灌溉系统（精选8篇）
1.1主机选型
可编程控制器的种类和型号可根据系统的大小和稳定性的要求进行调整。三菱﹑西门子﹑欧姆龙的小型机一般可以满足要求，这里选用三菱ＦＸ２Ｎ系列，其体积小﹑配置灵活﹑价格适中，很适于在机电一体化产品中使用。因本系统只有数字量开关输入，无模拟量输入，故凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求，而不必另外增加其他抗干扰措施。
1.2传感器选择
土壤温度传感器：测试温度的传感器有很多种，较普遍使用的是热电偶和热电阻传感器。本文采用热电阻Ｐｔ１００温度传感器进行土壤温度的数据采集，热电阻的优点是线性度好、精度高，有较好的长期稳定性，工作温度范围大，只要经过适当的数据处理就可以传输、显示并记录其温度输出。土壤湿度传感器选择由中国科学院南京土壤研究所生产的ＦＪＡ－１０型负压式土壤湿度计。该湿度计的测量范围为０ｋＰａ～１００ｋＰａ，测量精度为±２．５ｋＰａ；输出电压信号为０Ｖ～５Ｖ，供电电源为交流２２０Ｖ。雨量传感器选用型号为ＦＤＹ－０１的翻斗型雨量传感器，其输出信号为单干式舌簧管通断，工作强度为０℃～５０℃。
2系统实现
该灌溉系统的控制方式分为手动模式和自动模式，用户可以通过按钮自由选择。自动工作模式可根据不同植物的灌溉要求设定好参数，满足灌溉条件即可自动进行灌溉，并可根据温、湿度传感器的参数自动停止灌溉。手动控制模式通过按钮手动进行各植物的灌溉和停止。当降雨量达到一定值，或土壤中水份充足时，或供水水管断流时，报警系统启动。这时出现问题的种植区域报警灯点亮，发出报警声音信号，提醒操作人员。解决问题后，可以按下“消音”按钮以解除铃响。
2.1硬件设计
2.1.1Ｉ／Ｏ点估算
输入信号共需１７个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留１５％的备用点，应取３个点备用，这样共需２０个输入点。输出信号：共需要１４个输出点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留１５％的备用点，应取２个点备用，这样共需１６个输出点。
2.2软件设计
系统控制程序流程图接通电源，按下总启动按钮，系统启动，人工选择是自动工作方式还是手动工作方式。若选用自动工作模式，首先确认程序的时间设定有无错误，如设定值正确，程序继续将往下执行，否则，则检查电磁阀是否打开。程序运行过程中遇到下雨或水泵断水等情况，报警系统启动，哪个种植区域出现问题，哪个区域报警指示灯亮。等消除报警音之后，程序可以继续正常运行，直到程序结束。当按下手动总开按钮，自动运行模式停止，手动运行开始，手动运行指示灯亮。通过各种植区域手动和停止按钮来控制水泵和每个种植区域的电磁阀运行。
2.3人机界面
ＭＣＧＳ即“监视与控制通用系统”，是一套基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态触屏软件系统。组态技术在节水灌溉控制系统中的应用能够形成可视化人机界面，并能够对灌溉的运行情况进行实时、有效、便捷的监控。同时，组态王软件具有良好的扩展性和设备硬件无关性，能够根据不同的现场控制需要方便快捷地建立动画画面和监控系统以及形成各种数据报表。监控画面由主画面、点动控制、自动控制、报警记录及留言板等画面组成，如图３所示。主画面为系统启动画面，由各功能按键进入各种植区域对应的子画面，进行各功能参数的设定和系统监控。
3结语
1 嵌套式灌溉规则的基本原理
公共池塘资源理论。“公共池塘资源是一种人们共同使用整个资源系统但分别享用资源单位的公共资源。在这种资源环境中, 理性的个人可能导致资源使用拥挤或者资源退化的问题。”解决公共池塘资源问题的途径不是令人悲观的“利维坦”方案或彻底的私有化, 而是在于通过资源占用者的自组织行为来解决。而要有效实现资源占用者的自组织行动, 首先需要解决“新制度的供给问题”。这些新制度“可以界定为工作规则的组合, 它通常用来决定谁有资格在某个领域制度决策, 应该允许或限制何种行动, 应该使用何种综合规则, 遵循何种程序, 必须提供或不提供何种信息, 以及如何根据个人的行动给予回报”。这些规则是为使人们不再单独行动而通过协调达到一个均衡的结局, 并且是众所周知的, 即“每一个参与者都知道这些规则, 知道其他人知道这些规则, 知道其他知道他知道这些规则”。奥斯特罗姆并于2000年发展出一套治理公共池塘资源的“制度分析与发展”框架, 在这一框架下, 又提出了具有具体的分层分类操作规则:操作规则、集体选择规则和宪法选择规则, 且每一层的规则受上一层规则的制约, 不同层次之间的规则具有“嵌套性”, 所有的层次一起构成了“嵌套性规则系统”。
灌溉系统属于公共池塘资源。灌溉系统的运行管理涉及中央政府、水利部及其派出机构、地方各级政府及水利行政主管部门、农民用水户协会 (WUA) 、供水机构、灌溉专管机构和用水户等不同层次的相关利益者, 而激励这些不同层次的相关利益者在灌溉系统的运行管理中发挥主观能动性以保证灌溉系统硬件的持续性和软件的有效性, 就需要不同层次的规则制约。其中, 宪法选择规则是由政府部门和政府主管水利行政部门制定, 包括制定与灌溉系统有关的政策、法律、行政法规和规章制度, 如:2011年的中央1号文件、中华人民共和国水法、农田水利法规、小型水库安全管理运行办法等等;集体选择规则是由灌溉专管机构或农民组织如“参与灌溉管理”中的农民用水户协会 (WUA) 制定或协商而达成的正式或非正式的规则, 如灌溉系统的维护管理、灌溉用水的分配方式、水事纠纷的解决办法等等, 但是, 集体选择规则不能与宪法选择规则相抵触, 否则视为无效规则;操作规则则是在集体选择规则的框架内由灌溉专管机构或农民组织制定并由用水户普遍遵守的用水规则。在上述三个层次的规则中, 宪法规则制约集体规则层面的决策者的行动和集体选择规则, 同样, 集体选择规则制约操作规则层面的行动和操作规则。但是, 起核心作用的是集体选择规则, 因为宪法选择规则只是针对国家或地区的情况制定的具有普适性的指导性意见, 内容一般比较抽象, 不涉及具体事项;集体选择规则则是机构或农民组织在宪法选择规则的范围内结合所在灌溉系统的具体情况制定符合该灌溉系统灌溉需要的具体行动规则, 具有很强的可操作性;而农民遵守的操作规则其实就是集体选择规则的进一步细化, 其效果如何完全由集体选择规则决定。其实, 在宪法规则一定的情况下, 正确的灌溉系统的集体选择规则既可以直接激发机构或农民组织的积极性, 提高灌溉设施维管和水资源供给的效率, 又能够间接增强操作规则的实效性, 提高用水户的用水效率。
2 嵌套式灌溉规则的管理模式
前面分析提出, 集体选择规则是“嵌套性规则系统”的核心。根据灌溉系统集体选择规则决策主体的不同, 可以把嵌套式灌溉规则的管理模式分为三种:以农民组织为决策主体的自治型管理模式、以灌溉专管机构作为决策主体的机构型管理模式和以灌溉专管机构和农民组织联合作为决策主体的联合型管理模式。
2.1 自治型管理模式
自治型管理模式就是由农民在宪法规则限度内自行组织管理和运行灌溉系统的模式, 其典型代表是尼泊尔。在尼泊尔, 70%的灌溉系统是农民自主管理的。在宪法层次规则方面, 实行土地私有化制度, 归农民个人所有, 水资源是集体所有, 政府没有任何资助, 灌溉系统的人、财、物全部由农民自己承担。在集体选择规则方面, 组织上, 农民自己成立一个非正式组织, 其管理人员是由农民选择和雇佣的, 他们熟悉该灌溉系统, 能够密切与农民合作, 运行和维护灌溉系统;在规则制定上, 农民能够一直参与规则的起草活动, 且能照顾各方面关系, 比如水分配, 为确保公平公正, 水分配规则的制定必须要有渠首和渠尾的农民代表参与, 如果农民组织的主席是渠首农民担任, 则秘书必须由渠尾农民担任, 反之亦然。规则制定出来后就具有约束力, 灌区全体农民都必须遵守;在灌溉设施的维护上, 平时由农民组织根据具体情况决定用工的数量, 到用水高峰期, 则制定一个轮流维护的制度;在水事纠纷上制定了支付罚金等措施惩罚规则。在操作规则方面, 尼泊尔农民通常采取按固定顺序、固定时间段取水和固定比例三种方式免费用水。尼泊尔自治型管理模式一方面因农民的直接参与规则的制定和监督, 有利于激发农民的主体性, 另一方面因规则的制定的公平公正和灵活变动, 有利于增强农民之间的相互信任和团结协作, 这样的治理模式既保障了灌溉系统硬件持续性和软件系统的高效运行, 大大提高灌溉系统的用水效率。
2.2 机构型管理模式
