CN102986482A - 一种温室作物理想调控灌溉系统及灌溉方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温室作物理想调控灌溉系统及灌溉方法，其特征在于：它包括支架，蓄水装置、灌溉管网、水头升降装置和控制器；支架由四根下支柱和四根上支柱通过拔插杆和圆孔连接成一体；蓄水装置包括固定在支架顶端的一水箱，水箱内设置有一监测水位高度的传感器，水箱的一侧接输水总管，另一侧连通灌溉管网；灌溉管网包括一支管和间隔设置在支管上的若干毛管，各毛管的末端共同连接一排气管；每一毛管上间隔设置有若干灌水器，每一灌水器下部的灌水管内设置有若干毛细管束；灌水器下方的土壤中设置有湿度传感器，水头升降装置由滑轮组和与水箱连接的水箱拉绳构成；控制器分别与水位传感器、进水阀和湿度传感器电连接。本发明可以广泛应用于各种温室作物的灌溉过程中。

Description

一种温室作物理想调控灌溉系统及灌溉方法

技术领域

本发明涉及一种灌溉系统及方法，特别是关于一种能够根据不同作物类型、不同作物生长阶段对水分的需求来进行灌溉的温室作物理想调控灌溉系统及灌溉方法。

背景技术

对于作物生长而言，均存在最优的土壤水分阈值，而不同作物在不同生育期的最优阈值会明显不同，但目前的灌溉系统并不能使作物根区的土壤水分达到目标控制阈值。而且，作物在生长过程中能够从根部实际吸收到的水分是很少的，但其却是在持续不断地吸收水分，因此需要持续不断地供给水分，这才是真正的有效供水。土壤本身有很强的储水能力，自然界正是利用土壤中储蓄的水分为植物提供有效供水，然而，由于土壤有很强的渗漏及蒸发能力，为了维持植物生长所需的有效供水，往往需要成千上万倍地为土壤提供储蓄水。

传统灌溉方式就是最大限度地利用了土壤的蓄水功能，采用大水漫灌的方式为土壤蓄足水分，以后相当长的一段时间都要靠土壤中的储蓄水来维持植物生长，同时土壤中的储蓄水绝大部分会被蒸发和渗漏掉，水资源的浪费极其严重。目前，滴灌的方式能够有效地节约水资源，而且国内外滴灌的发展水平也越来越高，但由于滴灌的灌水器最小出水速度都在每小时2升以上，远远大于植物的实际需水速度，水分利用效率不高，水资源的浪费虽较其他灌溉方式有所缓解，但依然会有不少的浪费。此外，滴灌的动力驱动系统较为复杂，且滴管容易发生堵塞，使得滴灌系统的运行费用较高，长期使用起来不够经济节约。

土壤是一种多孔介质，其本身就存在一定的吸力。当土壤中含水率降低时，土壤基质势降低，使得土壤对水的吸附能力增强；当土壤中含水率增加时，土壤基质势也随之增高，使得土壤对水的吸附能力降低，渗漏速率减少，逐渐达到一个平衡，从而有效地节约水资源。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种节水效果好，且能够有效地保障作物根区土壤水分处于最优控制阈值，确保灌水器出流速度和土壤水势需求相平衡的温室作物理想调控灌溉系统及灌溉方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：它包括支架，蓄水装置、灌溉管网、水头升降装置和控制器；所述支架包括四根下支柱和四根上支柱，相对设置的一对所述上、下支柱通过拔插杆和圆孔连接成一体；所述蓄水装置包括固定在所述支架顶端的一水箱，所述水箱内设置有一监测水位高度的传感器，所述水箱的一侧通过一进水阀连接输水总管，另一侧通过一滤网和一出水阀连接一软管；所述灌溉管网包括一与所述软管连通的支管，所述支管上间隔设置有若干毛管，各所述毛管的末端共同连接一排气管，所述排气管的两端垂直伸出地面；在每一所述毛管上间隔设置有若干灌水器，每一所述灌水器包括一连接管，每一所述连接管的上部与所述毛管内部连通，每一所述连接管的下部通过内螺纹连接一灌水管，所述灌水管内设置有若干毛细管束；所述灌水器下方的土壤中设置有湿度传感器；所述水头升降装置包括一端固定的一绳索，所述绳索通过一滑轮组和水箱拉绳与所述水箱连接；所述控制器分别与所述水位传感器、进水阀和湿度传感器电连接。

