一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，包括基于灌区范围，构建灌溉渠道的空间拓扑关系图，并进行灌溉渠道管网化划分管理；获取灌区范围的灌溉面积、种植结构、采集水雨情、土壤墒情，以及气象监测及预报的参数，输入构建的作物需水预测模型，得到灌溉范围内的作物需水量；基于联动灌溉渠道的一体化闸门，得到灌溉渠道的水位流量曲线；结合得到的作物需水量、田间水深阈值，以及灌溉渠道的水位流量曲线，分别自动生成田间灌溉方案和田间排水方案，并根据田间灌溉方案和田间排水方案进行自动执行。本发明专利技术通过有目标的对灌区作物需水情况的预测，和对田间水深的控制，实现灌区田间的一体化闸门自动灌排。实现灌区田间的一体化闸门自动灌排。实现灌区田间的一体化闸门自动灌排。

【技术实现步骤摘要】
一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法


[0001]本专利技术涉及田间自动灌排
，特别涉及一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法。

技术介绍

[0002]水资源贫乏是极为重要的环境问题，其中资源性缺乏地区，如何对相应耕地面积合理进行供水排水任务。由于农业用水比重大，灌溉管理方式存在粗放情况，导致农业用水浪费严重，用水效率低，面对水资源供需严重短缺、而农业用水浪费的矛盾，如何实现水资源管理，提高农业用水效率，是缓解水资源供需不足矛盾的重要途径。
[0003]现有技术的不足之处在于，对于灌区范围的灌溉如何进行精准掌握，至今任没有一套准确的技术手段和灌溉方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，具体步骤包括：
[0006]基于水雨情、墒情、气象监测站，以及一体化闸门的灌区范围，构建灌溉渠道的空间拓扑关系图，并进行灌溉渠道管网化划分管理，基于GIS地图进行展示；
[0007]获取灌区范围的灌溉面积、种植结构、采集水雨情、土壤墒情，以及气象监测及预报的参数，输入构建的作物需水预测模型，得到灌溉范围内的作物需水量；
[0008]基于水利物联网平台，联动灌溉渠道的一体化闸门，得到灌溉渠道的水位流量曲线；
[0009]结合得到的作物需水量、田间水深阈值，以及灌溉渠道的水位流量曲线，分别自动生成田间灌溉方案和田间排水方案，并根据田间灌溉方案和田间排水方案进行自动执行。
[0010]作为本专利技术的进一步的方案：所述基于水雨情、墒情、气象监测站，以及一体化闸门的灌区范围，构建灌溉渠道的空间拓扑关系图，并进行灌溉渠道管网化划分管理，基于GIS地图进行展示的具体步骤包括：
[0011]基于GIS地图，结合灌区范围内灌溉渠道的设计图，得到信息一致的实际灌溉渠道；
[0012]同时，通过水雨情、墒情、气象监测站及一体化闸门的经纬度，建立灌区范围内干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠，以及站点的空间拓扑关系图；以及
[0013]对灌区范围内灌溉渠道，根据水雨情、墒情、气象监测站及一体化闸门的所属渠道进行管网化划分精准管理。
[0014]作为本专利技术的进一步的方案：所述构建作物需水预测模型的具体步骤包括：
[0015]采用基于贝叶斯概率理论的作物需水预测方法及大数据算法，构建作物需水预测模型；
[0016]获得参考作物蒸发蒸腾量，按照灌区气象变化特征以及作物生长试验数据，修正作物系数数值，计算作物需水量，计算公式为：
[0017]ET0＝0.408K(T
max
‑
T
min
)
n
(T
mean
+T
off
)R
a
；
[0018]式中，ET0为参考作物需水量，mm/d；K为转换系数；T
max
、T
min
为最高和最低气温，℃；n为指数系数；T
mean
为平均气温，℃；T
off
为温度偏移量；R
a
为大气顶层辐射，MJ/(m2.d)。
[0019]作为本专利技术的进一步的方案：所述基于水利物联网平台，联动灌溉渠道的一体化闸门的具体方法为：将一体化闸门运用水利物联网平台接入灌区应用系统，通过MQTT协议进行数据传输，达到一体化闸门联动。
[0020]作为本专利技术的进一步的方案：所述自动生成田间灌溉方案的具体步骤包括：
[0021]基于计算得出的参考作物需水量ET0，通过关联渠道，计算具体渠道灌溉范围内作物需水量得出该渠道所需灌溉水量W
n
：
[0022]W
n
＝ET
(0,1)
×
S+ET
(0,2)
×
S+
…
+ET
(0,n)
×
S；
[0023]基于计算得出的渠道灌溉水量W
n
，通过设定的灌溉开闸时长t计算一体化闸门流量Q，计算公式为:
[0024][0025]式中，Q为一体化闸门流量，m3/s；μ为流量系数，b为闸门宽度，m；e为闸门开度，m；g为重力加速度，常数9.8m/s2；h为闸前水深，m。