机构型管理模式就是灌溉系统全部由灌区专管机构负责运行管理的模式, 常用于大中型水库的灌溉系统。灌区专管机构是事业单位, 受命于政府水行政主管部门, 所有经费包括灌溉系统的硬件维护和管理人员的工资等都是由国家或地方财政拨付。宪法层次规则一般是政府和水行政主管部门制定出台大量的政策和相关法律法规, 承担灌溉系统的维护和管理的所有经费开支, 预设灌溉系统的管理基调;政府的某一环节出现问题时, 如当政府财力不足时, 灌溉系统就不能正常运行, 同时, 管理人员容易存在吃“大锅饭”现象。在集体选择规则一方面因没有农民参与的决策主体制定的集体规则具有统一性, 没有考虑各地的实际情况, 缺乏灵活性, 不能满足农民的用水需求, 导致农民特别是渠尾农民不会去遵守决策主体制定的集体规则;另一方面, 灌区专管机构与农民的地位不对等, 一切由灌区专管机构说了算, 农民没有选择的余地, 既打击农民之间合作积极性, 又导致农民与专管机构在灌溉系统的运行管理上互相推卸责任, 都不愿把精力放在灌溉系统的治理中, 出于瘫痪状态的灌溉系统不可能有较高的用水效率;集体规则的失控必然会在操作规则上导致农民不遵循用水规则。
2.3 联合型管理模式
联合型管理模式是一种由灌区专管机构和农民一起管理灌溉系统的模式, 也称为农民参与式管理。这种管理模式同样存在很多弊端, 主要表现在:一是为降低还贷风险而强制推行的模式增加了农民的负担而无法激发农民参与管理的主体性;二是用水户协会 (WUA) 只是一种形式存在, 主动权还掌握在灌溉专管机构中。这种模式在一些南亚国家呈现失败迹象。
3 自治型管理模式对湖南小型水库灌溉系统的启示
湖南小型水库灌溉系统面临水资源短缺和用水效率低下的“两难”困境, 而造成这种尴尬局面的根源在于湖南小型水库灌溉系统缺乏有效的管理和激励机制。借鉴尼泊尔成功的自治型管理模式, 重新审视湖南小型水库灌溉系统的治理现状, 设计出与适合湖南小型水库灌溉系统和周边环境相适应的的嵌套参与式治理模式, 无不具有重要的启示意义。
3.1 宪法选择规则层面
一是改变为减轻政府财政负担而实行灌溉治理变革的做法, 各级政府要明确对湖南小型水库灌溉系统的财政支持不会减少甚至逐年增加;二是明确各层次决策主体权责, 一般而言, 政府只负责创造制度环境和提供经费支持, 灌溉专管机构负责渠首工程和主渠道的维护管理和水分配 (小型水库因规模较小, 甚至可以取消灌溉专管机构, 直接由用水户协会承担) , 支渠和斗渠的维护管理和水分配由用水户协会 (WUA) 负责, 而农民负责末渠和田间渠道的维护和用水权责;三是政府制定和完善灌溉系统相关的支持政策和法律法规体系, 国家政策上, 连续12年的中央1号文件都聚焦三农, 特别是2011年的中央1号文件直指水利;国家法律方面, 政府颁布了以《水法》为核心的一系列法规, 为灌溉系统治理提供了政策和法律制度支撑。随着参与式灌溉管理模式的推广, 笔者认为亟须制定农户用水法和用水户协会 (WUA) 相关法。
3.2 集体选择规则层面
一是提高用水户协会 (WUA) 的地位。政府可以把小型水库灌溉系统的运行管理的所有全力移交给自主建立的农民用水者协会 (WUA) , WUA一方面其成员构成应具有广泛的代表性, 另一方面应具有与机构同等的法人地位并承担全部治理责任, 政府只负责对WUA进行技术和管理等方面的培训和指导, 从而激发WUA的主体性;二是提高农民在WUA的参与度。农民加入WUA不仅仅是WUA的成员, 更重要的是在WUA的运行过程中从决策到评价的整个进程中全面主动参与, 比如水费收取方案、水事纠纷的处理措施、渠道的维护计划等等, WUA成员的主动参与保证了WUA的可持续性, 有利于调动用水户的积极性, 便于工程的运行、管理、维修工作;三是改革灌溉专管机构。因湖南小型水库灌溉系统的规模相对来说比较小, 灌溉专管机构的相关灌溉管理职能完全可以交由WUA来完成。灌溉专管机构借助政府力量可以将身份转变为企业单位性质的供水公司, 只负责灌溉系统的水资源分配、水费计收和续建配套等工作, 对WUA只进行协调和指导, WUA与供水公司之间是相互合作和相互监督的平等关系;四是在规则制定上, 由WUA组织有广泛代表性的农民一起参与灌溉设施维护、水分配、水事纠纷等规则的起草活动, 这样制定出来的规则能充分考虑各用水相关者的利益诉求, 用水农民也都愿意遵守。
3.3 操作规则层面
在农民用水方面, 可根据水资源和用水淡旺季情况具体对待, 如果水资源丰富且是用水淡季, 农民在征求WUA的同意后可实行按需取水, 如果是用水高峰期, 则需WUA根据实际情况制定灵活的用水规则, 如可采取分时间分区域供水;在水费收取方面, 改变传统的按亩收费的方法, 可采取按方收费;在毛渠的维护方面, 可由相关用水户自行协商并与WUA签订合同并由WUA承担全部费用。
参考文献
[1]埃莉诺·奥斯特罗姆·公共事物的治理之道[M].上海:上海三联书店, 2000.
[2]柴盈, 何自力.中国农村灌溉系统治理与制度创新研究[J].贵州社会科学, 2007 (05) .
[3]林维峰.小规模灌溉系统的绩效改善[A].迈克尔·麦金尼斯.多中心治道与发展[C].上海:上海三联书店, 2000.
关键词：园林；灌溉系统；施工技术
一、前言
当今园林灌溉工程存在不少问题需要引起我们的重视，因此园林工程中的灌溉系统施工技术显得尤其重要，园林灌溉工程直接关系到园林工程的质量。所以，对园林灌溉系统施工技术的研究有助于确保园林工程的质量。
二、园林灌溉系统存在的问题
1、对自动控制认识不足
灌溉系统管理水平的提高是园林绿化数量与质量提高的必然要求，提高灌溉系统管理水平的有效途径之一就是采用自动控制。一方面，可以显著降低人工费用；另一方面，随着园林绿化乔、灌、草相结合发展的趋势，不同植物群落的需水特性需要不同的灌水方式和不同的灌水量才能满足，而这在同一灌溉系统靠人为控制已难于实现。同时，自动控制灌溉系统可完成精量灌水。由此可知，自动控制灌溉系统的综合效益会远远高于普通的手动灌溉系统。
2、灌溉设备选择不足
目前园林灌溉系统经常会出现与园林景观很不协调的普通农用摇臂喷头和微喷头，这些喷头基本不能调节喷洒范围，容易喷洒到非种植区，浪费宝贵的水资源。在灌溉系统的设计和安装时，某些工程为追求所谓的水景效果，将中大射程的旋转喷头与小射程的散射喷头等各种性能完全不同的喷头安装在一起。但不同喷头的灌水强度相差较大，极易造成灌溉水量的较大差别，很可能出现一些地皮刚湿，另一些区域已喷水过度，影响灌溉效果的均匀度，还会影响植物生长，浪费水资源。在某些实际工程中，为降低成本而减少喷头数量，我们常常会看到安装了灌溉系统的园林草坪上由于喷头间距不合理造成草坪长势高低不均、颜色深浅不匀的情况。
3、必要性认识不足
园林灌溉主要是为了弥补自然降水的不足和降水在时间和空间的不均匀分布，保证植物健康生长所需的水分能适时适量地得到满足。在西北和华北等干旱与半干旱地区采用灌溉系统弥补自然降水十分必要。在南方，虽然年平均降水总量充足，但时间分布不均匀，灌溉系统能保证绿化植物在降雨稀少的旱季生长良好。
三、园林节水灌溉系统的建设与发展
1、应以不同植物的灌溉特点优选灌溉方式及灌溉器具
低矮易蒸发的草地宜采取射程较远的喷灌以降低水的雾化程度和空气中的漂移损失；自然型灌木宜采用滴灌方式，将滴头设置在植物的根部附近减少水的损失；大型乔木可用根部灌水器和涌泉喷头将水分直接送入其根系，解决表层压实土透水性、透气性差的问题；而时令花卉与修剪型灌木则应分析具体情况，以滴灌、微灌或人工浇灌相结合的方式操作。
2、管材和配件的选择直接关系到节水的效果
管材的人为损坏、老化、冻裂等情况，都可能破坏其密闭性，产生漏水现象，故应选择质量较好，柔韧度较高的UPVC或PE材料。将某一区域的入口水压保持在同一最佳范围内，可产生更为均匀的灌溉效果，因此可在入口管道处设置水压调节器，使灌溉器在最适压力下工作。此外，灌溉系统后期的维护和对自动化程序的不断修正也将起到良好的作用。总之，市政工作者应合理设计和运用灌溉技术，根据不同的园林环境设置不同的灌溉模式，为城市节约型生态园林的建设贡献力量。
3、微灌是一种新型的节水灌溉技术
它通过低压管道和滴头或其他微喷头，根据园林植物的需水量，以持续和受控的方式向其根系输送所需水分及养分。
4、开发雨水、城镇中水的灌溉效益，走持续发展道路
在降水量较低的地区，如西北地区聚集雨水用于园林灌溉具有重要意义。绝大部分园林绿地分布于人口密集、供水紧张的城镇，所以，城镇中水用于园林灌溉，将是园林灌溉，甚至整个节水灌溉事业可持续发展的必由之路。
5、园林植物需水信息采集及精量控制灌溉技术研究
