專利名稱：草坪節(jié)水灌溉預報方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)田水利工程領域，特別是涉及一種草坪節(jié)水灌溉預報方法及系統(tǒng)。
背景技術：
我國是水資源相對匱乏的國家，全國2/3的城市缺水，北京市人均水資源擁有量
不足300立方米，僅是全國人均量的1/8，世界人均量的1/30，遠遠低于國際人均用水量
1000立方米的下限，在全世界大城市和首都中名列百位之后?？捎盟蛔愠蔀槌鞘薪?jīng)
濟持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。隨著北京市向一流標準國際化大都市方向的邁進，城市綠化
必不可少，草坪面積迅速增加，據(jù)統(tǒng)計目前北京市全市草坪面積已經(jīng)達到5000萬平方米，
且每年以150萬平方米的速度遞增。綠地草坪的年均耗水量在2噸/平方米。如此大的
用水量與水資源短缺現(xiàn)狀形成了尖銳的矛盾，因此如何協(xié)調(diào)綠化需求和節(jié)水需求之間的矛
盾，方便的確定適宜的草坪水灌溉量是城市生態(tài)環(huán)境建設中迫切需要解決的問題。 草坪灌溉理論的研究在國內(nèi)外開展的較為深入、廣泛，但實踐中現(xiàn)場指導草坪養(yǎng)
護的應用卻由于受到信息獲取與信息解譯的非即時性的限制未能普及。 邁入21世紀，不斷擴大草坪種植面積美化凈化城市是時代的需求，同時緩解我國
水資源危機的現(xiàn)狀，使有限的水量得到最合理的利用，發(fā)展先進的節(jié)水灌溉技術更是刻不
容緩。因此，把已有的草坪節(jié)水灌溉制度、實踐經(jīng)驗和決策支持理論盡快轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實生產(chǎn)
力，開發(fā)出攜帶方便、操作簡單、價格較低的適用于實時輔助決策的節(jié)水灌溉決策系統(tǒng)，幫
助發(fā)展節(jié)水型草坪業(yè)具有現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決草坪綠地與人爭水的問題，尋求一種能夠簡便指導草坪養(yǎng)護灌溉的方法和系統(tǒng)，既維持一定的景觀效果，又不浪費水源，達到節(jié)水的目的。
為達到上述目的，提供一種依照本發(fā)明實施方式的草坪節(jié)水灌溉預報方法，其包括步驟
Sl，建立數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫包括不同類型土壤的含水率標定系數(shù)以及對應于不同月份、不同草坪類型和不同養(yǎng)護等級的草坪生長需水系數(shù)； S2，劃分草坪區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)多點測量土壤含水率并取平均值作為實測含水率； S3，確定土壤類型以及草坪類型，從所述數(shù)據(jù)庫中調(diào)用土壤含水率標定系數(shù)以及不同環(huán)境下不同草坪的生長需水系數(shù)； S4，根據(jù)所述實測土壤含水率以及不同環(huán)境下草坪生長需水系數(shù)，經(jīng)過決策模型計算判斷草坪是否需要灌溉，如果需要，則轉(zhuǎn)步驟S5，如果不需要，則結束；
S5，確定灌溉水量及灌水時間。 優(yōu)選地，在所述步驟S4中，當所述實測土壤含水量滿足下式時，斷定為草坪需要灌溉<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，9為土壤的實測含水量，Wt為土壤水分控制下限(％ FC)，F(xiàn)C為田間持水量 優(yōu)選地，在所述步驟S4中，當所述實測土壤含水量滿足下式時，斷定為草坪需要<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，9為土壤的實測含水量，Wt為土壤水分控制下限(％ FC)，F(xiàn)C為田間持水量 優(yōu)選地，在所述步驟S5中，所述灌溉模型確定為下式
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，wa為土壤有效含水量，指土壤中草坪能夠利用的全部水分，介于田間持水量 闊萎含水量9 之間；a為草坪在一定養(yǎng)護等級下所允許消耗的水分，以土壤有效含
水量的百分數(shù)表示，從數(shù)據(jù)庫中讀取，H為土壤計劃濕潤層深度，n為灌溉效率c 本發(fā)明還提供了一種草坪節(jié)水灌溉預報系統(tǒng)，其包括 數(shù)據(jù)庫服務器，用于存儲不同類型土壤的含水率標定系數(shù)以及對應于不同月份、 草坪類型和養(yǎng)護等級的草坪生長需水系數(shù)； 模型計算器，用于根據(jù)草坪節(jié)水灌溉模型計算出合理的灌溉量。 本發(fā)明提供的草坪節(jié)水灌溉預報方法和系統(tǒng)能夠在很大程度上輔助草坪養(yǎng)護技
術工人和管理人員制定適宜的灌溉制度，將草坪灌溉的研究成果轉(zhuǎn)化為草坪灌溉的生產(chǎn)實
踐，不但可以幫助提高草坪養(yǎng)護質(zhì)量，同時能達到節(jié)水灌溉的目的，提高水資源利用率。


圖1是依照本發(fā)明實施方式的草坪灌溉預報方法流程圖；
