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智慧灌溉决策问题及其解决方案-灌水量和时间
来源: | 作者:武汉睿农科技有限公司 | 发布时间: 2023-12-04 | 807 次浏览 | 分享到:
教科书说的多数是关于灌溉系统设计的灌水量和时间问题,它要解决的是灌区内部总体协调灌水的问题。现代灌水技术,特别是滴灌等等局部灌水方式的出现,需要更加充分、合理地进行灌水,让作物吃饱、吃好,还得有合适的营养。滴灌系统一天灌一次为作物实时进行灌水决策带来方便,每天一次的灌水量预测,可以根据前一天的作物耗水量提出来,十分方便进行智慧灌水决策。



教科书说的多数是关于灌溉系统设计的灌水量和时间问题,它要解决的是灌区内部总体协调灌水的问题。现代灌水技术,特别是滴灌等等局部灌水方式的出现,需要更加充分、合理地进行灌水,让作物吃饱、吃好,还得有合适的营养。滴灌系统一天灌一次为作物实时进行灌水决策带来方便,每天一次的灌水量预测,可以根据前一天的作物耗水量提出来,十分方便进行智慧灌水决策。



作物灌溉的量,相当于人类的饭量,不用多想,你也知道人类不可能一次吃得很饱,然后几天后再吃另一餐饭。每个人都会思考这么简单的问题,为什么偏偏在作物灌溉这件事情上,确会是在书本的指引下,让作物吃一次饱饭(灌水)后,七天后回来再吃一次!但凡是有点头脑的人,不会这样去溺害自己。可是你的确常常听说,作物是灌水一次,过了七天(这里举例说的数,不一定就是七天)又回来灌水的,并说这是灌溉设计规范规定的,设计计算几十年来都是这样计算的。


话说当年或以前灌水都是这样干的。这是因为人家说的是工程设计项目,针对的设计计算的理论是依据一定的假设为前提条件的,符合这个条件计算才能得到正确、合理的结果。教科书上教你这么做是有一些道理的,教科书说的是灌溉系统设计问题,它要解决的灌溉不是小问题,是大问题,是灌区的总体协调问题。为什么要七天灌一次呢,是因为第一土壤有一定存储水的能力,这个保存水的能力大小,叫田间持水量大小。所以可以一次灌到接近田间持水量的值时再停止灌水,这样可以让作物慢慢吸收土壤里的水分,七天土壤水分被作物吸收完了,我们再来灌水。这个七天就是人们常常说的灌水周期。为什么要有一个七天的周期,不可以一天灌水一次吗? 或者一天灌水N次吗?当然可以。只是当设计灌溉系统时,如果灌水区(灌区)很大,主管(主干渠)不是时时刻刻都有水时,你不得不计划好充分利用渠道供水的时间,让土壤作为第二个储水池,把第二水池的水灌满,然后赶紧去下一块地进行灌溉。土壤存留的水可以让作物吸收七天(作物正好耗水完的时间),七天后再回头来灌水一次。之所以你可以这样做,可以错开灌区地块都需要灌水的时间,你可以想像试图一次要灌完所有的地块需要多大的水量,不如让有限的供水去灌更多的地块,让水源流量得到充分的运用。这是设计规范的假定条件,是它让你设计一次灌水达到土壤田间持水量或接近田间持水量,然后七天后再次灌水的计算依据。


但是,今天由于灌水技术条件的变化,现代灌水技术,特别是滴灌等等局部灌水方式的出现,考虑到智慧灌溉系统运行决策时,这种假定的设计条件基本失效。同时我们现在灌水的目的是灌水给作物不是给土壤,所以需要更加充分、合理地进行灌水,让作物吃饱、吃好,还得有合适的营养。


采用滴灌技术后,作物灌水没有必要设一个灌水周期,在同一个水源流量的条件下,作物每天的耗水量不论灌溉用什么办法,它基本是一个都必需补充给作物的量,不会因一天灌一次而会让你总体来说少灌地,一天灌一次和七天灌一次一样,也不会因为一次灌了七天的水让你能够多浇地。这是因为你的供水水源在七天的时间内给你的水量是有限的,无论你七天用完,还是一天只用七分之一,反正七天作物需要的水量是一样的。这叫质量(水量)守恒定律。


智慧灌溉采用的是现代滴灌灌水方式,应当以一天灌一次为主,当然你也可以一天灌3~4次就像人类吃饭一样,一日三餐。滴灌系统是采用管道输水灌溉,有自己的水泵,管道它应当是长期有水的,不像渠道灌水,只能够几天通水一次。第二,滴灌灌水,它是滋润土壤的局部,主要是作物根系附近,这部分土壤长期保持在对作物利用水分和营养有利的最佳水分含量状态,将有利于作物对水分的吸收和土壤里营养成分的利用。研究成果还表明土壤内的矿物质会因长期被水分溶解,能够很好地被作物吸收,作物生长营养供给条件得到改善或提高,作物生长会更好,产量更高。


十分明显,智慧灌溉决策时,让滴灌系统一天灌一次为作物实时进行灌水决策带来方便,每天一次的灌水量,可以根据前一天的作物耗水量提出来,十分方便进行灌水决策,同时灌水的时间也容易确定。


总之,滴灌系统以保持土壤水分在最佳水分状态,以每天灌水一次为最佳方案。一天滴灌一次,只需计算作物一天的耗水量,就得到灌水量,而且灌水后土壤含水量增加值不会超过土壤田间持水量,不需要再计算灌水周期。一天灌水一次解决了决策分析难题,因为只需要知道作物前一天的耗水,就可以决策,遇到降雨再减去有效降水部分就行。作物能够少吃多餐,让它健康成长就成为分分钟的事。用作物灌水比作人类吃饭,你还不清楚对于作物来说,如何去决定灌水量和灌水时机的,那你基本上不算是人类的一员。


真正的智慧灌溉系统需要实实在在地去研究作物模型,了解作物需水的规律,模拟作物生长的关键生育期的状况,这样才能够判断出作物在什么时候,需要用多少水,也可以事先确定在作物生长的需水关键期进行灌水,但灌水的量还需要根据天气情况进行决策,大型灌区还需要考虑实现多种目标的优化。同时还能够了解在需要灌水的时候,土壤内部还有多少水?需要补充的水应该是多少?还有就是在缺水的地区,或者说是水源供水不足的时候,怎么去调整作物的灌水?如何让作物在供水不足时进行调亏灌溉,同时作物产量基本不受到影响。