基于湿度传感器及压力补偿式滴头的中央绿化带智能微灌技术研究

摘要

随着国民经济的快速增长，我国高速公路建设正处于蓬勃发展阶段。中央绿化带作为高速公路重要组成部分，不仅具有夜间行车防眩、分隔对向车流、保证行驶安全等作用，同时还具有美化公路景观、防止环境污染等功能。为保证绿化功能的实现，定期灌溉是高速公路中央绿化带日常养护的重要环节，同时也是日常养护的一个难题。长期以来中央绿化带采用人工水车灌溉的方式，这种方式不仅存在极大的安全隐患，且耗水量大、灌溉成本高。据此，在不断优化传统灌溉作业的同时，探寻一种更加适用于高速公路绿化带灌溉的新技术迫在眉睫。本文通过大量的调查研究，结合高速公路中央绿化带水文地质条件，采用理论分析和室内滴灌试验等研究方法，提出了一套基于湿度传感器及压力补偿式滴头的中央绿化带智能微灌技术，课题内容涉及微灌技术、水力学、智能化控制技术等多门学科，研究内容及成果主要包括:
　　(1)收集高速公路路域范围内的雨水作为灌溉水源，根据灌溉区域的水文地质条件确定作物需水量，进而基于作物需水量进行灌溉用水的过滤、蓄水池设计及管网的平面布置，最后自主研发智能自动化微灌控制系统将整个工程进行统筹控制，最终实现高速公路中央绿化带自动化微灌工程。
　　(2)基于应用示范工程灌溉区地质地貌及水文地质条件，进行了自然打孔出流和压力补偿式滴头出流均匀性室内试验，试验结果表明，自然打孔出流时灌溉均匀度系数只有约60％，均匀系数不满足相应规范要求，同时还存在部分灌溉点位灌溉不足，部分灌溉点位超量灌溉的现象，而安装了压力补偿式滴头后整个管网的出流均匀性系数提高到了90％左右，而且除部分滴头堵塞外，很少有超灌或浇灌不足的点位，所以通过室内滴灌试验表明，压力补偿式滴头能有效改善和提高灌溉管网的整体灌溉均匀性，同时还能有效防止超灌和灌溉不足的现象。
　　(3)利用湿度传感器对土壤含水量进行实时监测，并将监测信息及时返回到控制器，控制器对返回的信息进行自动化处理及判断，从而实现了灌溉区自动起灌和止灌的智能化控制。
　　(4)依托在建高速公路，利用自主研发的微灌控制系统及相关室内试验研究成果进行基于压力补偿式滴头和湿度传感器的微灌技术示范工程应用，通过示范工程应用，对本文所提出的微灌技术可行性进行实践检验，同时在实际工程的指导下对微灌技术进行改进和完善，最后形成一套较为完备的高速公路中央绿化带智能微灌技术。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．1．3 中央绿化带智能微灌技术的可行性及优越性

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微灌技术研究

1．2．2 湿度传感器在微灌技术中的运用研究

1．2．3 压力补偿式滴头研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 中央绿化带智能微灌系统组成和灌溉机理

2．1 中央绿化带智能微灌原则和机理

2．1．1 中央绿化带智能微灌原则

2．1．2 中央绿化带智能微灌机理

2．2 智能微灌系统组成

2．2．1 水源工程

2．2．2 首部枢纽工程

2．2．3 输配水管网

2．2．4 灌水器

2．2．5 智能微灌控制系统

2．3 灌溉水源工程

2．3．1 雨水来源

2．3．2 雨水收集

2．3．3 雨水存储

2．3．4 雨水净化

2．4 中央绿化带输配水管网系统

2．4．4 管网布置

2．4．1 管道选材

2．4．3 管道附件

2．4．2 管网水力学计算

2．5 本章小结

第三章 中央绿化带微灌关键技术研究

3．1 灌溉需水量计算

3．1．1 单次灌水量

3．1．2 蓄水池容积确定

3．2 滴灌均匀度计算

3．2．1 滴头筛选

3．2．2 压力补偿式滴头水力特性

3．2．3 滴灌均匀度计算

3．2．4 滴灌均匀性试验研究

3．3 智能控制系统

3．3．1 湿度采集与数据处理

3．3．2 灌溉功能

3．3．3 供能系统

3．4 本章小结

第四章 高速公路中央绿化带智能灌溉示范工程

4．1 微灌示范工程概况

4．1．1 水文气象条件

4．1．2 地形地貌

4．2 灌溉工程设计

4．2．1 设计原理

4．2．2 微灌工程平面布置

4．3 雨水收集、过滤与储存

4．3．1 雨水收集

4．3．2 雨水过滤

4．3．2 水源储存

4．4 管道系统设计

4．4．1 滴头、水阀及输水管道

4．4．2 灌溉管网布置

4．5 太阳能智控系统设计与集成

4．5．1 智能控制系统组成及基本框架

4．5．2 系统硬件设计

4．5．3 灌溉原则及灌溉系统软件设计

4．6 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．3 建议

致谢

参考文献

在校期间发表的论文著作和取得的科研成果