智能化精準化的灌溉
2007-08-29 08:00:00 來源：www.lvhua.com 瀏覽次數：
我國的城市大規模綠化已高速發展數年。北京申奧和上海申博成功，將在我國各大中城市掀起新的綠化高潮。
在城市中大規模綠化自然好處多多。如改善生態環境、美化城市、提高城市地位、增加旅游收入、改善投資環境，吸引外資等。但我們在獲得好處的同時，還應十分重視其負面影響，如大量耗費水資源，與其它行業爭水，可能影響國民經濟的可持續發展。
城市綠化植物為草、花、樹、灌木等。其中很多種植物水敏感性極強。供水不足，如遇干旱、高溫天氣，會迅速枯萎，直至死亡。我國大部分大、中城市嚴重缺水，而現行灌溉技術落后，水利用效率低下（有效利用率低于40%），大量綠化用水被浪費掉。改善灌水技術，采用智能化、精準化灌溉，努力提高水的利用率勢在必行。傳統的綠化用水，多由水車拉至現場，用人工皮管大水漫灌，這種方法大約有80%的水由于深層滲漏及無效蒸發損失掉。
近些年，管網供水、噴頭噴灑的噴灌灌水法，日漸流行起來，但管網控制大部分仍采用手動法。這種方法隨意性大，常常發生該灌水時，無人開閥，不該灌時又無人關閥，一邊下雨一邊噴水，草地變人工湖，馬路變排水渠的情況屢見不鮮。采用這種方法，至少有40%～50%的水浪費掉。
利用定時器控制灌溉的方法在我國已采用6年多，但普及率很低，估計連1/10都不到。采用定時器控制灌溉，比人工控制系統要節水要多，它可以依經驗針對不同氣候時段，設置不同程序，減少了灌溉控制隨意性。此種情況下，灌水器采用噴頭，水的實際利用率可達到65%～70%，如灌水器采用高均勻度噴頭或滴頭，實際利用效率應該能達到75%～80%。如配上雨量傳感器、風速傳感器，水利用效率還能高一些。但灌溉程序設定仍是依賴于管理人員的經驗或參照有關參考數據。如管理人員的經驗不足，或獲得的參考數據準確性差，編制的程序會導致灌水過量或不足。因此，這種控制方法距精準化灌溉差距仍遠。盡管如此，這種方法在發達的西方國家廣為采用。據筆者估計，美國的園林灌溉系統約有90%采用此種控制方法。其優點是投資少，易于操作，灌溉水的有效利用率比手動控制提高很多。
智能化、精準化灌溉技術是伴隨著計算機應用技術、傳感器制造技術、塑料工業技術的提高而逐步實現的。
智能化中央計算機灌溉控制系統大約在上世紀80年代初由雨鳥、摩托羅拉等幾家公司開發、研制成功，并投入使用。由于技術復雜、應用難度大，價格高昂，這種控制設備最早應用于高爾夫球場灌溉系統的控制上。90年代，計算機工業的硬件、軟件飛速發展，使得灌溉系統中央計算機系統操作難度越來越小，功能越來越豐富，價格也逐漸降了下來。這種系統在園林綠化上用得也越來越多了起來，雨鳥公司針對不同用途，研制、開發出了中央計算機控制系統：Maxicom。
據雨鳥公司統計，全美平均每個州安裝有30套左右這種系統。其中著名的項目有：迪士尼世界及迪士尼樂園、微軟總部、英特爾總部、摩托羅拉總部，全球最大的拉斯維加斯米高梅（MGM）大飯店，拉斯維加斯公園處所屬城市綠地及34個公園，斯坦福大學校園，普度大學校園等。
智能化灌溉中央計算機控制系統具有如下功能：
1.自動采集各種氣象數據，計算并記錄蒸發蒸騰量ET。
2.根據前一天的ET值自動編制當天灌溉程序并實施灌溉。
3.可由連接的土壤濕度傳感器、風速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關閉、暫停灌溉系統。
4.連接流量傳感器可自動監測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障，最大限度利用管網輸水能力。
5.運行程序而不起動灌溉系統（干運行），測試程序合理性，不合理時預先修改。
6.自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運行時間，自動記錄、顯示、儲存傳感器反饋數據，以積累資料，修改程序、系統等。
7.頻繁灌溉功能：可將設計好的灌水延續時間分成若干時段，以便提供足夠的土壤入滲時間，減少坡土或粘性土地地面徑流損失。
8.一套中央計算機系統可控制無數臺田間控制系統（稱為衛星站）。
9.儲存數百套灌溉程序。
10.一臺田間控制器（衛星站）可使4個輪灌區獨立灌溉或同時灌溉。
