基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统及其方法。装置中若干条用于收集初期径流的纳水管道汇集后连入第一蓄水池，进水泵通过管道一端与第一蓄水池相连，另一端与稻田进水口相连；稻田子田块之间的田埂上均设置控制闸门；稻田的出水口与第二蓄水池、回流泵、稻田进水口相连；污染物浓度检测装置用于测定各位置的径流中污染物浓度。纳水管道与超越管道相连，超越管道上设有由控制装置控制的若干个闸阀。本发明专利技术的有益效果是能将污染物浓度较高、对水体危害较大的初期径流合理地蓄积于蓄水池中，并在非降雨时段进行灌溉利用，将稻田作为一个生态湿地进行污染物消纳，从而实现农田灌溉和面源污染物的联网控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环保
，具体涉及一种基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统及方法。
技术介绍
研究发现，在农田系统中，地表径流排水氮磷含量通常超出WHO饮用水标准，甚至高于我国地表水环境质量V类水标准，而且单纯依靠水肥管理策略难以彻底解决该问题。而一般在一场降雨过程中，占总径流量20％或25％的初期径流，冲刷排放了径流污染量的50％，更是农业面源污染控制的关键。因此，开发一套既能充分利用初期径流中的氮、磷营养物质，又能结合稻田养分管理系统的联控装置及方法，对减缓农业面源污染起着不可替代作用。但是目前的现有技术中很少涉及到此类农用控制系统，仅有的部分技术自动化程度也不高，起不到很好的削减农业面源污染的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统及方法。具体技术方案如下：一种基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统，其特征在于，包括纳水管道、第一闸阀、第一蓄水池、控制装置、进水泵、稻田、控制闸门、第二蓄水池、回流泵、超越管道、出水闸门、第二闸阀、第三闸阀和污染物浓度检测装置，若干条用于收集初期径流的纳水管道汇集后连入第一蓄水池，进水泵通过管道一端与第一蓄水池相连，另一端与稻田进水口相连；稻田分割为若干块长条形的子田块，相连的子田块之间的田埂上均设置控制闸门，控制闸门交错设置使进水口流入的初期径流需流经最长距离才能从出水口排出；稻田的出水口与第二蓄水池相连，第二蓄水池通过回流泵与稻田的进水口相连；污染物浓度检测装置与纳水管道的汇集处、第一蓄水池、稻田及第二蓄水池相连，用于测定各位置的径流中污染物浓度；所述的纳水管道与第一蓄水池之间还设有控制进水的第一闸阀，第一闸阀由控制装置装置；所述的第一闸阀前端的纳水管道与超越管道相连，超越管道上设有由控制装置控制的第二闸阀和第三闸阀，第二闸阀前端的超越管道与稻田进水口相连；第二闸阀和第三闸阀之间的超越管道与第二蓄水池相连；所述的控制装置与雨量感应器相连；所述的第一蓄水池中设置有第一水位探测装置，稻田中设置有第二水位探测装置，第二蓄水池中设置有第三水位探测装置，控制装置与控制闸门、进水泵、回流泵、出水闸门第一水位探测装置、第二水位探测装置和第三水位探测装置相连并控制其运行状态。作为优选，所述的第一水位探测装置上设有第一感应器、第二感应器和第三感应器，第一感应器、第二感应器和第三感应器所处的高度分别为第一蓄水池的上限水位、启动水位和下限水位；所述的第二水位探测装置采用U型管，第二水位探测装置一侧部分管壁上开孔并埋入稻田土壤中，另一侧悬空于田埂之外，第二水位探测装置悬空一侧管体内设有第四感应器、第五感应器、第六感应器、第七感应器；第四感应器设在地表以上5-8cm处，第五感应器设在地表以上3-8cm处,第六感应器设在地表以上2-4cm处，第七感应器设在地表以下13-15cm处；所述的第三水位探测装置上设有第八感应器和第九感应器，分别设置于第二蓄水池的上限水位和下限水位处。作为优选，若干个控制闸门联动开闭或单独开闭。作为优选，所述的第一蓄水池和/或第二蓄水池采用天然池塘或河道。一种利用所述装置的基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制方法，具体为：将纳水管道布设于初期径流集水区域，使集水区域内的径流能汇流进入第一蓄水池内；设定第一闸阀在初始状态关闭且控制闸门均开启，出水闸门关闭；在水稻的不同生长期，根据第一蓄水池和第二蓄水池中的水位高度、降雨量及AWD灌溉模式下水稻不同生长期需水情况，通过控制装置调节径流的流动方式，实现稻田污染物输出的减量化。