[0026]由一体化闸门流量的计算公式，推导出闸门开度e，计算公式为:
[0027][0028]根据闸门开度的计算公式输入灌溉开闸时长，得到闸门开度，即得田间灌溉方案，并自动执行该灌溉方案。
[0029]作为本专利技术的进一步的方案：所述自动生成田间排水方案的具体步骤包括：
[0030]获取田间水深阈值H0、当前水深H，以及耕地面积S,计算出排水量W，计算公式为:
[0031]W＝(H
‑
H0)
×
S；
[0032]基于计算得出的排水量W，通过设定的排水开闸时长t计算一体化闸门流量Q，计算公式为:
[0033][0034]式中，Q为一体化闸门流量，m3/s；μ为流量系数，b为闸门宽度，m；e为闸门开度，m；g为重力加速度，常数9.8m/s2；h为闸前水深，m。
[0035]由一体化闸门流量的计算公式，推导出闸门开度e，计算公式为:
[0036][0037]根据闸门开度的计算公式输入排水开闸时长，得到闸门开度，即得田间排水方案，并自动执行该排水方案。
[0038]与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：
[0039]通过采用上述的技术方案，获取灌区范围的多种灌溉信息，结合灌溉信息进行灌溉划分和处理。然后获取灌区范围的灌溉信息输入构建的作物需水预测模型的作物需水量。结合一体化闸门的水位流量曲线，形成相应的田间灌排水方案并进行执行。从而实现有目标的对灌区作物需水情况的预测，和对田间水深的控制，实现灌区田间的一体化闸门自动灌排。有效的实现了田间自动灌排，解决了因未及时灌排导致的农作物经济损失。
附图说明
[0040]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述：
[0041]图1为本申请公开的一些实施例的自动灌排管理方法的步骤示意图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]请参考图1，本专利技术实施例中，一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，对某灌区试点核心区2021年8月18日的田间1#一体化闸门自动灌排进行实施，具体步骤包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，其特征在于，具体步骤包括：基于水雨情、墒情、气象监测站，以及一体化闸门的灌区范围，构建灌溉渠道的空间拓扑关系图，并进行灌溉渠道管网化划分管理，基于GIS地图进行展示；获取灌区范围的灌溉面积、种植结构、采集水雨情、土壤墒情，以及气象监测及预报的参数，输入构建的作物需水预测模型，得到灌溉范围内的作物需水量；基于水利物联网平台，联动灌溉渠道的一体化闸门，得到灌溉渠道的水位流量曲线；结合得到的作物需水量、田间水深阈值，以及灌溉渠道的水位流量曲线，分别自动生成田间灌溉方案和田间排水方案，并根据田间灌溉方案和田间排水方案进行自动执行。2.根据权利要求1所述一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，其特征在于，所述基于水雨情、墒情、气象监测站，以及一体化闸门的灌区范围，构建灌溉渠道的空间拓扑关系图，并进行灌溉渠道管网化划分管理，基于GIS地图进行展示的具体步骤包括：基于GIS地图，结合灌区范围内灌溉渠道的设计图，得到信息一致的实际灌溉渠道；同时，通过水雨情、墒情、气象监测站及一体化闸门的经纬度，建立灌区范围内干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠，以及站点的空间拓扑关系图；以及对灌区范围内灌溉渠道，根据水雨情、墒情、气象监测站及一体化闸门的所属渠道进行管网化划分精准管理。3.根据权利要求1所述一种基于需水预测的田间一体化闸门自动灌排管理方法，其特征在于，所述构建作物需水预测模型的具体步骤包括：采用基于贝叶斯概率理论的作物需水预测方法及大数据算法，构建作物需水预测模型；获得参考作物蒸发蒸腾量，按照灌区气象变化特征以及作物生长试验数据，修正作物系数数值，计算作物需水量，计算公式为：ET0＝0.408K(T
max
‑
T
min
)
n
(T
mean
+T
off
)R
a
；式中，ET0为参考作物需水量，mm/d；K为转换系数；T
max
、T
min
为最高和最低气温，℃；n为指数系数；T
mean
为平均气温，℃；T
off

【专利技术属性】
技术研发人员：常仁凯，汪永娟，尹小文，吕海乐，陈腊武，徐于武，
申请(专利权)人：中水三立数据技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：