研究园林植物对水分亏缺信息的感受、传递与信号的传导过程，开发园林植物水分诊断体系；研制具有自主知识产权，符合我国国情的土壤水分动态快速测定与预报技术及产品。建立具有监测、传输、诊断决策功能的园林植物精量灌溉控制系统；研制智能化的灌溉信息采集装置、田间灌溉自动控制设备及相关支持软件。
6、大力加强相关基础材料及生化制剂的研究
加强灌溉专用基础材料的研究及高强度、轻型金属管材，高分子复合材料管材、管件及配套设备的生产，利用纳米技术改进基础材料的性能；研制新型长效保水剂与节水抗旱种衣剂、植物蒸腾抑制剂、土壤结构改良制剂.控制灌溉水流入渗的化学制剂。
四、灌溉系统施工技术措施
1、灌溉系统设计
灌溉系统由水源、首部枢纽、管网以及喷头等部分组成。首先应保证水源的水量及水质，在市政园林灌溉中通常选择城市供水系统；首部枢纽一般包括动力设备、水泵、水表、压力表，以及控制设备等，用于取水、加压、水质处理和系统控制。在设计中应根据水源条件、灌溉产品类型及灌溉对象适当增减设备。管网包括不同管径的干管、支管、毛管等，作为压力水的运输通道，通常以防锈蚀的UPVC管、PE管等作为首选。喷头是使灌溉水均匀喷洒在绿化区域的设施，可根据不同情况选择不同射程的喷灌、滴灌或微灌产品。
在灌溉方式上，应以整体喷灌与局部滴灌或微灌的方式相结合，并根据设计需要选择全自动或半自动控制系统，其中全自动系统可通过预先编制好的控制程序和根据反映植物需水的某些参量（土壤气候条件、植物群落条件等）自动开闭水泵并按一定的轮灌顺序进行灌溉，可极大地降低人工成本和资源浪费。
2、灌溉系统施工
牵连到有关建筑物的施工更改，应严格符合现行规范的要求，在施工开始之前，需要确定好相应的水源位置，测量并记录静态水压，清晰把握整体布局设计规划，并了解当地的冻土层厚度，明确水管线的埋深度。根据不同型号喷头的工作压力、出水量，做好选择合适的喷头型号工作。根据不同喷头直径所喷洒的距离，确定两个喷头之间的间距，同时还需要考虑当时给水的压力、当地的气候条件等。点喷头之前，其控制点，边角点必须先点上，并统计管材管件数量。一般的布置方式选用正三角形布置，而对于正方形布置，应注意的一个限制因素就是最大间距对角线的限制。开挖喷灌沟。开挖之前，要分开放置表层土与下面的阴土或者建筑垃圾，管沟找准坡度，其下面不能有尖锐的东西阻截，要保证平与直。先用大号砂纸打磨接口，再用干净的抹布擦拭干净，在接口处用水胶均匀涂抹，接着迅速插入并用力转一圈，停一分钟以防接口接触不全面。测试压力，回铺管沟。先在管材上面回铺一层好土，然后把原先挖出的土回填，清理好当地的建筑垃圾。
4、节水灌溉系统的建设
随着世界性能源问题的出现，市政园林除了其发挥其美化城市生活、调节生态环境等作用外，其节能性也逐渐受到人们的关注。节约型生态园林概念的提出，对灌溉系统提出了更高的要求，促进灌溉系统不断向低成本、低能耗、多样化、自动化的节水、节能、节劳的方向发展。
五、结束语
随着园林工程的不断完善，灌溉系统施工技术将会得到更多管理者的重视，在可持续性发展的背景下，园林灌溉系统施工技术将会发挥着越来越重要的作用。
参考文献：
[1]伊志谦．关于园林灌溉认识问题的探讨．中国花卉园艺．2010
[2]刘建明，金利飞．浅谈市政园林灌溉系统施工与设计．科技资讯．2011
1.1目的和意义
我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁的国家，虽然水资 源的总量居世界第6位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为900立方米，低于国际公认的1000立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，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。
在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。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，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。
自动灌溉监控系统有如下优点：
1、将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
2、通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量。
3、将使灌溉更加科学，方便、提高管理水平。
研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要。
1.2相关研究综述
自动灌溉技术在发达国家，特别是有大面积种植或缺水地区。按灌溉方式分为地面灌、喷灌和微灌等等。而微灌又分为滴灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。灌溉系统自动化是世界先进国家发展高效农业的重要手段，而我国目前的灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度，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。
2.自动灌溉系统的总体设计
2.1功能设计
灌溉自控系统主要由中心主控系统、电磁阀、田间湿度传感器、气象观测站等设备所组成。
操作人员可坐在控制室里，对传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。
本系统由多个控制单元组成，每个控制单元管理一片区域，
利用GPRS/GSM网路，由中央计算机统一管理。室外的空气温湿度传感器把结果送入计算机，在这里进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。
2.2网络结构设计
如上图所示，我们的网络结构分为三层，第一层为控制中心，有电脑和以太网组成;第二层为GPRS无线控制器，该层和第一层之间无需电缆连接;第三层为阀门控制器，所有的阀门控制器和GPRS无线控制器只需要用一根电缆连接。下面详细介绍一下本方案。
首先我们可以将需要灌溉的区域分成若干个小区，划分的原则为阀门相对集中。每个小区内采用一个无线数传设备GPRSDTU，通过它与中心控制室通讯;在GPRSDTU上可以连接一个手动控制器，用来手动控制该区域内的阀门开关;再用一跟电缆连接到各个阀门，在阀门的位置需要接一个控制器，一个控制器可以控制1～4个阀门
该套设备只需要很少的电力，可以使用太阳能来供电。这个小区的控制系统无需任何电缆与中心控制室连接。
我们对各个小区实现同样的控制方法，然后再通过无线连成一套系统。
这样的控制方式的主要优点有：
1、中心控制室可以控制远在千里之外的阀门。
2、每个小区内只需使用一根电缆连接所有的阀门。大大节约成本。
3、在电力无法到达的地方，我们可以采用太阳能供电。
4、也可以通过就地的手动控制器来控制阀门。
5、也可以通过手机短信来控制阀门。
3.控制器的设计
3.1控制器的主要功能
1)土壤含水量的监测;
2)EC值和pH值的监测;
3)电磁阀状态的监测;
4)电磁阀状态的控制;
5)各种监测和控制信号的通讯传输;
6)低电压报警;
3.2工作原理
每个控制单元控制着1—4路电磁阀。通过传感器采集来的多路数据，经过A/D转换，信号处理，在微处理器中，根据不同植被需求，确定灌溉量，然后控制信号输出，结合中央管理计算机的指令，控制电磁阀的开关，即可以实现自动灌溉。土壤湿度传感器用来测量土壤的湿度，以了解土壤的真实灌溉情况，据此确定灌溉与否和时间长短;配有EC值和pH值传感器，可对进出水进行EC值和pH值的检测，以便控制自动营养液的配给。
3.3数据采集部分
摘要: 水是生命的源泉，水是维系社会进步、生态环境和人类文明的基础因素,。而我国水资源严重匮乏,农业节约水灌溉技术仍未得到很好的普及利用。我们必须进一步提高认识,抓紧完善节水灌溉的规划设计,大力推进节水灌溉技术的研究、生产和应用,以更好地服务“三农”,推进社会的现代化
进程。
[论文关键词]节水灌溉;管理体制;措施
我国部分地区水资源的开发利用程度已经超过了水资源和水环境的承载能力,地下水漏斗区扩大、水污染加剧、生态环境恶化等一系列问题,成为水资源可持续利用和经济社会可持续发展的严重制约因素,加快建设节水防污型社会是必然的选择。我国农业灌溉用水量大,效率低下和溉灌用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43%,单方水粮食生成率只有10公斤左右,大大低于发达国家灌溉水利用率70%～80%,单方水粮食生产率20公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业,实现适时适量的“精细灌溉”,具有重要的现实意义。