作为优选，水稻不同生长期下，控制装置的控制方法如下：秧苗移栽期，启动模式一；移栽后10天左右的分蘖中后期采用干湿交替模式，启动模式二；抽穗和杨花期，启动模式三；杨花期后，开启模式二；所述的模式一为：当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设启动值、第一蓄水池水位未达到第一水位探测装置上的第二感应器且污染物浓度检测装置检测到纳水管道的汇集处径流浓度大于第一蓄水池径流浓度时，控制装置开启第一闸阀，将纳水管道中的初期径流排入第一蓄水池内进行存储；当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设启动值且第一蓄水池中水位已达到第一水位探测装置上的第一感应器、稻田水位未达到第二水位探测装置上的第六感应器且污染物浓度检测装置检测到纳水管道的汇集处径流浓度大于稻田田面水浓度时，则控制装置关闭第一闸阀并关闭第二闸阀，将纳水管道中的初期径流排入稻田；当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设启动值且第一蓄水池中水位已达到第一水位探测装置上的第一感应器、稻田水位达到第二水位探测装置上的第六感应器、第二蓄水池中水位未达到第三水位探测装置上的第八感应器且污染物浓度检测装置检测到纳水管道的汇集处径流浓度大于第二蓄水池中水样浓度时，则控制装置关闭第一闸阀及第三闸阀、开启第二闸阀，将纳水管道中的初期径流排入第二蓄水池；当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设启动值且第一蓄水池中水位已达到第一水位探测装置上的第一感应器、稻田水位达到第二水位探测装置上的第六感应器且第二蓄水池中水位达到第三水位探测装置上的第八感应器时，则控制装置关闭第一闸阀、开启第二闸阀与第三闸阀，将纳水管道中的初期径流直接通过超越管道排出；当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设启动值且污染物浓度检测装置检测到纳水管道的汇集处径流浓度小于第二蓄水池中水样浓度时，则控制装置关闭第一闸阀、开启第二闸阀与第三闸阀，将纳水管道中的初期径流直接通过超越管道排出；当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设关闭值时，控制装置关闭第一闸阀并开启第二闸阀与第三闸阀，将纳水管道中的初期径流直接通过超越管道排出；当第一蓄水池水位达到第一水位探测装置上的第二感应器、稻田水位未达到第二水位探测装置上的第六感应器且污染物浓度检测装置检测到第一蓄水池径流浓度大于稻田田面水浓度时，控制装置启动进水泵将第一蓄水池中的径流排入稻田中；当污染物浓度检测装置检测到第一蓄水池径流浓度小于稻田田面水浓度时，控制装置关闭进水泵；当第一蓄水池水位低于第一水位探测装置上的第三感应器时，控制装置关闭进水泵；所述的模式二为：当雨量感应器感应到本场降雨量达到预设启动值、第一蓄水池水位未达到第一水位探测装置上的第二感应器且污染物浓度检测装置检测到纳水管道的汇集处径流浓度大于第一蓄水池径流浓度时，控制装置开启第一闸阀，将纳水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统，其特征在于，包括纳水管道（1）、第一闸阀（2）、第一蓄水池（3）、控制装置（4）、进水泵（6）、稻田（7）、控制闸门（8）、第二蓄水池（9）、回流泵（10）、超越管道（11）、出水闸门（12）、第二闸阀（13）、第三闸阀（17）和污染物浓度检测装置（18），若干条用于收集初期径流的纳水管道（1）汇集后连入第一蓄水池（3），进水泵（6）通过管道一端与第一蓄水池（3）相连，另一端与稻田（7）进水口相连；稻田（7）分割为若干块长条形的子田块，相连的子田块之间的田埂上均设置控制闸门（8），控制闸门（8）交错设置使进水口流入的初期径流需流经最长距离才能从出水口排出；稻田（7）的出水口与第二蓄水池（9）相连，第二蓄水池（9）通过回流泵（10）与稻田（7）的进水口相连；污染物浓度检测装置（18）与纳水管道（1）的汇集处、第一蓄水池（3）、稻田（7）及第二蓄水池（9）相连，用于测定各位置的径流中污染物浓度；所述的纳水管道（1）与第一蓄水池（3）之间还设有控制进水的第一闸阀（2），第一闸阀（2）由控制装置（4）装置；所述的第一闸阀（2）前端的纳水管道（1）与超越管道（11）相连，超越管道（11）上设有由控制装置（4）控制的第二闸阀（13）和第三闸阀（17），第二闸阀（13）前端的超越管道（11）与稻田（7）进水口相连；第二闸阀（13）和第三闸阀（17）之间的超越管道（11）与第二蓄水池（9）相连；所述的控制装置（4）与雨量感应器（5）相连；所述的第一蓄水池（3）中设置有第一水位探测装置（14），稻田（7）中设置有第二水位探测装置（15），第二蓄水池（9）中设置有第三水位探测装置（16），控制装置（4）与控制闸门（8）、进水泵（6）、回流泵（10）、出水闸门（12）第一水位探测装置（14）、第二水位探测装置（15）和第三水位探测装置（16）相连并控制其运行状态。...

