農用環境監測式自動化噴灌器

程飛 李躍

摘 要： 為了改善農用噴灌的用水方式，達到節約用水、自動化精準噴灑的目的，設計了環境監測式自動化噴頭。該設備由金屬管、水閥、干濕監測設備、電子閥門、噴頭構成。設備使用時，監測噴灌后一定深度泥土或空氣中的干濕程度，進行數據反饋處理，通過電子閥門控制水流大小，實現噴頭水量的精準噴灌。該設備真正解決了農業用水浪費的現狀，提高了水資源的利用效率。

關鍵詞： 自動化噴灌;干濕監測設備;農業用水

一、我國農業灌溉現狀

我國是一個水資源極其匱乏，是全球 13 個貧水國家之一，在世界上水資源排名第 121 位，接近世界公認的水資源緊缺國家最低標準水平，解決水資源的分配和利用問題是農業經濟發展的頭等大事。水資源的嚴重短缺已對我國的經濟社會持續健康發展和生態環境構成了嚴重威脅。此外，我國水土流失面積達295萬km，占國土面積的30.7%，嚴重的水土流失，導致土地退化、草場沙化、生態環境惡化，造成河道和湖泊泥沙淤積，加劇了江河下游地區的洪澇災害，造成土地受災，糧食減產。[1]

農業用水一直是我國的主要用水，占全部耗水總量的 55%以上，這其中灌溉用水又占農業用水 90%左右。傳統的農業灌溉技術落后造成了大量浪費，目前我國的灌溉，即水的有效利用系數為 0.53。[2]《全國水資源綜合規劃》指出，到 2020 年，全國用水總量力爭控制在 6，700 億立方米以內，到 2030年，全國用水總量力爭控制在 7，000 億立方米以內，農田灌溉水有效利用系數提高到 0.6。

我國人多地少、水資源短缺且時空分布不均、水土資源與生產力布局不相匹配、水旱災害頻發等特點，是我國的基本水情。[3]

二、農用灌溉方式闡述

提高水資源的利用效率始終是各個國家解決水資源浪費的重要途徑之一。各地農業用水需求量大，灌溉時間長。在漫灌逐漸淘汰的今天，噴灌和微灌實現了普及。[1]在現實運用過程中，噴灌的噴灑水量始終是人為控制，沒能實現精準控制，相較于漫灌用水量減少，還是造成了一定的浪費;微灌則在前期基礎設備建設費用高;灌溉范圍小;限制了根系發展;容易出現鹽分積累，不適合大面積灌溉。為解決以上現實問題，本環境監測式自動化噴頭，通過干濕監測設備在泥土或空氣中的信息反饋（懸掛式、掩埋式），根據灌溉目標的需求，通過電子閥門控制噴灑，真正實現了水資源的高效使用，使用范圍廣，安裝簡便，可實現以上領域集中推廣。

三、基于現狀研發的環境監測式自動化噴灌器創新之處

（1）將電子閥門安裝在噴頭下方與金屬管的連接處，精確控制水流。

（2）所述的金屬管兩端有外螺紋可安裝不同尺寸的金屬進水口，適應不同尺寸的水管，也可通過金屬鎖緊套連接橡膠管。金屬管本身做防氧化處理，延長了實用壽命。

（3）所述的電子閥門閥做防水處理與干濕監控設備相連。

（4）干濕監控設備根據由單片機控制，根據所需場地干濕程度提前寫入數值，也可實現拆卸重新設置數據與檢修。

（5）水閥安裝在金屬管上，為水流總開關。當水閥打開后，水流觸發電子閥門，根據干濕監控設備指令實現噴頭的噴灌。

四、環境監測式自動化噴灌器的形式

（一）掩埋式

將本環境監測式自動化噴頭垂直埋設于水平地面下，同時應將干濕監測設備整體低于地面20-30mm，實現監測數據的精確。水閥旋鈕露于水平地面之上，可人為控制供水開關。電子閥門與干濕監測設備相連，且做好防水處理，保證使用過程中的安全，干濕監測設備接通電源，設備安裝完畢。打開水閥，此時電子閥門觸發，干濕監測系統通過監測泥土干濕程度，控制打開電子閥門，噴頭噴灑灌溉;當濕度到達預設值的時候，信息反饋，電子閥門關閉。實現自動化控制，高效利用。

（二）懸掛式

現溫室大棚懸掛式噴水管網簡陋，只是簡單的地面鋪設漏管或者頂部懸掛噴頭。懸掛式農用環境監測式自動化噴灌器安裝在大棚穹頂。水管連接于水閥處，電子閥門與干濕監測設備相連，干濕監測設備位于設備最下方，實時監測大棚內的空氣干濕程度。設備運行時，打開水閥供水，干濕檢測設備中所預設的濕度數據和空氣中的濕度數據進行對比，通過電子閥門控制水流大小，實現頂部噴灌。也可人為設定定時噴灑，據作物生長習性對自動化設備設置。

（三）加裝水肥混合

作物所需的化肥存放于罐裝容器中，安裝在水閥處，化肥與水混合，可方便結合施肥。由于化肥同灌溉水結合在一起，肥料養分直接均勻地施到作物，真正實現了資源利用，提高了肥料的有效利用率，直接經過噴頭噴灑，滋養作物生長。此設計節約了人力資源，又綠色環保，避免了土地污染。

五、主要突出優勢

（1）結構設計創新，造價低，便于推廣。

（2）節約水資源，提高水的利用率。

（3）自動化控制，節省人力資源，精確噴灌。

（4）水肥同步，綠色環保，保證了農作物的長勢和食品安全。

（5）模塊化結構，方便檢修。

（6）使用壽命長。可實現拆卸回收，二次利用。

六、結語

隨著可持續發展戰略和節約型社會的理念深入人心，節水灌溉的理念也越來越為農民和用水戶所接受，必將成為提高水資源利用效率的保障。[2]政府部門一方面通過規范措施提高農用水的戶自我節水意識，多方面加強提高水利用率的宣傳;另一方面加大水利基礎設施建設的投資，增加節水灌溉工程配套基礎設施建設，確保水資源的合理使用、合理配置。國家對節水灌溉設備行業的開發支持以及農用水戶節水意識的增強，促進了節水灌溉技術的進步和節水灌溉行業的發展，也成為行業持續發展的不竭動力。

參考文獻：

[1]劉雙雙，韓鳳鳴，蔡安寧，張可，金巍.區域差異下農業用水效率對農業用水量的影響[J].長江流域資源與環境，2017，（12）.

[2]黃昌碩，耿雷華，陳曉燕.農業用水效率影響因素及機理分析[J].長江科學院院報，2018，（1）.

[3] 馬劍鋒，王慧敏，佟金萍.技術進步與效率追趕對農業用水效率的空間效應研究[J].中國人口·資源與環境，2018，（7）.