所述灌水管与所述连接管的连接处设置有通过垫片固定的滤膜。

所述支管与所述软管通过一干管连通，所述干管上设置有监测水压的压力表。

伸出地面的所述排气管两端分别设置有一排气阀。

所述滑轮组包括一设置在所述绳索上的一动滑轮，所述动滑轮通过所述水箱拉绳连接一吊射在温室铁架上的定滑轮，所述水箱拉绳另一端连接所述水箱。

所述毛细管束的下端比所述灌水管下端长1.5～2.5mm。

上述一种温室作物理想调控灌溉系统的灌溉方法，其包括以下步骤：1）根据作物的需水量进行土壤水动力学计算以及灌溉管网水力学计算，确定出水源水头高度与毛细管束长度的平衡公式；

$H-f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L-160\×0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl}=\mathrm{\ψ};$

式中，Q为该管道上的流量；d为管道内径；f为摩阻系数；m为流量指数；b为管径指数；β为通气率；L为管道计算长度；μ为水的动力粘滞系数；α₀为表面形状系数；ε₀为孔隙率；d_eo为当量直径；β为通气率；v为滤速，即水流通过灌水器的速度；l为毛细管束长度；ψ为土水势；Z为位置水头；H为水源水头高度；

2）根据根据现场采用的灌溉管网的支管、毛管和灌水器的长度、直径及所采用的材料，确定出步骤1）中各参数，得到水源水头高度H关于滤速v、毛细管束长度l和土水势ψ的简化公式；3）将步骤2）得到的水源水头高度H关于滤速v、毛细管束长度l和土水势ψ的简化公式输入控制器中；4）根据所种植的作物种类以及作物的生长阶段确定作物的每日需水量，确定毛细管束的长度l和滤速v，通过土壤负压计测出土壤的土水势ψ，并将所测得的各参数输入控制器中，通过计算得出水源水头高度H；5）通过水头升降装置调节水箱的高度，使得水箱内水头的高度满足步骤4）中所得到的水源水头的高度值；6）打开进水阀和出水阀向灌溉管网内注水，同时打开排气管上的排气阀以排出灌溉管网内的气体；7）待灌溉管网内的气体排空后，关闭排气阀，灌水器下部的毛细管束开始向土壤中注水，操作过程结束。

所述步骤1）中水源水头高度与毛细管束长度平衡公式的推导过程包括以下步骤：①根据水头损失计算公式确定各级管道上的沿程水头损失h_f：

$h_f=f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L;$

②根据清洁滤层水头损失的公式确定毛细管束的水头损失P：

$P=0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl};$

式中，μ为水的动力粘滞系数；α₀为表面形状系数；ε₀为孔隙率；d_eo为当量直径；β为通气率；v为滤速，即水流通过灌水器的速度；l为毛细管束长度；

③根据非饱和土壤的土水势公式确定土水势ψ：

ψ＝ψ_m+ψ_g＝ψ_m+Z；

式中，ψ_m为土壤基质势；ψ_g为土壤重力势，即位置水头Z；

④由于本发明系统的流量较小，故局部水头损失可以忽略不计，要想达到自动供水的目的，必须满足公式：

H-h_f-160P≥ψ；

式中，H为水源水头高度；

⑤由步骤①～④，得到关于灌水器毛细管束长度和水源高度的平衡公式：

$H-f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L-160\×0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl}=\mathrm{\ψ}.$