【技术特征摘要】
1.一种基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统，其特征在于，包括纳水管道（1）、第一闸阀（2）、第一蓄水池（3）、控制装置（4）、进水泵（6）、稻田（7）、控制闸门（8）、第二蓄水池（9）、回流泵（10）、超越管道（11）、出水闸门（12）、第二闸阀（13）、第三闸阀（17）和污染物浓度检测装置（18），若干条用于收集初期径流的纳水管道（1）汇集后连入第一蓄水池（3），进水泵（6）通过管道一端与第一蓄水池（3）相连，另一端与稻田（7）进水口相连；稻田（7）分割为若干块长条形的子田块，相连的子田块之间的田埂上均设置控制闸门（8），控制闸门（8）交错设置使进水口流入的初期径流需流经最长距离才能从出水口排出；稻田（7）的出水口与第二蓄水池（9）相连，第二蓄水池（9）通过回流泵（10）与稻田（7）的进水口相连；污染物浓度检测装置（18）与纳水管道（1）的汇集处、第一蓄水池（3）、稻田（7）及第二蓄水池（9）相连，用于测定各位置的径流中污染物浓度；所述的纳水管道（1）与第一蓄水池（3）之间还设有控制进水的第一闸阀（2），第一闸阀（2）由控制装置（4）装置；所述的第一闸阀（2）前端的纳水管道（1）与超越管道（11）相连，超越管道（11）上设有由控制装置（4）控制的第二闸阀（13）和第三闸阀（17），第二闸阀（13）前端的超越管道（11）与稻田（7）进水口相连；第二闸阀（13）和第三闸阀（17）之间的超越管道（11）与第二蓄水池（9）相连；所述的控制装置（4）与雨量感应器（5）相连；所述的第一蓄水池（3）中设置有第一水位探测装置（14），稻田（7）中设置有第二水位探测装置（15），第二蓄水池（9）中设置有第三水位探测装置（16），控制装置（4）与控制闸门（8）、进水泵（6）、回流泵（10）、出水闸门（12）第一水位探测装置（14）、第二水位探测装置（15）和第三水位探测装置（16）相连并控制其运行状态。
2.如权利要求1所述的基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统，其特征在于，所述的第一水位探测装置（14）上设有第一感应器（1401）、第二感应器（1402）和第三感应器（1403），第一感应器（1401）、第二感应器（1402）和第三感应器（1403）所处的高度分别为第一蓄水池（3）的上限水位、启动水位和下限水位；所述的第二水位探测装置（15）采用U型管，第二水位探测装置（15）一侧部分管壁上开孔并埋入稻田土壤中，另一侧悬空于田埂之外，第二水位探测装置（15）悬空一侧管体内设有第四感应器（1501）、第五感应器（1502）、第六感应器（1503）、第七感应器（1504）；第四感应器（1501）设在地表以上5-8cm处，第五感应器（1502）设在地表以上3-8cm处,第六感应器（1503）设在地表以上2-4cm处，第七感应器（1504）设在地表以下13-15cm处；所述的第三水位探测装置（16）上设有第八感应器（1601）和第九感应器（1602），分别设置于第二蓄水池（9）的上限水位和下限水位处。
3.如权利要求1所述的基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统，其特征在于，若干个控制闸门（8）联动开闭或单独开闭。
4.如权利要求1所述的基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制系统，其特征在于，所述的第一蓄水池（3）和/或第二蓄水池（9）采用天然池塘或河道。
5.一种利用如权利要求2所述装置的基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制方法，其特征在于，将纳水管道（1）布设于初期径流集水区域，使集水区域内的径流能汇流进入第一蓄水池（3）内；设定第一闸阀（2）在初始状态关闭且控制闸门（8）均开启，出水闸门（12）关闭；在水稻的不同生长期，根据第一蓄水池（3）和第二蓄水池（9）中的水位高度、降雨量及AWD灌溉模式下水稻不同生长期需水情况，通过控制装置（4）调节径流的流动方式，实现稻田污染物输出的减量化。
6.如权利要求5所述的基于AWD灌溉技术的稻田污染物输出控制方法，其特征在于，水稻不同生长期下，控制装置（4）的控制方法如下：
秧苗移栽期，启动模式一；
移栽后的分蘖中后期采用干湿交替模式，启动模式二；
