專利名稱：一種非充分灌溉預報與控制方法
技術領域：
本發明涉及農田水利灌溉的預報控制方法，尤其涉及一種非充分灌溉預報與控制方法。本發明根據不同區域的具體情況，通過相應參數的輸入，依據非充分灌溉技術指標體系，給出區域農業用水的預報并根據這個預報對區域農業用水進行一定的調節與控制，屬于農田水利工程領域。
背景技術：
我國雖然是個資源大國，但由于人均用水少，用水地域不平衡等因素，使農業節水灌溉成為當前農業生產乃至整個國民經濟發展的一個重要突破口。非充分灌溉是指當水資源不足以滿足作物生成所需的充分用水時，對現有的水資源進行最優配置的一種灌溉制度。當水資源不足，只能采用非充分灌溉時，如何在時間(作物不同生長階段)及空間上(不同作物、不同地區等)合理地分配有限灌溉水量，以獲得最高的產量或收益，或者使缺水造成的減產損失最小，是實行非充分灌溉中最關鍵的問題之一。如何使非充分灌溉的理論、技術與實際相結合，則是非充分灌溉技術研究的最終目的和意義所在。
雖然當前在非充分灌溉理論研究上已經取得了不少的成果，但主要局限在定性的角度，是一種不完整灌溉制度的探討。因此，這些研究成果顯然不能滿足灌溉管理中提出的“以產定水”或“以水定產”，投入水量與可收獲的產量之間的定量關系要求；或水在不同時期分配引起的產量變化之間的定量要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足，提出一種非充分灌溉預報與控制方法，根據不同地區不同作物的需水指標，結合當地當年實際情況，給出非充分灌溉預報與控制指標，用以指導農業生產用水或直接控制該地灌溉設備的運行。
本發明所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的一種非充分灌溉預報與控制方法，該方法包括如下步驟步驟一根據確定的作物對象，從系統數據庫中調用作物生長周期L、劃分生長階段、每階段作物需水量Vi及需水優先程度λi等相關數據；步驟二確定非充分灌溉執行的區域及區域大小，從系統數據庫中調用該區域的土壤、氣象數據，包括降雨量Ri、溫度Ti、土壤類型Ts、土壤容重ρ，田間持水量h等；步驟三計算出各階段最大騰發量ETmi；步驟四確定當前可供水量Wi，當前土壤墑情θi；步驟五計算作物在第i階段需水量；采用存貯模型，計算出該作物在第i階段最佳灌水定額m10，灌溉定額M0，及最佳灌水周期t0；步驟六將計算出m10、M0、t0轉化成控制量輸出給專用灌溉設備控制器。
如上所述的方法，所述步驟六之后，返回步驟四計算下一階段的可供水量，灌溉后土壤墑情；直至所有階段結束。
如上所述的方法，還包括，根據下面的模型計算出作物減產比率；YaYm=Πi=1n(ETaiETmi)λi]]>式中n為階段劃分的數目；λi為第i階段缺水敏感指數；Ya為作物實際產量，kg/畝或t/hm2；
Ym為作物潛在產量，kg/畝或t/hm2；ETai為第i階段的實際騰發量，mm/d或m3/(畝·d)；ETmi為第i階段的潛在騰發量，mm/d或m3/(畝·d)。
本發明用于農業生產中，使得非充分灌溉技術在農業生產第一線的實際應用成為可能，準確的預測預報了作物在缺水情況下可能出現的減產程度，為各方面工作的開展準備了充足的信息及時間。本發明可以PDA為硬件實現平臺，體積小，攜帶方便，具有操作簡單，功能齊全，適應性強等優點，適合農業生產一線的技術人員與管理人員使用，為其指導生產用水提供準確的信息與決策依據，具有廣闊的市場前景。
圖1為本發明所述方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進行詳細地說明。