本发明基于毛细管孔隙吸力和重力驱动原理，提出了一种可以适应不同作物类型、不同作物生长阶段土壤水分最优控制阈值需求的理想调控灌溉系统；基于作物的最优吸水控制阈值，提出了灌水器毛细管束长度和水源水头高度的灌溉计算方法，实现了满足灌水器出流速度和土壤水势目标需求的平衡调控。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了一高出地面的水箱和一与水箱连通的灌溉管网，灌溉管网的每一毛管上分别设置了若干向下的灌水器，每一灌水器的灌水管下部均设置了毛细管束，在浇灌时，水箱中的水源在重力的作用下向灌溉管网中的各毛管供水，毛管上各灌水管的毛细管束在孔隙吸力的作用下向土壤中供水，且出水速度小，因此本发明的灌溉系统不但能够实时地为作物根区供给水分，使作物根区土壤水势始终处于目标调控阈值，而且毛细管束的出水速度小，有效地减少了水资源的浪费。2、本发明由于在水箱下面设置了一高度可调的支架，在水箱的出水口处连接了一跟软管，且软管的长度完全能够适应水箱高度变化的要求，因此本发明可以根据不同作物类型、不同作物生长阶段对土壤水势变动的需求调节水箱的高度，即水源水头的高度，从而改变毛管中水的压强，进而改变毛细管束的出水速度，以实现不同作物类型、不同作物生长阶段的理想调控灌溉。3、本发明由于设置了一控制器，在作物根区的土壤中设置了一与控制器连接的湿度传感器，在水箱中设置了一与控制器连接的水位传感器，在水箱的进水管上还设置了一与控制器连接的进水阀，因此本发明能够根据土壤中的水分含量向水箱中注水，以增加水源水头的高度，从而达到水源自动补给和灌溉自动控制的目的，使用起来较为方便。4、本发明由于在水箱的出水口处设置滤网，在灌水器的灌水管与连接管的连接处通过垫片固定有滤膜，因此本发明能够防止各毛管和毛细管束发生堵塞，有效地延长了灌溉管网的使用寿命。5、本发明由于水箱中的水源是在重力的作用下向灌溉管网中的各毛管供水，而毛管上各灌水管的毛细管束在水压和孔隙吸力的作用下向土壤中供水，因此本发明无需再设置任何的驱动装置，有效地节约了生产成本。6、本发明基于作物的最优吸水控制阈值，提出了灌水器的毛细管束长度和水头高度的计算方法，通过计算得出适合不同作物类型、不同作物生长阶段的毛细管束长度和水头高度，然后再借助水源升降装置来调节水源水头的高度，从而满足土壤水势控制阈值的要求，实现作物理想调控灌溉的目的。本发明既可以广泛应用于各种温室作物的灌溉过程中，也可以用于推广水头控制灌溉方法。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的水源升降装置示意图

图3是本发明的灌水器示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明灌溉系统包括支架1，蓄水装置2、灌溉管网3、水头升降装置4和控制器5。

如图1、图2所示，本发明的支架1包括四根下支柱11和四根上支柱12，四根下支柱11的上部与四根上支柱12的下部相对设置有若干竖向排列的圆孔13，通过拔插杆14可以将相对设置的一对上、下支柱连接成一体，通过拔插杆14插设的不同圆孔13的位置，可以调节支架1的整体高度。

上述上、下支柱11、12的数量是可以有所变化的，比如还可以是三根、五根、六根等。同时，拔插杆14的数量也可以有所变化，比如可以设置两根，三根、四根、五根、六根等。

本发明的蓄水装置2包括一固定在支架1的顶端的水箱21，水箱21的顶部可以设置一顶盖22，用于防止杂物落入。水箱21内设置有一监测水位高度的传感器23，水箱21的一侧通过一进水阀24连接输水总管25，另一侧通过一滤网26和一出水阀27连接一皮质或塑料等材料的制成的软管28，以在调整水箱21高度时，随其变化。

