灌溉用水量与灌溉面积的匹配度自流引水灌区均优于提水灌区,纯井灌区的匹配度较差.灌溉用水量与灌溉面积的匹配度同时受到人为因素和自然因素的影响,其中管理因素和工程因素对匹配度具有正面影响,自然因素中当年降水量对匹配度具有一定的负面影响.     

灌溉用水优化配置模型研究进展

概述了灌溉用水优化配置模型的研究进展,并分别从目标函数个数、时空尺度差异、作物种类、灌溉水源、模型个数、优化方法等角度进行了分类。通过分析各类灌溉用水优化配置模型的优缺点,指出了根据灌区水源情况联合调度地表水和地下水,并充分考虑灌区各因子的时空差异,建立多目标、多约束耦合模型,同时兼顾生态用水,是今后灌溉用水优化配置模型的研究重点。通过对灌溉用水优化配置模型的综述,旨为有效地缓解灌溉用水紧张的状况,实现灌区水资源的可持续发展提供决策支持。     

浅析干渠拦河枢纽闸门控制自动化系统设计

伊河北干渠拦河枢纽工程主要任务是向其下游的干渠灌区和察县灌区供水.该工程的建设对于改善农业灌溉条件,提高灌溉保证率,促进当地农业生产、经济发展,改善生态环境,加快当地经济发展都具有十分重要的意义.建设拦河引水枢纽闸门控制自动化系统,可通过网络实现远程操作闸门启闭的管理工作,解放生产力,提高工作效率.本文详细论述了闸门运行控制方式和水位监测等自动化系统.     

测控一体化闸门及其调控技术研究分析

渠道输配水过程的精准计量与调控是实现灌区用水总量和定额管理的基础.测控一体化闸门是集流量测量和控制功能于一体的装置,与其相配套的调控技术是实现渠道安全输水、合理配水和精准用水的关键.从闸门水力性能、过闸流量估算、闸群联合调控技术等方面对测控一体化闸门及其调控技术的研究现状进行了总结分析,基于已有研究中存在的技术难点,结合灌区现代化管理需求和信息技术发展趋势,对测控一体化闸门及其调控技术未来的研究重点进行了展望,以期为灌区用水管理相关研究提供参考.     

双牌灌区灌溉用水有效利用系数计算分析

本文分析了测算双牌灌区灌溉用水有效利用系数的意义,系统阐述了灌溉用水有效利用系数的测算方法,探讨了影响灌溉用水有效利用系数的具体因素.研究成果可为灌区灌溉用水有效利用系数的测算和灌区的水管理提供理论依据.     

精准畦灌过程实时反馈控制技术

为了研究一种以关口时间为控制参数的地面灌溉实时反馈控制方法,构建了以灌溉信息实时采集与传输设备为支撑条件、以计算机处理系统为核心基础、以灌溉水流控制设备为应用条件的精准畦灌过程实时反馈控制系统.灌溉信息实时采集与传输设备自行研发的田间水流水位检测装置和无线信息接收管理装置,解决了灌溉信息容易漏测、接收距离短以及野外供电等难题;计算机处理系统根据实时采集的灌溉信息借助灌溉模型估算土壤特性参数值,预测灌溉过程,并根据选取的灌溉控制目标生成优化控制方案;最后由灌溉水流控制设备进行田间闸阀开闭.系统在北京、河北、新疆等地的试验基地进行了应用,结果表明:精准畦灌过程实时反馈控制系统对于加强畦灌过程可控性,提高畦灌田间灌溉效率,促进灌溉农业由经验型的粗放式管理向计算机控制的集约型管理转变具有十分重要的理论意义和现实意义.     

大型灌区渠道闸门一体化测控系统

基于自动化控制、网络通信和测量等技术,设计并研发了能够实现信息采集-处理-决策-信息反馈-监控-共享一体化的灌区闸门测控设备,并在甘肃省景电灌区进行了应用和验证.结果表明:渠道闸门一体化测控系统实现了灌区流量数据自动监测、收集和计算分析,提高了计量精度;能够对数据进行存储、查询与展示,实现了数据的共享,形成了灌区水资源管理数据库;实现了渠道流量远程自动控制与调节,提高了管理水平和管理效率;实现了智能手机远程操作,提高了办公效率.灌区闸门测控一体化测控系统的实施减少了灌区现场维护的次数,降低了设备运行成本,极大地提高了灌区水资源管理效率.研究成果可为中国大型灌区水资源科学管理提供有力的技术支撑,对闸门量水测流技术进步进行了有益的探索.     

