本發(fā)明涉及一種節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)，特別是涉及一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)，屬于清潔能源和節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

山丘區(qū)是山區(qū)和丘陵區(qū)的合稱。其中，山區(qū)主要是指地表形態(tài)起伏陡峭，絕對高度在500米以上，相對高度超過200米的坡面組合體，丘陵主要是指地表形態(tài)起伏和緩，絕對高度在500米以內(nèi)，相對高度不超過200米的坡面組合體。山丘區(qū)與平原相比，由于地勢的原因，在雨水的沖刷下易造成水土流失，加之山丘區(qū)人煙稀少，交通不便，缺少基本的能源、水源等物質(zhì)和設(shè)施，如果沒有有效的節(jié)水灌溉方法和充沛的能源供應(yīng)，山丘區(qū)是不適宜發(fā)展規(guī)?；r(nóng)業(yè)。

目前，有三種在山丘區(qū)種植作物的模式：第一，雨養(yǎng)種植；在一些降雨較為充沛的濕潤區(qū)和半濕潤區(qū)，年降雨量大于作物的灌溉定額，憑借山丘區(qū)的海拔和氣候條件，可以實行自然灌溉和管理。第二，人力種植；在一些海拔不高的丘陵地區(qū)，由于年降雨量可能小于作物的灌溉定額，這時候人們往往會依靠自身，在這些丘陵地區(qū)修建集雨池，在需要灌溉的時候，還會從山下將水運輸上來，補充灌溉。第三，高空灌溉；在個別規(guī)模較小的具有集成示范效應(yīng)的山丘區(qū)，可以使用無人機或是小型飛機對種植的作物進行噴灑灌溉。

以上三種山丘區(qū)種植方法均存在不足和缺陷，如：雨養(yǎng)種植，這是一種“靠天收”的種植方式，依靠氣候和地理條件進行種植，一旦出現(xiàn)極端氣候，將會面臨嚴(yán)重的自然災(zāi)害和農(nóng)業(yè)損失；此外，由于雨養(yǎng)種植的種植過程中，降雨量發(fā)生的時期不可能完全和作物生育期的需水時間吻合，因此無法做到以需定供，種植的作物的品質(zhì)也一般；由于這種種植方式對氣候要求高，因此在半干旱或干旱地區(qū)無法進行。人力種植，最大的障礙在于管理和人力成本極高；在缺水的時期，人們需要從山丘區(qū)下面提水至山丘區(qū)中上部，整個過程費時費力、效率低下，只適用于一些氣候條件較好，海拔較低的種植園；此外，這種方式不適用于規(guī)?；姆N植。高空灌溉，對于大面積的種植來說是一種很方便、高效的灌溉方式，但是前期投入成本巨大，且單價無人機或小型飛機的灌溉面積也很有限，往返補水的時間和過程也很費時費力。

在實踐過程中，一些學(xué)者和科創(chuàng)人員利用清潔能源進行山丘區(qū)節(jié)水灌溉，并提出諸多好的思路和創(chuàng)新。例如：中國發(fā)明專利文獻CN 104912152A介紹了一種山丘區(qū)輸水工程安全運行調(diào)度系統(tǒng)及安全運行調(diào)度方法，涉及一種輸水工程安全運行調(diào)度系統(tǒng)，特別涉及一種山丘區(qū)多起伏、長距離、高揚程具有加壓輸水和有壓重力流輸水方式的復(fù)雜輸水系統(tǒng)的安全運行調(diào)度系統(tǒng)；中國發(fā)明專利文獻CN 104221815A介紹了一種山丘區(qū)集雨太陽能光伏提水灌溉系統(tǒng)，采用大功率水泵和小功率水泵并列的方式，能更好地把光伏熱能轉(zhuǎn)化為電能，成功地用蓄水代替蓄電，以空間換取時間，延長灌水時間，大幅度降低造價，有助于大面積推廣；中國實用新型專利文獻CN 203465153U介紹了一種山丘區(qū)輸水管道試壓裝置，該試壓裝置可以連續(xù)試壓，能節(jié)約工期，減少耗水量，節(jié)約工程投資；中國實用新型專利文獻CN 204796154U介紹了一種山丘區(qū)水錘泵提水灌溉木薯的系統(tǒng)，通過水源落差產(chǎn)生的水錘效應(yīng)將水提至高位水池，是一種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，不間斷地自動提水，結(jié)合高位水池，實現(xiàn)“提蓄結(jié)合”，根據(jù)木薯生產(chǎn)的需要，進行灌溉和施肥。