抽穗和杨花期，启动模式三；
杨花期后，开启模式二；
所述的模式一为：当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值、第一蓄水池（3）水位未达到第一水位探测装置（14）上的第二感应器（1402）且污染物浓度检测装置（18）检测到纳水管道（1）的汇集处径流浓度大于第一蓄水池（3）径流浓度时，控制装置（4）开启第一闸阀（2），将纳水管道（1）中的初期径流排入第一蓄水池（3）内进行存储；当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值且第一蓄水池（3）中水位已达到第一水位探测装置（14）上的第一感应器（1401）、稻田（7）水位未达到第二水位探测装置（15）上的第六感应器（1503）且污染物浓度检测装置（18）检测到纳水管道（1）的汇集处径流浓度大于稻田（7）田面水浓度时，则控制装置（4）关闭第一闸阀（2）并关闭第二闸阀（13），将纳水管道（1）中的初期径流排入稻田（7）；当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值且第一蓄水池（3）中水位已达到第一水位探测装置（14）上的第一感应器（1401）、稻田（7）水位达到第二水位探测装置（15）上的第六感应器（1503）、第二蓄水池（9）中水位未达到第三水位探测装置（16）上的第八感应器（1601）且污染物浓度检测装置（18）检测到纳水管道（1）的汇集处径流浓度大于第二蓄水池（9）中水样浓度时，则控制装置（4）关闭第一闸阀（2）及第三闸阀（17）、开启第二闸阀（13），将纳水管道（1）中的初期径流排入第二蓄水池（9）；当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值且第一蓄水池（3）中水位已达到第一水位探测装置（14）上的第一感应器（1401）、稻田（7）水位达到第二水位探测装置（15）上的第六感应器（1503）且第二蓄水池（9）中水位达到第三水位探测装置（16）上的第八感应器（1601）时，则控制装置（4）关闭第一闸阀（2）、开启第二闸阀（13）与第三闸阀（17），将纳水管道（1）中的初期径流直接通过超越管道（11）排出；当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值且污染物浓度检测装置（18）检测到纳水管道（1）的汇集处径流浓度小于第二蓄水池（9）中水样浓度时，则控制装置（4）关闭第一闸阀（2）、开启第二闸阀（13）与第三闸阀（17），将纳水管道（1）中的初期径流直接通过超越管道（11）排出；当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设关闭值时，控制装置（4）关闭第一闸阀（2）并开启第二闸阀（13）与第三闸阀（17），将纳水管道（1）中的初期径流直接通过超越管道（11）排出；
当第一蓄水池（3）水位达到第一水位探测装置（14）上的第二感应器（1402）、稻田（7）水位未达到第二水位探测装置（15）上的第六感应器（1503）且污染物浓度检测装置（18）检测到第一蓄水池（3）径流浓度大于稻田（7）田面水浓度时，控制装置（4）启动进水泵（6）将第一蓄水池（3）中的径流排入稻田（7）中；当污染物浓度检测装置（18）检测到第一蓄水池（3）径流浓度小于稻田（7）田面水浓度时，控制装置（4）关闭进水泵（6）；当第一蓄水池（3）水位低于第一水位探测装置（14）上的第三感应器（1403）时，控制装置（4）关闭进水泵（6）；
所述的模式二为：当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值、第一蓄水池（3）水位未达到第一水位探测装置（14）上的第二感应器（1402）且污染物浓度检测装置（18）检测到纳水管道（1）的汇集处径流浓度大于第一蓄水池（3）径流浓度时，控制装置（4）开启第一闸阀（2），将纳水管道（1）中的初期径流排入第一蓄水池（3）内进行存储；当雨量感应器（5）感应到本场降雨量达到预设启动值且第...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁新强，华桂芬，李美儒，刘子闻，张慧芳，王知博，林丽敏，徐丽贤，金熠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33