一.节水灌溉技术含义及体系
节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用水和高效用水的灌水方法，措施和制度等的总称。灌溉用水从水源到田间，到被作物吸收、形成产量，主要包括水资源调配、输配水、田间灌水和作物吸收等四个环节。在各个环节采取相应的节水措施，组成一个完整的节水灌溉技术体系，包括水资源优化调配技术、节水灌溉工程技术、农艺及生物节水技术和节水管理技
术。节水灌溉技术体系主要包括以下几个方面：（1）灌溉水资源优化调配技术。主要包括地表水与地下水联合调度技术、灌溉回归水利用技术、多水源综合利用技术、雨洪利用技术。（2）节水灌溉工程技术。主要包括渠道防渗技术、管道输水技术、喷灌技术、微灌技术、改进地面灌溉技术、水稻节水灌溉技术及抗旱点浇技术。直接目的是减少输配水过程的跑漏损失和田间灌水过程的深层渗漏损失，提高灌溉效率。（3）农艺及生物节水技术。包括耕作保墒技术、覆盖保墒技术、优选抗旱品种、土壤保水剂及作物蒸腾调控技术。（4）节水灌溉管理技术。包括灌溉用水管理自动信息系统、输配水自动量测及监控技术，土壤墒情自动监测技术、节水灌溉制度等。
二．节水灌溉取得的成就 2.1 节水灌溉面积
截止到2005年底，全国灌溉面积达到9.28亿亩，有效灌溉面积8.48亿亩，非耕地上灌溉面积0.80亿亩。节水灌溉工程面积为3.20亿亩，其中耕地上节水灌溉工程面积2.95亿亩；非耕地上约为0.25亿亩，主要为林果草节水灌溉。在耕地上节水灌溉工程面积中，渠道防渗14454万亩，低压管灌9933万亩，喷灌4184万亩，微灌932万亩。目前，全国有效灌溉面积上节水灌溉工程面积比例为34.8%，全国灌溉水利用率约为45%。根据水利部最近编制的《全国节水灌溉规划》，为高效利用我国的水资源，保障国家粮食安全、促进经济社会持续健康发展，“十一五”期间需发展耕地节水灌溉工程面积1.5亿亩、牧草节水灌溉面积350万亩、林果节水灌溉面积550万亩、节水措施面积2亿亩。到2020年，发展耕地节水灌溉工程面积4.7亿亩、牧草节水灌溉面积1300万亩、林果节水灌溉面积1700万亩、节水措施面积1.5亿亩。近几年来围绕大中型灌区节水改造项目、农业综合开发水利骨干项目、国家级节水示范市、国家和省级节水增效重点县、国家节水增效示范项目建设等,建成了400多个不同规模的以节水灌溉技术为支撑的农业科技示范园,这些科技示范园初步形成了从输水到灌水、从工程到管理、从微观到宏观的立体化、多样化、系
统化农业节水格局。
2.2 节水灌溉技术研究
已由过去的单项节水技术研究发展到综合节水技术体系研究,把工程节水技术、管理节水技术、农艺节水措施作为农业节水体系的组成部分开展了综合试验研究。根据各地的自然、社会、经济条件的不同,提出了缺水山丘区、平原井灌区、引黄井渠结合灌区、沿海经济发达缺水区等不同类型的节水模式。研制应用了农业节水工程规划设计专家系统、灌溉预报专家系统、工程运行管理优化模式等,获得了“农业节水综合技术研究与示范”
一大批科研成果。
2.3 节水灌溉设备
建成了节水设备开发中试基地,研制或引进了管灌、喷灌的系列配套管件,温室大棚微灌成套设备,低压喷水管喷灌成套设备,新型混凝土构件成型
机等。
同时积极引进和消化吸收高新技术,引进推广使用了美国雨鸟、英特耐克、以色列艾森贝克、法国、澳大利亚、奥地利以及北京绿源等国内外知名公司或厂家的几十种节水灌溉设备。目前,世界上几乎所有节水发达国家的先进节水技术和设备都有所引进,建成了一批具有国内领先水平的高标
准节水示范工程。2.4 节水管理
目前我国推广的节水灌溉技术有渠道防渗、管道输水、喷灌、滴灌、膜上灌、膜下灌等多种形式,不同的地区宜采用的节水灌溉技术也不同,大、中型灌区适宜推广渠道防渗技术,井灌区和小型灌区宜推广低压管道灌溉技术,经济条件好的地方提倡采用喷灌技术,在果园、菜园及其他经济作物种植区适合发展微、滴灌,西北干旱地区应推广雨水集流、水窖滴灌技术,南方水稻产区则应推广水稻节水灌溉技术,各地要根据其经济发展水平,合理确定技术方案。结合水利产权制度的改革,对建立适合市场经济要求和农村特点的“多元化”运行管理机制作了尝试。其中节水灌溉工程产权制度改革和对灌区建设自主管理灌排区的探索都取得了成功经验。在井灌区推广应用射频卡控制灌溉,有力地促进了管理水平的提高。
2.5 资金投入积极争取中央贴息贷款和国家对重点县项目的扶持,制定和完善了一系列相应的扶持政策。对省财政扶持的节水灌溉项目实行公开招标,加大了项目实施力度和资金使用效益的提高。各地、市也制定了一系列鼓励政策,按照“谁投资、谁所有、谁管理、谁收益”的原则,积极鼓励农民发展节水灌溉（对于如何鼓励农民发展节水灌溉的更具体的措施推荐阅读：《水稻节水灌溉及其影响研究进展》）。
三、发展节水灌溉应该注意的几个问题
节水灌溉是一项系统工作,综合运用行政、技术经济、宣传教育和管理等各种手段,需要全社会的很多行业和部门协调一致,形成全力,共同做好节水灌
溉工作。第一,节水灌溉要以科学发展观为指导与服务“三农”相结合,把发展节水灌溉,改善农业生产条件,促进农业结构调整和增加农民收入结合起来,建立完善的制度体系。当前一是制定科学的用水计划,做到计划用水,计量收费,节约奖励。二是做好节水灌溉的投入机制,规划并搞好节水灌溉的工程建设和技术的投入等。三是制定相应的优惠改革策略。进一步调动灌区农民对节水灌溉的积极性,并按“谁投资、谁所有、谁管理、谁受益”的原则确定产权,充分调动农民建节水灌溉工程的积极性。四是建立制定适合当地实际情况的实施办法,理顺水费价格,分步到位。五是完善水费计量缴费的管理办法,逐步引入用水户参与管理机制,成立用水户协会合作组织,充分发挥其主观能动性。六是深化水利工程制改革。在灌区支渠以下推广以用水户参与为主的改革,建立以各种形式用水合作组织为主的管理体制,采用灵活多样的经营方式和运行机制,从根本上解决灌区以下,小型农田水利工程无人维修养护,水费公开透明。层层搭车,用水矛盾问题。
第二,以提高用水效率为目标,建立科学的节水灌溉规划体系。规划是工作的基础,大力推进节水灌溉发展首先要建立科学的规划体系。节水灌溉规划应充分考虑水资源的可持续利用,按以供定需,以水定种植结构的原则统筹考虑,积极推进节水灌溉进程,同时加大节水灌溉新技术,新材料,新工艺的推广力度,带动农田水利和农业现代化可持续发展,因地制宜地科学地确定
节水灌溉的布局的模式。
第三,突出农田在节水灌溉中的主体地位,充分发挥水利技术员在节水灌溉服务中的主体作用。广泛调动技术员的积极性,全面发展以技术推广和生产示范为主的科技培训,普及基层水利人员和部分农民切实掌握节水灌溉意识和技能,形成一支影响广大农民把发展节水灌溉和增加收入结合起来的骨干队伍。
四、加快发展节水灌溉的措施
4.1 改革现行管理体制和运行机制
采取的措施:对小型灌溉工程采取承包、租赁、拍卖及股份合作等形式;在大中型灌区推行SIDD(自主管理灌排区)管理模式;加大灌区用水者协会、农村供水协会、农民合作社等各种群众组织参与灌溉工程管理经验的总结推广和规范力度（关于节水灌溉技术与推广措施也可参考：《浅谈节
水灌溉》）。
根据实际情况,供水单位可采取以下三种组织形式:一是按照《公司法》组建有限责任公司和股份公司;二是非公司法人性质的非赢利企业;三是事业单位实施企业化管理。广泛吸收用水产参与灌区经营管理,明晰产权,合理确定灌区专管机构与用水产协会的责、权、利,改革运营机制,以充分调动与激发用水产参与管理的积极性。
4.2 全面推行农业节水奖惩机制
认真执行 “农业灌溉用水定额”标准,对灌溉超定额用水要加价收费。对节水灌溉工程要根据其节水效果并结合当地经济发展水平给予补偿,要使农民对节水灌溉的投资获得不低于社会平均投资利润,利用经济杠杆推动节
水灌溉发展。
4.3 多渠道融资,加大投资力度
改革灌溉工程建设和维护的投资体制,积极探索在市场经济条件下,农村水利资金高效利用、滚动使用的合理方式,开辟股份制、股份合作制、合资、独资等各种资金渠道,实行“多元化”融资,改变过去灌溉工程建设和维护
过分依赖政府的局面。
4.4 扩大非充分灌溉与调亏灌溉面积