當(dāng)前，風(fēng)能發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。據(jù)測定，一臺55千瓦的風(fēng)力發(fā)電機組，當(dāng)風(fēng)速為每秒9.5米時，機組的輸出功率為55千瓦；國產(chǎn)太陽能光伏晶體硅電池效率在10至13%左右，國外同類產(chǎn)品效率約12至14%，若采用雙軸跟蹤方式，系統(tǒng)實際發(fā)電量可提高約25%。因此，開發(fā)一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)，利用清潔能源進行山丘區(qū)節(jié)水灌溉是有益之舉。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)，利用清潔能源將山澗、山谷的零星水源提調(diào)到山丘區(qū)，實現(xiàn)水資源的“零存整取”，在滿足山丘區(qū)作物灌溉的同時，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能、節(jié)肥、增收的諸多目標(biāo)。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)，包括能源系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，中央處理系統(tǒng)，管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)，輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，以及輔助系統(tǒng)；

所述能源系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和太陽能光伏發(fā)電設(shè)備，用于將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為風(fēng)光互補的清潔電能，并為監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)、管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)供電；

所述灌溉系統(tǒng)包括蓄水池，均與蓄水池相連的滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備和低壓管灌設(shè)備；灌溉系統(tǒng)用于對山丘區(qū)的種植作物進行節(jié)水灌溉；

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括土壤墑情監(jiān)測設(shè)備、作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備和超聲波測距儀，所述土壤墑情監(jiān)測設(shè)備用于對山丘區(qū)種植作物中的低矮作物進行土壤墑情監(jiān)測，所述作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備用于對山丘區(qū)種植作物中的高株作物進行缺水態(tài)勢監(jiān)測，所述超聲波測距儀用于對灌溉系統(tǒng)中的蓄水池進行水位監(jiān)測；

所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸；所述監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與中央處理系統(tǒng)相連；

所述中央處理系統(tǒng)包括CPU處理器，用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，并輸出分析結(jié)果供能源系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)、輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)進行執(zhí)行；

所述管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)包括PVC-U農(nóng)灌管、空氣壓縮機和揚水機，所述空氣壓縮機和揚水機相連構(gòu)成氣壓揚水機、用于在能源系統(tǒng)供電作用下將山澗和山谷中的零星水源通過PVC-U農(nóng)灌管提調(diào)到蓄水池中；所述PVC-U農(nóng)灌管根據(jù)山丘區(qū)的地勢由高到底鋪設(shè)，使得滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備和低壓管灌設(shè)備通過PVC-U農(nóng)灌管的串并聯(lián)與蓄水池相連；

所述輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括逆變器和配電室，能源系統(tǒng)通過逆變器與配電室相連，用于將能源系統(tǒng)發(fā)電的多余直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能并入公共電網(wǎng)；

所述輔助系統(tǒng)包括水源過濾器和文丘里自動施肥器，所述文丘里自動施肥器用于對山丘區(qū)的種植作物進行智能施肥；所述水源過濾器安裝在滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備或低壓管灌設(shè)備上，用于過濾水源中的顆粒物。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述輔助系統(tǒng)還包括無人機，所述無人機用于對山丘區(qū)的種植作物進行高空灌溉。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和太陽能光伏發(fā)電設(shè)備均為數(shù)量相同的若干臺，每臺風(fēng)力發(fā)電設(shè)備配套一臺太陽能光伏發(fā)電設(shè)備、且控制的作物種植面積為20畝。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述蓄水池的規(guī)模按照揚水機10m、20m、30m的揚程分別修建40-200m³、30-150m³、20-100m³的池大小，每座蓄水池控制的作物種植面積為10畝。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述蓄水池的池底安裝有PE濾網(wǎng)和斜管，所述斜管輸出經(jīng)PE濾網(wǎng)過濾的水源。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述土壤墑情監(jiān)測設(shè)備布設(shè)在所監(jiān)測低矮作物的土壤中，所述作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備通過鋼支架架設(shè)在所監(jiān)測高株作物的旁邊，所述超聲波測距儀安裝在蓄水池的頂部。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述空氣壓縮機與山澗和山谷中的零星水源通過密封密閉的導(dǎo)氣管和上水管相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

通過風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、太陽能光伏發(fā)電設(shè)備、滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備、低壓管灌設(shè)備、土壤墑情監(jiān)測設(shè)備、作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、CPU處理器、蓄水池、超聲波測距儀、空氣壓縮機、揚水機、PVC-U農(nóng)灌管、逆變器、配電室、水源過濾器、文丘里自動施肥器這些設(shè)備的安裝，以“風(fēng)光互補”的清潔能源模式為基礎(chǔ)，將山丘區(qū)稀缺的水資源集聚起來，實現(xiàn)“零存”；再將水源由蓄存到灌溉實現(xiàn)“整取”，并且形成一套節(jié)水節(jié)肥、動態(tài)監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、智能操作的運行體系；最后以輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為依托，將風(fēng)能與太陽能產(chǎn)生的多余電能轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)能源，圍繞“抽水蓄能電站”的運行模式，實現(xiàn)資源能源最優(yōu)最大化地利用。整個綜合調(diào)控系統(tǒng)利用“提、蓄、測、引、灌”，實現(xiàn)能源的“風(fēng)光互補”、水資源的“零存整取”、電網(wǎng)的“多并少補”，在滿足山丘區(qū)作物灌溉的同時，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能、節(jié)肥、增收的多重目標(biāo)，可為山丘區(qū)種植作物開展規(guī)模化灌溉提供參考。