如图1所示，本发明的灌溉管网3包括一干管31，干管31的一端连接软管26，另一端连接一支管32的中部，支管32上间隔设置有若干毛管33，各毛管33的末端共同连接一排气管34，排气管34的两端垂直伸出地面。在每一毛管33上间隔设置有若干灌水器35。如图3所示，每一灌水器35包括一连接管351，每一连接管351的上部穿过毛管33的管壁，通过一伸缩片352套设并挂在毛管33的管壁上，与其连通。连接管351的下部通过内螺纹连接一灌水管353，灌水管353与连接管351的连接处通过垫片354固定有滤膜。灌水管353内设置有若干毛细管束355。灌水器35下方的土壤中设置有用于监测土壤中水分含量的湿度传感器36。

上述干管31上设置有监测干管31内水压的压力表37，伸出地面的排气管34两端分别设置有一排气阀38，以在注水前尽快排出灌溉管网3中的气体，并在气体排空后关闭排气阀38，保持灌溉管网3中的压力。

本发明的水头升降装置4包括固定在地面上的一立柱41，立柱41上部固定连接一绳索42的一端，绳索42的另一端连接牵引设备，绳索42上设置有一组动滑轮43，动滑轮43通过水箱拉绳44连接一组定滑轮45，定滑轮45通过吊架46连接在温室顶部的铁架47上。水箱拉绳44的另一端连接水箱21，以根据水头高度的要求提升或降低水箱21的高度。

上述水箱拉绳44连接的水箱21，不仅包括水箱21自身，还包括水箱底部连接的上支柱12，如果设置了顶盖22，还包括顶盖22。具体的连接方式，可以是在各上支柱12顶部固定连接一顶板15，将水箱21固定连接在顶板15上，用水箱拉绳44将水箱21和顶板15（如设置了顶盖22，则包括顶盖22）捆绑成一体，当牵引设备牵拉绳索42时，动滑轮43就会带动水箱拉绳44将水箱21和上支柱12（如设置了顶盖22，则包括顶盖22）一起提升或降低。

如图1所示，本发明的控制器5设置在温室内或设置在温室外，控制器5分别与水位传感器23、进水阀24和湿度传感器36电连接。使用时，湿度传感器36将收集的土壤湿度信息反馈给控制器5，控制器5根据土壤中的湿度数据计算出所需的水源水头高度，以便进行人工调整。水箱21内的水位每下降5cm，其水位信息将通过水位传感器23反馈给控制器5，控制器5便输出指令打开进水阀24进行补水；待水位补满后，水位传感器23再次将水位信息反馈给控制器5，控制器5输出指令关闭进水阀24。

上述实施例中，本发明灌水器35的数量、间距、行距以及埋深等参数可以根据土壤质地以及所栽培的作物种类来确定。

上述实施例中，本发明的水箱21可以安装在任何高度可调的，且能够承受住水箱21满载重量的支架1上。

上述实施例中，本发明的干管31和支管32均可以采用聚氯乙烯（PVC）材料制作而成；毛管33可以采用聚乙烯（PE）材料制作而成。

上述实施例中，本发明的水箱21距地面高度的调节范围可以在30～60cm之间进行调节。

上述实施例中，毛细管束355的下端可以比灌水管353长1.5～2.5mm，以保证其与土壤的紧密接触。

下面通过一个具体实施例对本发明灌溉系统的布置进行详细说明：

温室长30m，宽8m，高2.5m，栽培作物为黄瓜，土壤质地为砂壤土。株距为30cm，行距为150cm，计划湿润层深度为30cm。支管32采用PVC材料制作而成，毛管33采用PE材料制作而成，对于PE管摩阻系数f取0.505，流量指数m取1.75，管径指数b取4.75；对于PVC管，f取0.464，m取1.77，b取4.77。支管32采用的单侧双支布置，毛管33采用单侧布置，每一支管32上控制8根毛管33；一根毛管33上设置有20个灌水器35，控制一行20根黄瓜的流量，一共有160个灌水器35。一株黄瓜每日的需水量在其生育期内的各个时期约40ml～200ml，即温室的每日耗水量为7.47L～37.33L，故每根材质毛管的流量Q为0.039～0.194L/h。