实施非充分灌溉或调亏灌溉,人为地控制水量供给,不仅能够减少作物的奢侈蒸腾,抑制作物茎叶生长,有利于改善作物品质,而且可以将节约出来的水量用于扩大灌溉面积,实现灌区作物总产最大。据试验,对于小麦、玉米连作区,可以减少小麦苗期的灌水量,正常年份每公顷可减少750m3。棉花可在苗期或絮期减少灌溉水量,正常年份每公顷可减少700m3。水稻可
在分蘖期减少灌溉水量或不灌。
4.5 进一步搞好节水灌溉规划
要根据各地区经济、水资源、土壤、作物种植等具体条件,选择适当的节水灌溉技术,因地制宜地制定发展规划,切忌盲目引进、盲目搞不适合当地推广的“样板工程”。要根据加入WTO后国际市场的需要,结合农业产业结构调整,加强蔬菜、花卉、果树和珍贵经济作物灌水技术的研究,大力发
展设施农业。
4.6 搞好中低产田节水灌溉
中低产田改造已列为今后几年农业的主攻方向,向中低产田要效益,扩大节水灌溉面积。对丘陵薄地重点搞好雨水利用,加强雨养农业和小水源综合利用研究。对盐碱地搞好以水冲盐、以水压碱和土壤改良,研究制定适宜的冲洗定额和节水技术措施。
4.7 加快节水灌溉设备产业化建设
根据发展节水灌溉的总体规划,扶持和培育相应的节水灌溉设备产业,形成规格化、系列化,做到配套齐全,价格低廉,服务及时,为发展节水灌溉提
供可靠的保证。
.五。发展节水灌溉技术的政策建议
（1）提高发展节水灌溉技术的认识。我国是一个水资源短缺的国家，随着人口增加、经济发展、社会进步，农业灌溉用水要在用水总量基本不增加的情况下保障我国粮食安全，只能走内涵式发展的道路，灌溉必须走节水型的发展道路。因此，我们应加大对发发展节水灌溉技术的宣传教育力度，使全社会都来关心节水灌溉技术，形成一个较好的节水灌溉技术发展
环境。
（2）形成发展节水灌溉技术内在机制。通过制定和运用好水价、水权这些经济手段，对农业用水需求进行有效调控，削弱低效益膨胀型的用水需求，杜绝无效益浪费型的用水需求，促进节约农业用水的需求，从而推进
节约灌溉技术发展。
（3）节水灌溉技术发展要符合农村实际。节水灌溉技术发展不仅是工程问题、技术问题，还是社会问题和经济问题。节水灌溉技术如果不能使农民从中得到实惠，就不能得到广大农民的真正拥护，就不能持续快速地发
展起来。
2.灌溉排水的发展方向：我国灌溉排水事业发展应以提高经济效益为中心，重点放在对灌区专管机构和末级渠系的管理体制改革、现有灌排工程的更新改造和积极贯彻落实终端水价改革上。
3.灌溉排水工程学的研究对象及基本内容：1.调节农田水分状况 2.改变和调节地区水情。4.调节农田水分状况的措施：1.灌溉措施（补充农田水分的不足）2.排水措施（排出农田多余水分）
5.改变和调节地区水情的措施：1.蓄水保水措施。2.调水、排水措施。
6.灌溉排水工程学的根本任务：通过兴建和运用各种水利工程措施，调节和改善农田水分状况和地区水利条件，促进生态环境的良性循环，使之有利于农作物的生长。
7.农田土壤水分存在的基本形式：固态、液态、气态。固态水只有在土壤冻结时才存在。气态水存在于未被水分占据的土壤孔隙中。液态水是土壤水分存在的主要形态，分为吸着水、毛管水、重力水。
8.农田水分消耗的五个方面：植株蒸腾、棵间蒸发、渗漏、地表径流、组成植株体的一部分。
9.作物需水量=植株蒸发量+棵间蒸发量
10.作物需水量影响因素：作物因素、气象因素、土壤因素、农业技术。11.作物需水量计算方法：
1.直接计算法：经验公式、蒸发皿法、产量法、多因素法。
：ET同时段的水面蒸发量 ɑ需水系数 b经验常数 2.基于参照物蒸发蒸腾量的半经验公式。
12.水分亏缺对作物生长的影响：1.对作物生理过程2.对作物生长和产量3.正面效应。13.土壤水分亏缺的评价指标：土壤水分指标、作物水分指标、气象指标。14.灌水方法分为全面灌溉和局部灌溉。
全面灌溉分为地面灌溉、喷灌。（地面灌溉分为：畦灌、沟灌、淹灌、膜上灌）局部灌溉分为微灌和渗灌。
15.畦灌适用于窄行距离的作物；沟灌适用于灌溉宽行距的中耕作物；淹灌适用于水田。盐碱地改良；喷灌使用于蔬菜、果园、苗圃。
16.小畦灌“三改”灌水技术：长畦改短畦、宽畦改窄畦、大畦改小畦
17.涌流灌溉法灌水方式：1定时段—变流程法2定流程—变时段法3增量法 18.地膜覆盖栽培技术灌水方法：膜畦法、膜沟法
19.喷灌系统按设备分为机组式和管道式；按压力方式分为机压、自压喷灌系统；按管道可移动长度分为固定式、半固定式、移动式；按机组碰洒特征分为定喷机组式喷灌系统、行喷机组式喷灌系统。
20.喷灌强度：单位时间内喷洒在灌溉土地上的水深。21.微灌的类型：滴灌、微喷灌、地表滴灌、涌泉灌。
22.微灌系统组成：水源、首部枢纽、输配水管网、灌水器。23.微灌设备：灌水器、管道管件、过滤器、施肥装置。
24.灌溉取水方式：无坝取水、有坝取水、抽水取水、水库取水。
25.灌溉渠道系统：从水源取水，通过渠道及其附属建筑物输、配水，经由田间进行农田灌水的工程系统。由输配水渠道系统、田间工程、渠系建筑物（干、支、斗、农四渠）、退泄水建筑物组成。
26.沟、路、渠布置形式：沟—渠—路，沟—路—渠，路—沟—渠 27.灌溉对水源的要求：水质、水位、水量。28.山区、丘陵区灌区的干、支渠布置原则：高水高用，低水低用，采用长藤结瓜式灌水系统，排水系统尽可能利用天然河道。
圩垸区灌区的干、支渠布置原则：内外水分开，高低水分排，以排为主，排蓄结合，灌排分开，各成系统分区灌溉或排涝。
29.管道系统工作制度有续灌、轮灌、随机灌水三种。
30.排涝设计标准方法：暴雨重现期、排涝保证率、典型年。31.农田排水方式：水平排水（明沟、暗管）、垂直排水（竖井排水）
明沟排水分为：除涝、防渍；防止土壤盐碱化。
32.布置排水系统的原则：高水高排、低水低排、自排为主、抽排为辅。
33.灌排系统管理内容包括：组织管理、工程管理、用水管理、经营管理、环境管理。34.土壤水势由重力势、基质势、压力势、溶质势、温度势等构成。
由于非饱和土壤中，压力势为零，而和对土壤水分运动的影响可忽略，故土壤水势等于基质势加重力势；而对于饱和土壤，必须考虑压力势；盐碱地必须考虑溶质势。
35.灌溉排水：利用人工干预，采用灌溉或降水补充田间土壤水分和排除农田多余水分。36.灌溉排水工程学：研究利用灌溉排水工程措施来调节农田水分状况及改变和调节地区水情，以消除旱涝灾害，合理而科学的利用水资源，为发展农业生产服务的科学。
37.农田水分状况指农田土壤水、地面水和地下水的状况及其相应的养分、通气、热状况。38.土壤水分测定：土壤含水量可用质量含水率、体积含水率、饱和度表示，用直接法、间接法测定。
质量含水率：土壤中实际所含的水重占干土重的百分数。体积含水率：土壤中水分容积占单位土壤容积的百分数。体积含水率=质量含水率×土壤干容重
饱和度：土壤水的体积占土壤孔隙体积的百分数。水层厚度（mm）=土层厚度×土壤含水量（体积比）
=土层厚度×土壤含水量（质量比）×土壤干容重
39.土壤水分常数：
吸湿系数：土壤的吸湿水达到最大时的土壤含水量。凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量。
最大分子持水量：薄膜水的水膜达到最大时的土壤持水量。田间持水量（率）：土壤中悬着毛管水达到最大的土壤含水量。
毛管断裂含水量：当土壤中的毛管悬着水因作物吸收和地表蒸发而发生断裂时的土壤含水量。
饱和含水量（全持水量）：土壤所以孔隙全部充满水分时的含水量。
40.作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾和棵间蒸发，组成植株体所需的水量。41.参考作物需水量ETo：高度一致，生长旺盛，长宽均为200m以上地面完全覆盖而不缺水的绿色草地的蒸发蒸腾量。
42.灌溉制度：特定作物在一定的气候、土壤、供水等自然条件和一定的农业技术措施下，为了获得高产或高效，实现节约用水，所制定的适时适量的农田灌水方案。
43.亏缺状态：作物生长与土壤、大气环境中的诸多因素有关，当这些因素的量值小于作物生长允许下限值时，称该因素处于亏缺状态。水分亏缺分为土壤水分亏缺、作物水分亏缺。
44.作物水分生产函数：农业生产水平基本一致的条件下。作物所消耗的水资源量与作物产量之间的关系。
45.灌溉用水量：某一灌溉面积上需要从水源提供的水量，其大小及在多年和年内的变化情况，与各种作物的灌溉制度、灌溉面积、作物种植结构、土壤、水文地质、气象条件、渠系输水和田间输水的水量损失等因素有关。46.灌水率：灌区单位面积上所需要的灌溉净流量。
47.灌水方法：灌溉水进入田间或作物根区土壤内转化为土壤肥力水分要素的方法。48.田间灌溉水有效利用率Ea：应用某种灌水方法或某项灌水技术灌溉后，储存于计划湿润作物根系土壤区内的水量与实际灌入田间的总水量的比值。