上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)的框圖；

圖2為本發(fā)明一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1及圖2所示，一種“風(fēng)光互補”的山丘區(qū)節(jié)水灌溉綜合調(diào)控系統(tǒng)，包括能源系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，中央處理系統(tǒng)，管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)，輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，以及輔助系統(tǒng)。

所述能源系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和太陽能光伏發(fā)電設(shè)備，用于將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為風(fēng)光互補的清潔電能，并為監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)、管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)供電。所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和太陽能光伏發(fā)電設(shè)備均為數(shù)量相同的若干臺，每臺風(fēng)力發(fā)電設(shè)備配套一臺太陽能光伏發(fā)電設(shè)備、且控制的作物種植面積為20畝。

所述灌溉系統(tǒng)包括蓄水池，均與蓄水池相連的滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備和低壓管灌設(shè)備；灌溉系統(tǒng)用于對山丘區(qū)的種植作物進行節(jié)水灌溉。所述蓄水池的規(guī)模按照揚水機10m、20m、30m的揚程分別修建40-200m³、30-150m³、20-100m³的池大小，每座蓄水池控制的作物種植面積為10畝；所述蓄水池的池底安裝有PE濾網(wǎng)和斜管，所述斜管輸出經(jīng)PE濾網(wǎng)過濾的水源。所述滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備和低壓管灌設(shè)備在山丘區(qū)區(qū)域內(nèi)依據(jù)種植作物的類型、種植面積進行布設(shè)。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括土壤墑情監(jiān)測設(shè)備、作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備和超聲波測距儀，所述土壤墑情監(jiān)測設(shè)備用于對山丘區(qū)種植作物中的低矮作物進行土壤墑情監(jiān)測，所述作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備用于對山丘區(qū)種植作物中的高株作物進行缺水態(tài)勢監(jiān)測，所述超聲波測距儀用于對灌溉系統(tǒng)中的蓄水池進行水位監(jiān)測。所述土壤墑情監(jiān)測設(shè)備布設(shè)在所監(jiān)測低矮作物的土壤中，所述作物光譜發(fā)射率監(jiān)測設(shè)備通過鋼支架架設(shè)在所監(jiān)測高株作物的旁邊，所述超聲波測距儀安裝在蓄水池的頂部。

所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸；所述監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與中央處理系統(tǒng)相連。

所述中央處理系統(tǒng)包括CPU處理器，用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，并輸出分析結(jié)果供能源系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)、輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)進行執(zhí)行。如圖2所示，中央處理系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采集自作物的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對作物的生長情況作出準(zhǔn)確判定，輸出以需定供的分析結(jié)果，從而啟動能源系統(tǒng)是將電能用于提調(diào)水源還是并入公共電網(wǎng)，以及啟動灌溉系統(tǒng)對作物進行節(jié)水灌溉。

所述管網(wǎng)與動力提升系統(tǒng)包括PVC-U農(nóng)灌管、空氣壓縮機和揚水機，所述空氣壓縮機和揚水機相連構(gòu)成氣壓揚水機、用于在能源系統(tǒng)供電作用下將山澗和山谷中的零星水源通過PVC-U農(nóng)灌管提調(diào)到蓄水池中；所述PVC-U農(nóng)灌管根據(jù)山丘區(qū)的地勢由高到底鋪設(shè)，使得滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備和低壓管灌設(shè)備通過PVC-U農(nóng)灌管的串并聯(lián)與蓄水池相連。所述空氣壓縮機與山澗和山谷中的零星水源通過密封密閉的導(dǎo)氣管和上水管相連，防止漏水和漏氣現(xiàn)象發(fā)生。

所述輸配電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括逆變器和配電室，能源系統(tǒng)通過逆變器與配電室相連，用于將能源系統(tǒng)發(fā)電的多余直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能并入公共電網(wǎng)；實現(xiàn)能源的高效利用，形成一種 “抽水蓄能電站”式的清潔能源—水—電運行模式。

所述輔助系統(tǒng)包括水源過濾器和文丘里自動施肥器，以及無人機；所述文丘里自動施肥器用于對山丘區(qū)的種植作物進行智能施肥；所述水源過濾器安裝在滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備或低壓管灌設(shè)備上，用于過濾水源中的顆粒物；所述無人機用于對山丘區(qū)的種植作物進行高空灌溉。通過水源過濾器和文丘里自動施肥器和設(shè)置，提高灌溉設(shè)備壽命的同時，也滿足“水肥一體化”的需求。

本發(fā)明的創(chuàng)新點在于，利用清潔能源將山澗、山谷的零星水源提調(diào)起來，實現(xiàn)水資源的“零存整取”，同時滿足節(jié)水、節(jié)能、節(jié)肥、增收的多重目標(biāo)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。