圖2是依照本發(fā)明實施方式的草坪灌溉預報系統(tǒng)結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種草坪灌溉預報方法，所述方法包括以下步驟 步驟一，確定土壤類型，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用土壤含水率標定系數(shù)； 步驟二，劃分草坪區(qū)域，同一區(qū)域內(nèi)多點測量土壤含水率取平均值； 步驟三，確定月份、草坪類型及養(yǎng)護等級，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用草坪生長需水系數(shù)； 步驟四，根據(jù)步驟三及步驟四確定的各參數(shù)確定草坪是否需水，計算模型公式


為

實測的土壤含水量e滿足式 ^ wt FC
夕<-x-
100 100
則認為需要灌溉，若e不滿足上式，滿足式 " 附 FC
0--X-
100 100八0/
100 同樣認為需要灌溉。其中，e為土壤的實測含水量，Wt為土壤水分控制下限 FC)，F(xiàn)C為田間持水量(％ )。 步驟五，確定需要進行灌溉后進行節(jié)水灌溉模型選擇。 水量平衡法模型公式為
〃 Wa = (FC- 9 w) H 其中，Wa為土壤有效含水量，指土壤中草坪能夠利用的全部水分，介于田間持水量 FC和凋萎含水量9 。之間；a為草坪在一定養(yǎng)護等級下所允許消耗的水分，以土壤有效含
水量的百分數(shù)表示，從數(shù)據(jù)庫中讀取，H為土壤計劃濕潤層深度，n為灌溉效率。
草坪草耗水量模型公式為
ET = Km Kc ET。 ET為草坪的日耗水量(mm d—0 ;ET。為參考騰發(fā)量(mm d—0 ;Km為草坪微氣象環(huán) 境修正系數(shù)，與草坪的位置和周圍的環(huán)境有關；K。為草坪的作物系數(shù)；
0.408乖"-G) + y( 900 )"2 r尸"
￡r = "r + 273 _
°— A + y(l + 0.34f/2) 式中Rn為作物表面凈輻射(MJ m—2d—0 ;G為土壤熱通量密度(MJ m—2d—0 ;T為2 米高處的日平均氣溫(°C ) ;U2為2米高處24小時平均風速(m s—0 ;VPD為2米高處水汽
6壓差(KPa) ; A為飽和水汽壓曲線斜率(KPa °C —0 ; Y為干濕表常數(shù)(KPa °C 一1)。
步驟六灌溉預報結果保存。 如圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種草坪灌溉預報系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù) 庫，用于存儲不同類型土壤的含水率標定系數(shù)；對應于不同月份、不同草坪類型和養(yǎng)護等級 的草坪需水相關系數(shù)；數(shù)據(jù)采集器，用于采集測量得到的土壤含水率并將其傳遞至處理器； 處理器，用于從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用各相關系數(shù)進行草坪節(jié)水灌溉預報模型計算并與實測土壤含 水率進行比較，判斷草坪是否需要灌溉；模型計算器，用于依據(jù)草坪節(jié)水灌溉模型計算草坪 灌溉量。 優(yōu)選地，該預報系統(tǒng)包括個人數(shù)字助理PDA (Personal DigitalAssistant) l，土壤 含水率測量傳感器3及數(shù)據(jù)采集單元2，三部分配套使用可實時獲取土壤含水率參與草坪 節(jié)水灌溉預報計算。 個人數(shù)字助理PDA1用于模型計算；數(shù)據(jù)采集單元2用于將土壤水分傳感器3測量
的電模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號通過串口傳遞給PDA1。數(shù)據(jù)采集單元2為微電腦程序控制
器。PDA1內(nèi)部采用移動數(shù)據(jù)庫PocketAccess存儲草坪作物系數(shù)和需水系數(shù)等相關數(shù)據(jù)。 本發(fā)明實施例提供的草坪節(jié)水灌溉預報方法和系統(tǒng)準確檢測草坪缺水狀況，精確
預報草坪適宜灌溉量，以PDA1為硬件平臺，體積小，攜帶方便，操作簡單，功能齊全，適用性
強等優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。此外，能夠在很大程度上輔助草坪養(yǎng)護技術工人和管理人
員制定適宜的灌溉制度，將草坪灌溉的研究成果轉(zhuǎn)化為草坪灌溉的生產(chǎn)實踐，不但可以幫
助提高草坪養(yǎng)護質(zhì)量，同時能達到節(jié)水灌溉的目的，提高水資源利用率。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人
員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型