苏家埭村田间灌溉自动化控制系统

为做到合理灌溉，节约用水，配合采用节水型的浅湿灌溉制度，研制了一种田间灌溉自动化控制系统。该系统可把预设农田水位与测得的农田实时水位进行比较，并据此控制闸门和水泵的动作。文章详细介绍了系统的组成及自动化控制原理和控制效果。     

基于信息融合的灌区水情预测方法研究

引入信息融合理论,通过在系统输入变量上叠加"干扰流量",基于对灌区用水模糊特征分析估计其不确定性,实现分散且孤立的实时监测数据之间的关联,使系统保持必要的信息冗余,进而实现灌区水情信息融合。该方法可用于建立具有跟踪和预测能力的灌区实时仿真系统,克服了信息融合理论用于非线性时变系统的诸多限制,扩展了信息融合理论在系统关系确定的民用领域的应用。     

基于模糊决策的自动节水喷灌控制器的设计

结合灌溉不易建立精确的数学模型和模糊控制决策不需要建立精确数学模型的特点，应用模糊逻辑设计了以AT89C51为核心的全自动模糊智能节水灌溉控制器，该控制器能根据检测到的土壤含水量和作物的需水情况进行模糊决策从而实现全自动智能灌溉。系统已经成功运行干曲阜示范区，收到了较好的经济和社会效益。     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

基于模糊控制的温室灌溉控制系统的研究

针对温室灌溉受多因素影响难以建立精确控制模型的特点,开发了基于LabVIEW平台的温室节水灌溉模糊控制系统。该系统由土壤湿度传感器、数据采集卡、LabVIEW软件平台等组成,以土壤湿度偏差以及偏差变化率为输入量,以灌溉时间长度为输出量,采用MATLAB Fuzzy Logic工具箱设计模糊控制器,实现了温室灌溉需水量的模糊决策系统。试验结果表明,该系统能够根据土壤水分适时、适量的灌溉,对节水灌溉技术的发展起到了一定的作用。     

农业灌溉远程控制系统的设计

以黑龙江垦区大面积的水稻灌溉为研究对象,开发了基于嵌入式系统、远程无线传输技术以及数据库技术的农业灌溉远程控制系统。该系统设有中央控制器、水位检测及闸门控制系统、泵群控制系统3个部分,通过GSM网络进行数据通信,按水稻的需水量进行较为精确的自动灌溉,从而节省了水、电及人力资源。     

滴灌棉田施肥系统水肥EC值控制策略研究

在现今新疆兵团农业生产中,已基本实现了滴灌系统的推广使用,但在滴灌系统中广泛使用的施肥罐,常常会出现肥料溶液浓度难以把握、时间不易控制的问题,国外先进的灌溉施肥设备在国内应用的生产效果并不理想,不适应我国的气候条件和种植生产环境,因此国内急需一种精确的水肥一体化自动控制系统,来解决这一弊端.针对这一现象,设计了一套基于...     

基于熵权的模糊物元模型优选夏玉米沟灌方式

为了探究沟灌方式下不同灌水处理对夏玉米主要性状及水资源利用效率的影响,采用基于熵权法的模糊物元模型,以大田夏玉米为试验材料,进行了常规沟灌(conventional furrow irrigation,CFI)和宽垄沟灌(wide-ridge furrow irrigation,WFI)种植下3种灌水水平(土壤水分控制下限分别设置为田间持水量的60%,70%和80%)对夏玉米形态指标(株高、叶面积)、产量性状(穗长、穗粗、百粒质量、产量)以及水资源利用效率(灌溉利用效率、水分生产效率)的影响分析.结果表明:同一水分处理下,夏玉米WFI灌溉组合方案优于CFI灌溉组合方案;对于水资源相对丰富地区建议采用WFI-70%θ灌溉方案,对于水资源相对匮乏地区建议采用WFI-60%θ灌溉方案;基于熵权法的模糊物元模型较CRITIC法的模糊物元模型评价效果更好,基于熵权法的模糊物元模型对沟灌夏玉米主要性状和水资源利用效率方面具有一定的应用价值.该研究为沟灌夏玉米合理灌溉提供了科学依据.