49.微灌设计土壤湿润化：微灌计划湿润的土壤体积占灌溉设计湿润层总土壤体积的百分比。50.灌溉设计保证率：灌区灌溉用水量在多年期间能够得到充分满足的概率。
51.抗旱天数：农作物生长期间遇到连续干旱时，灌溉设施能确保用水要求的天数。52.灌溉渠道的设计流量：灌水时期渠道需要通过的最大流量。
53.灌溉排水事业的发展趋势：1.由丰水灌溉转为节水灌溉，进一步研究生物节水理论。2.灌水方法仍将以地面灌溉为主，喷灌、微灌及膜下滴灌会有较大发展。3.为提高灌溉水利用系数，渠道衬砌、管道输水、覆膜等节水技术将日益得到发展。4.灌溉管理，提高自动化程度。5.灌排工程对环境影响将作为重要研究内容。54.我国灌溉事业发展与存在的问题：
发展：1.工程技术上取得了丰富经验；2.北方地区发展机井，缓解水资源不足；3.研究应用节水灌溉新技术；4.加强用水管理，注重对环境的影响。
存在问题：1.大江大河防洪能力低；2.农田水利工程配套不全，管理不善；3.灌区工程老化问题严重；4.水资源不足，用水紧张；5.农业用水浪费严重；6.水污染；7.山区牧区条件差。
55.蒸发过程分为三个阶段：1.稳定蒸发阶段，主要取决于大气的蒸发力；2.蒸发强度递减阶段，主要取决于大气蒸发与土壤向上输水能力；3.扩散阶段，取决于土层厚度和土层内水汽扩散的能力。
56.农田水分不足的原因：1.降雨量不足；2.降雨渗入量少，径流损失多；3.土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。
调节措施：1.灌溉；2.改善土壤结构，农田水分过多的原因：1.大气降水补给农田水分过多；2.低洼区积水；3.地下水位过高；4.排水不畅。
调节措施：1.截流；2.排出地表水；3.降低地下水位；4.排除根系层过多水分；5.改善结构，提高土壤通气、透水性能。
57.灌溉制度的制定方法：1.根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度。2.根据灌溉试验资料制度。3.根据作物的生物、生态指标制定。4.按水量平衡原理分析制定。
58.水量平衡法确定旱作物的灌溉制度：1.农田水量平衡方程。2.水量平衡法资料的确定。3.旱作物播前的灌水定额M1的确定。4.根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度。59.选择小典型年的方法：1.按年降水的频率选择典型年。2.按作物生长时期降水量的频率选择。3.按年降水的变化特征分阶段选择。
60.灌水率图修正遵循的原则：1修正后灌水率图应与水源供水条件相适应。2尽量保证作物需水临界期的灌水不变。3修正后的灌水率应当比较均匀，使得渠道水位和流量不发生剧烈变化。4宜避免经常停水特别应避免小于5d的短期停水，保证渠道安全运行。61.灌水方法基本要求：1.保证实现定额灌水；2.田间水的有效利用率高；3.田间灌水质量高；4.高效低耗，灌水成本低；5.方便与农业技术措施配合；6.简单、经济、便于推广；7.有效促进田间农业生产环境改善和土地可持续利用。
62.长畦分段短灌法技术要求：1正确确定入畦灌水流量2侧向分段开口的间距3分段改水时间或改水成数 63.喷灌优点：1.省水2.增产3.适应性强4.省工省地5.调节田间小气候6.有利于实现灌水机械自动化 64.微灌的特点：1.省水2.节能3.对地形、土壤适应力强4.增广幅度大5.可利用咸水灌溉。6.投资较高7.对调节田间小气候作用不大。
65.灌溉对水质的要求：1灌溉水的泥沙2灌溉水的盐类3灌溉水中有害物质含量4灌溉水的温度
66.渠系建筑物适用条件：1.分水闸：建在渠道向下级渠道分水的地方，作用是控制和调节向下级渠道的配水流量。2.节制闸：垂直渠道中心线布置，作用是抬高上游渠道水位，满足下级渠道的引水要求；下级渠道实行轮灌时，需在轮灌组的分界处设置节制闸以拦截水流；保护渠道的主要建筑物。
67.渠道防渗衬砌措施：1土料防渗：土料夯实、灰土护面2砌石防渗：块石、卵石3砖砌防渗：黏土砖、陶砖4混凝土衬砌防渗：等厚板防渗层5塑料薄膜防渗：6沥青材料防渗
68.渠道防渗的作用：1减少渠道渗漏损失，提高灌溉水利用率2减小渠床糙率，加大流速，缩短灌水时间3减少渠道占地4提高渠道的抗冲能力，防止渠坡坍塌，增加渠床稳定性 69..容泄区的整治内容：1.疏浚排洪通道，清除障碍，以提高蓄洪能力；2.加固容泄区排洪道两岸堤防；3.整治容泄区的天然水系，打通出留通道。
70.作物需水量影响因素：1作物因素：作物种类、种植密度、生育阶段2气象因素：日照、降水、辐射、气温、风速3土壤因素：质地、颜色、含水量、养分状况4农业技术：农业栽培技术水平
计算作物需水量的方法：1经验公式法：水面蒸发、产量、气温为参数2彭曼综合法公式 71地表水取水方式和适用条件：1无坝取水：河流水位、流量均能满足灌区用水要求2有坝取水：河流水量虽然丰富，但水位较低，适当抬高水位即可自流灌溉3抽水取水：河流水量丰富，但灌区位置较高，修建自流引水工程困难或不经济4水库取水：河流的流量、水位均不满足灌溉要求
72简述土壤积盐过程及其主要影响因素：1水盐运动过程中，各种盐类依其溶解度的不同，在土体中的淀积具有一定时间顺序，使盐分在剖面中具有垂直分异。在地下水借毛管作用向地表运动的过程中，随着水分的蒸发，土壤溶液的盐分总浓度增加，溶解度最小的硅酸化合物首先达到饱和，而沉淀在紧接地下水的底土中；随后，溶液为中碳酸盐饱和，开始形成碳酸钙沉淀，再后是石膏发生沉淀。易溶性盐类由于溶解度高，较难达到饱和，一直移动到表土；在水分大量蒸发后才沉淀下来，形成第三个盐分聚集层。2土壤积盐过程的主要影响因素有：气候、地形、水文地质、母质和植被等。
73简述灌溉排水工程学课程研究的主要内容及其发展趋势：1灌溉排水工程学研究的主要对象及内容包括：调节农田水分状况以及改变和调节地区旱情；调节农田水利措施一般有：灌溉措施和排水措施。2灌溉排水工程学的发展趋势为：（1）由丰水灌溉转向节水灌溉，进一步研究生物节水理论；（2）灌水方法仍将以地面灌溉为主，喷灌、微灌及膜下滴灌会有较大发展；（3）为提高灌溉水利用系数，渠道衬砌、管道输水、覆膜等节水技术将日益得到发展；（4）加强灌溉管理，提高自动化程度；（5）灌排工程对环境影响将作为重要研究内容。
74确定灌溉制度有哪几种方法？如何根据农田水量平衡方程式确定旱作物的灌溉定额、灌水定额及灌水时间：1灌溉制度的确定方法主要有：（1）根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度；（2）根据灌溉试验资料制定灌溉制度；（3）根据作物的生理、生态指标制定灌溉制度；（4）按水量平衡原理分析制定灌溉制度。
农田水量平衡方程式为：Wt-W0=WT+P0+K+M-ET；
若某时段内没有灌溉也没有降雨，土壤计划湿润层也无变化；随着时间推移，土壤储水量将降至下限，其水量平衡方程可写为：Wmin=Wo+K-ET。若时段初土壤
储水量为W0，则由Wmin=W0+K-ET可以推算下次灌水的时间间隔：t=（W0-Wmin）/（e-k）；推算时段末的灌水定额m为：m= Wmax-Wmin=H（θmax-θmin）。同理，可以由水量平衡方程式推求作物全生育期各时段不同情况下的灌水时间间隔和灌水定额，从而进一步确定该作物的灌溉定额。
目前, 水资源的缺乏已成为世界性的问题, 在传统的水资源开发方式已无法再增加水源时, 雨水回收利用成为一种经济又实用的水资源开发方式。雨水落在棚面流失掉, 如能收集利用, 既解决了棚室灌溉问题。雨水灌溉优于地下水及自来水。是解决城市缺水及节约自来水的一项重要措施。
2 系统组成
棚室墙体顶部都用水泥预制块铺设为外高内低, 外边缘砌高, 埋置集水管与集水池相联通。收集的雨水汇集到集水槽中流入集水池。集水场的设计采用最佳集水效果方案。集水面坡度为15℃, 两边高、中间低, 场地周围均建凸起的边缘, 高约15cm, 雨水由中间汇入集水槽后流入集水池。用或其他材料铺覆集雨面。棚室两侧各建一集水池, 用棚膜铺垫池底极其池壁。
尽管种植越冬茬作物的温室其棚膜通常情况下在10月中下旬覆盖, 然后在来年五月之后揭去, 不在年降雨丰沛期, 但能够通过旧膜作为动态集水面, 即如果有降水收集雨水, 如果无降水可以卷起堆放。当然条件如果允许可以另辟专用集水场供温室使用, 根据上述设计, 以60m长度、跨度7m、墙体宽1.5m、遮阳地宽7m的标准, 棚室的集水面积大致为930m2。
对集蓄的雨水进行高效利用是集雨技术的核心, 该技术关键是将集蓄的雨水通过补灌设施进行人为调控, 最终供给作物水分。