也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種草坪節(jié)水灌溉預報方法，其特征在于，所述方法包括步驟S1，建立數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫包括不同類型土壤的含水率標定系數(shù)以及對應于不同月份、不同草坪類型和不同養(yǎng)護等級的草坪生長需水系數(shù)；S2，劃分草坪區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)多點測量土壤含水率并取平均值作為實測土壤含水率；S3，確定土壤類型以及草坪類型，從所述數(shù)據(jù)庫中調(diào)用土壤含水率標定系數(shù)以及不同環(huán)境下不同草坪的生長需水系數(shù)；S4，根據(jù)所述實測土壤含水率以及不同環(huán)境下不同草坪的生長需水系數(shù)，經(jīng)過決策預報模型計算判斷草坪是否需要灌溉，如果需要，則轉(zhuǎn)步驟S5，如果不需要，則結束；S5，確定灌溉水量及灌水時間。
2. 如權利要求1所述的草坪節(jié)水灌溉預報方法，其特征在于，在所述步驟S4中，當所述 犯土壤含水量滿足下式時，斷定為草坪需要灌溉<formula>formula see original document page 2</formula>其中，e為土壤的實測含水量，wt為土壤水分控制下限(％ FC)， FC為田間持水量
3. 如權利要求1所述的草坪節(jié)水灌溉預報方法，其特征在于，在所述步驟S4中，當所述 !U土壤含水量滿足下式時，斷定為草坪需要灌溉 <formula>formula see original document page 2</formula>其中，e為土壤的實測含水量，wt為土壤水分控制下限(％ FC)， FC為田間持水量(%)。
4. 如權利要求1所述的草坪節(jié)水灌溉預報方法，其特征在于，在所述步驟S5中，所述灌溉模型確定為下式 <formula>formula see original document page 2</formula>其中，Wa為土壤有效含水量，指土壤中草坪能夠利用的全部水分，介于田間持水量FC和凋萎含水量9 之間；a為草坪在一定養(yǎng)護等級下所允許消耗的水分，以土壤有效含水量的百分數(shù)表示，從數(shù)據(jù)庫中讀取，H為土壤計劃濕潤層深度，n為灌溉效率。
5. 如權利要求1所述的草坪節(jié)水灌溉預報方法，其特征在于，在所述步驟S5中，所述灌 溉模型確定為下式ET = K邁 Kc ET。ET為草坪的日耗水量(mm d—0 ;ET。為參考騰發(fā)量(mm d—0 ;Km為草坪微氣象環(huán)境修 正系數(shù)，與草坪的位置和周圍的環(huán)境有關；K。為草坪的作物系數(shù)；<formula>formula see original document page 2</formula>式中Rn為作物表面凈輻射(MJ *m—2d—0 ;G為土壤熱通量密度(MJ *m—2d—0 ;T為2米高 處的日平均氣溫(°C ) ;U2為2米高處24小時平均風速(m s—0 ;VPD為2米高處水汽壓差 (KPa) ; A為飽和水汽壓曲線斜率(KPa °C 一1) ; Y為干濕表常數(shù)(KPa °C 一1)。
6. —種草坪節(jié)水灌溉預報系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務器，用于存儲不同類型土壤的含水率標定系數(shù)以及對應于不同月份、草坪 類型和養(yǎng)護等級的草坪生長需水系數(shù)；數(shù)據(jù)采集器，用于采集測量得到的土壤含水率并將其傳遞至處理器；處理器，根據(jù)所述實測土壤含水率以及從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用的不同環(huán)境下不同草坪的生長 需水系數(shù)，經(jīng)過決策預報模型計算判斷草坪是否需要灌溉；模型計算器，用于根據(jù)草坪節(jié)水灌溉模型計算灌溉量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種草坪節(jié)水灌溉預報方法，包括步驟劃分草坪輪灌區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)多點測量土壤含水率并取平均值作為實測土壤含水率；確定土壤類型以及草坪類型，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用土壤含水率標定系數(shù)及草坪生長需水系數(shù)；根據(jù)所述實測土壤含水率以及依據(jù)草坪節(jié)水灌溉決策預報模型計算判斷草坪是否需要灌溉，如果需要，則確定灌溉水量及灌水時間。本發(fā)明提供的草坪節(jié)水灌溉預報方法和系統(tǒng)能夠在很大程度上輔助草坪養(yǎng)護技術工人和管理人員制定適宜的灌溉制度，將草坪灌溉的研究成果轉(zhuǎn)化為草坪灌溉的生產(chǎn)實踐，不但可以幫助提高草坪養(yǎng)護質(zhì)量，同時能達到節(jié)水灌溉的目的，提高水資源利用率。
文檔編號G06F19/00GK101720654SQ20091024176
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權日2009年12月8日
發(fā)明者劉海軍, 孫偉, 孫宇瑞, 林劍輝, 黃冠華, 黃權中 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學