11.手動干涉灌溉系統：可在閥門上手動啟、閉系統，可在田間衛星站上手動控制系統，也可在計算機上手動啟、閉任何一站、任何一個電磁閥。
12.一套中央計算機控制系統可控制小到一個公園，大到上百個公園，甚至全城的所有灌溉系統。
13.可控制灌溉系統以外的其它設備，如：道路或公共場所燈光，大門、噴泉、水泵……
14.有線、無線、移動通訊、電話線多種通訊功能選擇。
智能化中央計算機控制系統主要由中央計算機、集群控制器（CCU）、田間控制器（衛星站）、電 磁閥構成。中央計算機可裝置在任何一個地方，比如 ：一套中央計算機系統控制50個公園的灌溉系統。中央計算機可安裝在市園林局認為合適的位置，CCU安 裝在各個公園內。中央計算機與CCU之間的通訊，可采用有線連接（近距離）、無線連接，電話線連接或移動通訊方法連接。一臺CCU最多可連接28個田間控制器，CCU與田間控制器之間同樣可選上述數種通訊方式。
由中央計算機到終端電磁閥的工作過程為：中央計算機編程，并將程序下達到CCU；CCU將各輪灌區灌溉控制程序再發到相關田間控制器；田間控制器據中央計算機制作的程序啟閉各輪灌區電磁閥。
如果將雨鳥公司的智能泵站連接到中央計算機控制系統上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復雜的系統將由一個高度智能化的系統管理起來，可做到最大限度地節水、節能，最大限度地保護系統設備運行，避免灌溉系統常發生的下列幾種問題。
1.過量灌溉或灌水不足，浪費水資源或不能滿足植物需水；
2.管網破裂，漏失水；
3.系統運行壓力不合理；
4.水泵運行效率低下；
5.地形起伏不平時或土壤入滲率低產生地面徑流，浪費寶貴的水資源；
6.降雨時，灌溉系統照常灌溉；
7.管理、維護成本高。
采用這種智能化控制系統，節水效果非常顯著。以微軟公司為例，1994年開始采用雨鳥智能化中央管理系統MAXICOM。之前，采用的是雨鳥定時式控制器。與1994年之前相比，該年總用水量降低了35%，水費+總運行費降低了40%。
要做到精準灌溉，除了要采用高度智能化的中央計算機控制系統外，還必須采用高度節水的灌水器。
目前常用的園林節水灌溉灌水器有噴頭、微噴頭及滴頭。由于種種原因，我國園林灌溉采用滴灌的還很少。單噴頭均勻度是反映噴頭性能的一個很重要指標。經過幾十年的努力，國際上知名的幾家灌溉公司生產的園林噴頭均勻度已相當高。
噴頭組合間距選擇，決定系統灌水均勻度。應當根據不同條件，嚴格依規范布置。噴頭的工作壓力及噴嘴的合理選擇不只影響系統流量及噴灑距離，還影響霧化程度。霧化程度其實是一個很重要的指標，如果太高，漂移損失及蒸發損失太大，會浪費很多水。有的單位在驗收草坪噴灌系統時，以是否霧化為標準，這是大錯特錯的。
要保持一個灌溉系統各點上的壓力完全一樣是十分困難的。為消除因局部點上壓力過高而引起霧化太高、浪費水，設計人員應在特點上布置帶壓力調節功能的噴頭。帶壓力調節功能的噴頭通常用PRS表示。如：雨鳥1804止溢、壓力補償噴頭，其型號為1804-PRS。此外，還可在電磁閥上安裝壓力調節器，將壓力限制在合理范圍。
要真正做到精準化灌溉，最適宜的灌水器為壓力補償滴頭。
目前滴灌廣泛應用在花卉、灌木及行道樹上。但應用在草坪上的不多。原因是滴頭必須埋在地下。滴頭出水量一般很小（2～8升／小時），一次灌水時間很長。如果采用滴灌，草的部分根系會長時間處于飽和狀態下，吸不到足夠的氧氣，久而久之會爛根，草葉枯黃，直至死亡。
壓力補償滴灌設備如滴灌管、滴灌帶、管上滴頭，出水十分均勻。雨鳥生產的壓力補償滴灌管當壓力在0.6～4.2bar范圍內變化時，出水量基本相同。
智能化、精準化灌溉代表當代最先進的灌溉技術，采用這種技術是城市大規模綠化必由之路。
現階段，可先在大城市推廣。最適合的地方在大型公園，如北京的頤和園，將要建設的奧林匹克公園等；城市多街區綠地集中控制灌溉，大學校園綠地，大型小區綠地等。
水是制約可持續發展的最重要的因素，綠地灌溉將很快成為城市的用水大戶，節約有限的水資源關系到眼前及未來的發展。我們熱切希望智能化、精準化灌溉技術能很快在我國推行起來。
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