主要通过水泵极其塑料管道, 将集蓄的雨水从集水池中抽出来并且进行灌溉。灌水方式主要有漫灌、沟灌和微灌等。现已对温室灌溉比较分析之后结果表明渗灌和滴灌在节水和增产方面的效果较为理想, 其机理主要为:它们将分直接向作物根系输送, 防止地表径流, 均匀的供水确保了土壤的通透性, 在很大程度上降低了空气湿度, 对作物病害具有抑制作用, 除此之外对土地有较强的适应性, 能够随水追肥施药。
2.1 集雨面设计
通常情况下, 雨水自给灌溉系统工程集雨面的外形必须规整, 长边与短边交角以直角最佳, 形状选择矩形、梯形、其他形状;如果地段的地形条件是起伏不平的, 田境应当由空心砖组成, 田块应当设计为扇形, 田埂应当呈现出直线状直线。如果试点工程的地形环境较为理想, 完全吻合设计要求, 所以选择长方形。
雨水自给灌溉系统规划设计过程中应确保种有充足的日照, 日照时间要有保证, 受光热量最大, 试验田如果选择南——北向, 长边位置应当与等高线平行;在风姓区, 灌溉系统应与当地主害风向的关系呈90角。结合种植作物的面积等要素确定宽度, 同时不能忽视的因素是地理环境的限制。蓄水池和等高线平行的目的是蓄水池内多余水分便于排出, 所以种植区宽度应当比蓄水池长边长度宽。
2.2 储水池设计
储水池设计为地下结构, 减少棚内土地占用, 并设计有溢流装置, 保证水满溢出。以一场大雨为例, 一场大雨降水量25~49.9mm/24h, 以平均37.5mm计算, 雨水收集量为11.25t, 经过试验, 以接受四场大雨, 储水池容积至少为50t。储水池底部设有沉淀坑, 雨水中混杂的泥沙在池底沉淀。
2.3 灌溉系统组成
雨水资源灌溉系统主要由种植区、蓄水池、沉沙池以及灌溉排水系统组成, 棚室内经常用到的灌溉形式有移动喷灌机、倒悬微喷、插钎微喷、微喷带、滴灌管、滴灌带、滴头、滴箭等。
喷灌主要用于育苗或密植叶类菜, 移动喷灌机喷洒均匀, 无无效灌溉, 机组价格较高;固定式喷灌均匀性一般, 无效灌溉较多, 机组价格较低。滴灌主要用于成行种植作物或蔬菜, 灌溉均匀, 无无效灌溉, 机组价格较低。不管哪种灌溉方式, 基本都有以下几部分组成, 水源、控制箱、过滤器、输水管、阀门、洒水器等。
灌溉分手动控制和自动控制, 手动控制即管理员根据土壤墒情人为判断何时灌溉、灌溉水量。自动控制即精准自动灌溉系统, 通过土壤水分传感器将土壤墒情传递到中央采集控制器, 通过人工定时或系统自动控制电磁阀对作物进行精准灌溉。
3 结语
综上所述雨水落在棚面流失掉, 如能收集利用, 既解决了棚室灌溉问题。雨水灌溉优于地下水及自来水。是解决城市缺水及节约自来水的一项重要措施。在水资源严重缺乏的中国, 这项技术的前景非常乐观, 因此研究者们应当更加努力, 使得该技术可应用型、可操作性更强。
摘要：主要首先介绍了雨水自给灌溉系统的研究意义, 然后阐述分析了雨水自给灌溉系统的组成, 分别对灌溉系统的集雨面设计、蓄水池设计等加以详细分析, 希望能够为有理论研究和实践提供相应的参考依据。
关键词：雨水自给,灌溉系统,集雨面,储水池
参考文献
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摘要：潮汐式灌溉是一种利用毛细原理实现为植物从根部进行灌溉的技术，该技术可以避免叶面产生水膜，使叶片接触更多阳光，促进光合作用，提高水肥利用率，易控制相对湿度，减少病虫害。但目前，国内对相关技术的研究较少，且整体水平较为落后，相关的研究论文数量和专利数量也较少。基于此种情况，加强潮汐式苗床灌溉系统的研究力度，并且投入到温室使用，可以使灌溉效率和水分利用率明显提高，同时减少氮肥施用。这种基于计算机控制来实现农作物灌溉施肥的系统，将具有广阔的应用前景。
关键词：潮汐式；控制系统；苗床；灌溉；触摸屏
资助项目：由国家设施农业工程技术研究中心和上海设施农业工程技术研究中心资助，国家科技支撑项目（2014BAD05B05）
中图分类号： S223 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.18.036
潮汐式苗床灌溉是一种从栽培容器底部进行灌溉的技术。在营养液涨潮时，植物利用毛细作用进行水分和营养的吸收；营养液在退潮后被回收，经过滤和消毒后又可以被循环利用，达到节水省肥的目的。此灌溉系统最早来源于园艺设施技术较发达的荷兰[1-2]，后来日本、美国和英国也有同类灌溉产品[3-4]，且正在快速地成为发达国家温室灌溉的主要方式。目前，国内很多灌溉系统是从国外直接引进的，而潮汐式灌溉应用才刚刚开始，与国外相比有一定的差距，同时也有很大的发展空间。
在国内研究较少的前提下，研究潮汐式苗床灌溉系统就显得尤为重要。实现苗床灌溉系统的基本功能是研究出发点，其开发流程为：确定灌溉系统组成；确定组成该系统的各个子模块及其工作原理；机械图设计；在机械实现的基础上进行控制系统的硬件电路设计；硬件调试；软件设计；软件编程，以及软硬件联调。为了提高系统的自动化程度以及更好地观测营养液的浓度平衡问题，研究中增加了一块DGUS触摸屏，方便实时观察和操作。本文侧重于潮汐苗床灌溉系统的整体介绍，对于苗床的机械设计和灌溉系统的各子系统做了较详细的介绍。
1潮汐式苗床灌溉系统原理介绍
潮汐式苗床灌溉系统主要由移动苗床系统和潮汐式灌溉系统这两大部分组成。移动式苗床主要包括苗床运动机构、栽培苗床和穴盘式栽培容器等。潮汐式灌溉系统主要由营养液循环系统（灌溉水箱、回收水箱、沉淀小水池、循环水泵、管路等）、营养液消毒系统、营养液浓度检测系统、营养液浓度管理系统、控制系统等部分组成。潮汐式苗床灌溉系统的基本组成如图1所示。
该系统的工作原理是将植盆或穴盘置于栽培床上，浓缩营养液罐中的浓缩营养液在灌溉水箱中与自来水混合，配比成适合灌溉的营养液。该营养液从灌溉水箱被专用循环电机和水泵组1抽出送至栽培苗床，将栽培床淹没2～3厘米的深度。一段时间后，营养液因毛细原理上升至穴盘中基质的表面，然后打开回液调节口，将营养液排出到沉淀小水池，经过过滤网除去水中的基质纤维等杂质[5]，避免引起大多数作物病害的传播。营养液消毒后通过电机和水泵组3使其流到回收水箱中，再通过电机和水泵机组2回到灌溉水箱中。在此过程中，营养液经过消毒系统消毒，同时营养液浓度监测器检测营养液浓度，根据检测的浓度做出相应的营养液浓度配比，方便在栽培苗床需水时再次灌溉。该系统具有控制精确、工作效率高、省水省肥、多次循环利用等特点。
2栽培苗床系统的设计结构及运动原理
2.1移动苗床系统的设计思路
潮汐式苗床部分主要技术研究从以下几点出发：苗床的输运整体系统研究规划和调度优化；单层次苗床结构以及传动系统研究；多自由度多层次多种类苗床结构以及传动系统研究；多自由度多层次多种类苗床控制系统研究；苗床的位置检测和定位控制研究；节能、高效、精确定位的苗床输运运行系统的动力学控制方法研究。
2.2移动苗床系统的设计结构
该系统苗床主体材料主要采用不锈钢、镀锌钢材及40160型材等。整个苗床系统需要放在课题组示范温室里，考虑到体积跟温室里空间配比问题，单个单体苗床的大小定制为2265×1045米，比正常的单体苗床小，整个苗床的体积为13.696×12米，如图2所示。移动苗床系统主要包括栽培区域（区域1、区域2、区域3）、苗床工作区域（单气缸工作区域和双气缸工作区域），以及移动苗床操作控制区[6-7]。
2.3移动苗床系统的运动原理
苗床系统的最外两侧设有X导轨，单体苗床进入苗床系统时沿着X的正方向运动，离开苗床系统则沿着X的负方向运动，两侧的X导轨相当于两个苗床的运输或轮空区域。单体苗床在浮动导轨Y1和固定导轨Y2之间形成的新的轨道Y上纵向运动，在两个新的轨道之间不能进行横向运动。另外，苗床系统四周留有两层苗床的空间余量。
运动总体规划为：固定轨道X（进口）—轨道Y—固定轨道X（出口）。运动规划时，苗床沿轨道X横向一侧进入，再进行Y纵向运动， Y1、Y2或者Y3路径均可作为选择，再从另一侧轨道X退出，如图3所示。
2.4移动苗床系统的装置特点
该自动移动苗床系统采用短链条轨道架拼接的方式，可以标准化、成组化和模块化生产，从而达到减小生产成本的效果，同时也可以减小故障率。推板在短链条带动往返距离缩短，可以减轻移动机构的能耗。推板装置采用单向柔性推动方式设计，也是保证短链条轨道架拼接成功的条件之一。支撑板采用型材结构设计，设计紧凑，架构平稳，安装其他零部件比较方便，符合现代设计的要求。定杆、浮动杆及两者之间的连接杆采用凹型槽钢结构，使单体苗床底部的滚轮设计趋于标准简单化，便于单体苗床滚轮在槽钢上滑动，运行更加平稳，如图4所示。