本發明側重于供水量與產量關系的數量表達，提出一套完整的非充分灌溉預報與控制方法，而且能計算出不同生育期供水不同引起的產量變動。為“以水定產”或“以產定水”的管理目標實施，乃至水量在全生長期分配變化與產量響應計算提供了可能與便利。
本發明的技術方案如圖1所示，該方法包括如下步驟以便攜式數字設備，例如PDA為平臺，以區域農田非充分灌溉用水預報與控制系統為核心的非充分灌溉預報控制方法，分成以幾個步驟步驟一確定作物對象，比如小麥、玉米、棉花等；步驟二在根據確定的作物對象，從系統數據庫中調用作物生長周期L、生長階段劃分(共I個階段)、每階段作物需水量Vi及需水優先程度λi等相關數據；
步驟三確定非充分灌溉執行的區域及區域大小；步驟四根據所確定的區域，從系統數據庫中調用該區域的土壤、氣象數據，包括降雨量Ri、溫度Ti、土壤類型Ts、土壤容重ρ，田間持水量h等；步驟五根據作物與區域信息，確定數學模型的參數，即計算出各階段最大騰發量ETmi；最大騰發量的計算采用公式ETm＝Kc·ET0式中Kc為作物系數，ET0利用Penman-Monteith公式計算，ET0=0.408Δ(Rn-G)+γ900T+273U2(es-ed)Δ+γ(1+0.34U2)]]>其中ET0為參考作物需水量(mm/d)，Rn為作物表面凈輻射量(MJ/m2d)，G為土壤熱通量(MJ/m2d)，Δ為飽和水汽壓與溫度關系曲線的斜率(kPa/℃)，γ為濕度計常數(kPa/℃)，T為空氣平均溫度，以攝氏度(℃)表示，U2為在地面以上2m高處的風速(m/s)，es為空氣飽和水汽壓(kPa)，ed為空氣實際水汽壓(kPa)；步驟六確定當前其它信息，包括當前可供水量Wi，當前土壤墑情θi；當前土壤墑情采用儀器直接測定或是用公式10γHθt=10γHθ0+Σ0tP0+Σ0tβET]]>式中，θt為第t日作物根系吸水層(深度為H)中平均土壤含水率(占于土重％，下同)；θ0為預報時段初土壤含水率；P0為有效降水量(mm)；β＝1-k/100，k為地下水補給系數(％)，γ計劃濕潤層內土壤的干容重，t/m3；步驟七根據以上信息，計算作物在第i階段需水量(i從1到I)。采用存貯模型，根據步驟二、四、六提供的信息為模型輸入參數，計算出該作物在第i階段最佳灌水定額m10，灌溉定額M0，及最佳灌水周期t0；步驟八在計算出m10、M0、t0后，將該信息顯示給技術人員，指導其執行灌溉，或轉化成控制量輸出給專用灌溉設備控制器；最佳灌溉定額計算采用公式m＝10γH(θmax-θmin)其中θmin為作物允許的最低含水率，θmax為作物允許的最高含水率。
最佳灌水周期計算采用公式10γHθt=10γHθ0+Σ0tP0+Σ0tβET,]]>當θt降到θmin的日期即為最佳灌水期；步驟九計算出在執行完該階段非充分灌溉后，計算下一階段的可供水量Wi+1，灌溉后土壤墑情θi+1；步驟十轉向下一階段，繼續執行步驟七，直至所有階段結束；步驟十一根據下列模型計算出作物減產比率；本方法的模型YaYm=Πi=1n(ETaiETmi)λi]]>式中n階段劃分的數目；λi第i階段缺水敏感指數，此值的大小反映該階段缺水后引起的減產程度，即λi值越大，減產率越大；Ya作物實際產量，kg/畝或t/hm2；Ym作物潛在產量，kg/畝或t/hm2；ETai第i階段的實際騰發量，mm/d或m3/(畝·d)；ETmi第i階段的潛在騰發量，mm/d或m3/(畝·d)。
對華北地區干旱半干旱地區的偏旱年份2002年，利用試驗資料，制定冬小麥生育期內的灌溉策略。試驗站土壤為輕質壤土，容重1.395g/cm，田間持水率19.8％(占干土重)。數學模型計算時，首先根據氣象資料計算出各階段最大騰發量，然后再進行水量分配。現按存貯模型分別進行水量分配優化，計算結果見下表。從表中可以看出，冬小麥的關鍵水是拔節～抽穗～灌漿期，在水量不足時，首先供給這二個階段用水，以保證作物獲得最大的最大的產量。
最后所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種非充分灌溉預報與控制方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟一根據確定的作物對象，從系統數據庫中調用作物生長周期L、劃分生長階段、每階段作物需水量Vi及需水優先程度λi等相關數據；步驟二確定非充分灌溉執行的區域及區域大小，從系統數據庫中調用該區域的土壤、氣象數據，包括降雨量Rl、溫度Tl、土壤類型Ts、土壤容重ρ，田間持水量h等；步驟三計算出各階段最大騰發量ETmi；最大騰發量的計算采用公式ETm＝Kc·ET0式中Kc為作物系數，ET0利用下列公式計算，ET0=0.408Δ(Rn-G)+γ900T+273U2(es-ed)Δ+γ(1+0.34U2)]]>其中ET0為參考作物需水量(mm/d)，Rn為作物表面凈輻射量(MJ/m2d)，G為土壤熱通量(MJ/m2d)，Δ為飽和水汽壓與溫度關系曲線的斜率(kPa/℃)，γ為濕度計常數(kPa/℃)，T為空氣平均溫度，以攝氏度(℃)表示，U2為在地面以上2m高處的風速(m/s)，es為空氣飽和水汽壓(kPa)，ed為空氣實際水汽壓(kPa)；步驟四確定當前可供水量Wi，當前土壤墑情θt；當前土壤墑情采用儀器直接測定或是用公式10γHθt=10γHθ0+Σ0tP0+Σ0tβET]]>式中，θt為第t日作物根系吸水層(深度為H)中平均土壤含水率(占于土重％，下同)；θ0為預報時段初土壤含水率；P0為有效降水量(mm)；β＝1-k/100，k為地下水補給系數(％)，γ計劃濕潤層內土壤的干容重，t/m3；步驟五計算作物在第i階段需水量；采用存貯模型，計算出該作物在第i階段最佳灌水定額m10，灌溉定額M0，及最佳灌水周期t0；最佳灌溉定額計算采用公式m＝10γH(θmax-θmin)其中θmin為作物允許的最低含水率，θmax為作物允許的最高含水率。最佳灌水周期計算采用公式10γHθt=10γHθ0+Σ0tP0+Σ0tβET,]]>當θt降到θmin的日期即為最佳灌水期；步驟六將計算出m10、M0、t0轉化成控制量輸出給專用灌溉設備控制器。
2.根據權利要求1所述的非充分灌溉預報與控制方法，其特征在于所述步驟六之后，返回步驟四計算下一階段的可供水量，灌溉后土壤墑情；直至所有階段結束。
3.根據權利要求1或2所述的非充分灌溉預報與控制方法，其特征在于所述的方法還包括，根據下面的模型計算出作物減產比率YaYm=Πi=1n(ETaiETmi)λi]]>式中n為階段劃分的數目；λi為第i階段缺水敏感指數；Ya為作物實際產量，kg/畝或t/hm2；Ym為作物潛在產量，kg/畝或t/hm2；ETai為第i階段的實際騰發量，mm/d或m3/(畝·d)；ETmi為第i階段的潛在騰發量，mm/d或m3/(畝·d)。
全文摘要
一種非充分灌溉預報與控制方法，確定作物對象，從系統數據庫中調用作物生長周期L、劃分生長階段、每階段作物需水量V
文檔編號A01G25/16GK1631098SQ200310113040
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月25日 優先權日2003年12月25日
發明者孫宇瑞, 馮紹元, 林劍輝, 丁日升 申請人:中國農業大學