1.轨道支撑架2.苗床横杆架 3.苗床支撑架4.浮动杆5.浮动杆支架6.连接杆7.驱动装置8.驱动装置支架9.单体苗床内膜10.单体苗床支架11.推板连接块12.定杆 13.推板装置 14.齿轮轴承15.短链条16.齿轮17.长链条18.链条轨道架19.苗床支撑板20.气动装置21.电线框架22.单体苗床滚轮23.传感定位装置131.推板本体132. 推板连接块133.推板垫板134.链条轨道连接板135.链条连接块136.弹簧137.弹簧安装板
图4 苗床基本组成结构图
3潮汐式灌溉系统的设计及其原理
3.1潮汐灌溉系统逻辑设计描述
潮汐灌溉系统的核心是营养液的供应和循环，该部分主要由沉淀小水池、回收水箱、灌溉水箱以及多组电机和水泵组组成。营养液经过一次灌溉后回收的废水需要通过营养液消毒系统及时消毒，同时由营养液浓度检测器实时检测，根据营养液的情况进行相应配比。
灌溉系统中的潮汐分为涨潮和退潮两部分。涨潮部分：在每一个栽培床的旁边配置输送管道，每一根管道都配有电磁阀。灌溉控制器控制电磁阀开启后，营养液就可以从施肥系统通过管道输到栽培苗床上。涨潮需要在规定的时间内完成，此时电磁阀处于闭合状态。退潮部分在涨潮工作完成后进行：植物经过灌溉后，回液调节阀开启，营养液被回收到沉淀小水池内，再由灌溉控制器控制水泵启动将营养液抽回到回收水箱中。
如图5所示，苗床总共设有27个苗床电磁阀，通过27个电磁阀来控制3个区域共27个苗床的灌溉，区域1：1-9，区域2：10-18，区域三：19-27。
自来水管电磁阀的控制：自来水管的电磁阀根据（4）根据灌溉水箱液位调节阀（3）的信号决定开启，如果水位偏低，自来水管的电磁阀开启，如果水位到达标准线，电磁阀（4）关闭，停止进水。
苗床电磁阀的控制分为三种情况：情况1，27个苗床同时灌溉，苗床灌溉控制电磁阀（1）-（27）同时开始，灌溉离心泵开始，即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，灌溉离心泵停止工作，即电机和水泵组（1）停止工作；情况2，18个苗床同时灌溉，首先，苗床灌溉控制电磁阀（1）-（18）开启，灌溉离心泵即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，电磁阀（1）-（18）关闭。其次，苗床灌溉控制电磁阀（10）-（27）开启，灌溉离心泵即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，电磁阀（10）-（27）关闭。最终，苗床灌溉控制电磁阀（1）-（9）和（19）-（27）开启，灌溉离心泵即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，所有苗床灌溉都结束后，离心泵电机和水泵组（1）停止工作；情况3，9个苗床同时灌溉，首先，苗床灌溉控制电磁阀（1）-（9）开启，灌溉离心泵即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，电磁阀（1）-（9）关闭。其次，苗床灌溉控制电磁阀（10）-（18）开启，灌溉离心泵即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，电磁阀（10）-（18）关闭。最终，苗床灌溉控制电磁阀（19）-（27）开启，灌溉离心泵即电机和水泵组（1）开始工作，到苗床灌溉时间结束，电磁阀（19）-（27）关闭。所有苗床灌溉都结束后，离心泵电机和水泵组（1）停止工作。
沉淀小水池的控制：沉淀小水池的液位到达浮球及小水池液位调节阀（1）规定的最高高度时，电机和电机组（3）开启，把小水池的回收液打回到回收水箱，当沉淀小水池的液位到达浮球及小水池液位调节阀（1）规定的最低高度时，电机和电机组（3）关闭.
臭氧消毒的控制：当说有的苗床都灌溉完毕，苗床电磁阀（1）-（27）都关闭，灌溉离心水泵电机和水泵组（1）也关闭时，打开臭氧消毒泵，同时开启臭氧消毒机和氧气制备机，以及气水射流混合器，进行臭氧消毒，时间约为3小时。
3.2潮汐灌溉的营养液消毒系统
臭氧具有良好的消毒效果，本灌溉系统使用臭氧技术通过射流法对营养液进行消毒，由臭氧发生器、氧气发生器、气水射流混合器、水泵四部分组成。受到臭氧产生条件和部件寿命的影响，臭氧的生成一般都需要对空气进行预处理或直接采用高浓度氧气源。本消毒系统由氧气发生器产生高浓度氧气，经臭氧发生器得到的臭氧，再通过射流法与水溶和，最终提供给灌溉水箱。工艺流程为：空气→氧气发生器→臭氧发生器→臭氧→气体射流→搅拌泵→消毒[8]，如图6。
臭氧混合灌是为了增加水和臭氧的溶解，这里用搅拌泵替代了臭氧混合灌的功能，把废水和臭氧通过水泵送达灌溉水箱，通过搅拌泵来增加溶解率，最终达到消毒的目的。
3.3潮汐灌溉的营养液管理系统
营养液管理系统由营养液浓度检测器、浓缩营养液罐、蠕动泵和营养液控制器组成。营养液浓度检测系统包括检测筒、取样泵、pH传感器、EC传感器、营养液液温和硝态氮传感器。pH传感器的测量范围0～14.00pH，测量精度0.2级；EC传感器的测量范围0～10.0mS.cm-1，营养液液温测量范围+2至40℃；硝态氮传感器测量范围0～1000mg/ml，精度为测量值的5%+0.2mg/L；pH的范围pH5至pH9，操作温度（空气）-20至45℃，如图7。
浓缩营养液罐由四个营养液罐组成，分别装有Acid、硝态氮肥料、微量元素和其他大量元素。营养液需要通过浓度检测器实时检测EC、pH、硝氮、氯离子浓度和营养液温度，并在控制端显示这些参数。按照营养液检测结果，配合控制器上设置的营养液控制方法和控制参数，控制蠕动泵的启动和停止，将四个浓缩营养液罐中的浓缩营养液喷洒到灌溉水箱里，使得营养液的EC、pH，硝氮维持在设定的范围内[9]。泵系统设置有互锁功能，每一个泵在工作时，其余的泵则处在停止状态。每一种浓缩营养液添加后系统都会设置一定的稳定时间，经过设置的时间以后，才会根据下一步的检测值启动后续浓缩液的添加。
基于硝态氮浓度控制的营养液控制流程如图8。
4潮汐式苗床灌溉系统的控制部分
整个控制系统的灌溉部分由主控制电路、I/O采水位输入电路、继电器输出电路、传感器电路、触摸屏控制电路和触摸屏组成，如图9所示。主控制电路、继电器输出电路和触摸屏控制电路采用宏晶公司的8位微控制器STC15F2K60S2；I/O采水位电路采用SST公司的8位微控制器89E516RD-40-C-PIE；传感器电路采用WINBOND的8位微控制器W77E58。
主控制电路是整个控制系统的核心，负责接收I/O采水位信息，包括回收水箱、灌溉水箱及沉淀小水池三个的液位信息。经过主控板CPU处理后，系统运行规则作出相应的决策命令，发送给继电器输出板，执行灌溉、回水和消毒等命令。传感器电路板采集EC、pH和硝氮值，配合营养液管理系统工作。整个操作都可以在控制系统的电控箱上完成。为了使得操作更加智能化，我们增加了由北京迪文公司生产的DGUS触摸屏。迪文公司所规定的通讯协议和我们开发的通讯协议不同，增加Display控制板承担协议翻译工作，使得彼此之间可以正常通讯，更好地配合整个系统工作，如图10。
5结语
潮汐式灌溉系统是一种高效的节水灌溉技术，适用于多类盆栽植物的种植，尤其是植物的工厂化育苗。目前，此套基于苗床的灌溉系统的基本功能已经实现，正应用于同济大学新奥生态园温室内。系统另外，可以通过触摸屏设置自动灌溉模式，操作人员不需等待灌溉结束才能离开，大大降低了人力成本，且自动化程度相对较高。
潮汐式苗床灌溉系统目前正处于研究阶段，国内这此的研究也相对较少，体系还不是很完善。在实现基本实现功能的前提下，后期还有很多研究工作要做：实现计算机控制系统对作物的水肥精准管理和控制[10]；在Web层实现对灌溉状况的观察和操作，提高操作便捷性；控制系统的通信效率还有待提高；有线式通信布线复杂，影响苗床的运动，可以往无线通信的方向继续深入研究等。
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作者简介：吴军辉，博士，同济大学，副研究员，研究方向：设施农业嵌入式系统领域的研究；黄荣蓉，在读硕士研究生，同济大学，研究方向：设施农业；司慧萍，博士，同济大学，副教授，研究方向：设施农业机械的研究；林开颜，博士，同济大学，讲师，研究方向：温室环境自动控制，农业计算机视觉等领域。
通讯作者：陈杰，博士，同济大学，副教授，研究方向：设施农业相关领域的研究。
网络出版地址：2016/9/18 8：57：00
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