本发明系统的使用方法包括以下步骤：

1）根据作物的需水量进行土壤水动力学计算以及灌溉管网水力学计算，确定水源水头高度与毛细管束长度的平衡公式；

①根据水头损失计算公式确定各级管道上的沿程水头损失h_f

$h_f=f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L---\left(1\right)$

式中，Q为该管道上的流量，单位L/h；d为管道内径，单位mm；f为摩阻系数；m为流量指数；b为管径指数；β为通气率；L为管道计算长度，单位m。将上述具体实施例中的各数据带入公式（2）中，得出灌溉管网的沿程水头损失h_f均远不足0.1mm，故可以忽略不计；局部水头损失为沿程水头损失的5%～10%，也可以忽略不计，所有毛细管束355的长度可以采用统一标准。

②根据清洁滤层水头损失的公式确定毛细管束的水头损失P

$P=0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl}---\left(2\right)$

式中，μ为水的动力粘滞系数，单位：帕秒（Pas）；α_o为表面形状系数；ε_o为孔隙率；d_eo为当量直径；β为通气率；v为滤速，即水流通过灌水器的速度；l为毛细管束长度。

③根据非饱和土壤的土水势公式确定土水势ψ

ψ＝ψ_m+ψ_g＝ψ_m+Z            （3）

式中，ψ_m为土壤基质势；ψ_g为土壤重力势，即位置水头Z。

④由于此系统的流量较小，故局部水头损失可以忽略不计，要想达到自动供水的目的，必须满足公式：

H-h_f-160P≥ψ                 （4）

式中，H为水源水头高度；

⑤由公式（1）～（4），得到关于灌水器毛细管束355长度和水源高度的平衡公式：

$H-f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L-160\×0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl}=\mathrm{\ψ};---\left(5\right)$

2）简化公式，由于灌溉管网3中难免会混入一部分空气，加大了水头损失，故本发明系统应用时考虑通气率β为20%，若灌水器直径为3mm，即滤层的当量直径为3mm，毛细管束的表面形状系数为1.25，孔隙率为0.2，水的动力粘滞系数为0.001Pas。将各参数带入公式（5），且各级管道上的沿程水头损失h_f忽略不计，故简化后得到平衡公式：

H＝52000vl+ψ；               （6）

3）将步骤2）得到的灌水器毛细管束355长度l与水源水头高度H的平衡公式（6）输入控制器5中；

4）根据所种植的作物种类以及作物的生长阶段确定作物的每日需水量，确定毛细管束的长度和滤速，通过土壤负压计测出土壤的土水势，并将各参数输入控制器5中，通过计算得出水源水头高度H；

5）通过水头升降装置调节水箱21的高度，使得水箱21内水头的高度满足步骤3）中所得到的水源水头的高度值；

6）打开进水阀和出水阀向灌溉管网内注水，同时打开排气管上的排气阀以排出灌溉管网内的气体；

7）待灌溉管网内的气体排空后，关闭排气阀，灌水器下部的毛细管束开始向土壤中注水，操作过程结束。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：它包括支架，蓄水装置、灌溉管网、水头升降装置和控制器；

所述支架包括四根下支柱和四根上支柱，相对设置的一对所述上、下支柱通过拔插杆和圆孔连接成一体；

所述蓄水装置包括固定在所述支架顶端的一水箱，所述水箱内设置有一监测水位高度的传感器，所述水箱的一侧通过一进水阀连接输水总管，另一侧通过一滤网和一出水阀连接一软管；

所述灌溉管网包括一与所述软管连通的支管，所述支管上间隔设置有若干毛管，各所述毛管的末端共同连接一排气管，所述排气管的两端垂直伸出地面；在每一所述毛管上间隔设置有若干灌水器，每一所述灌水器包括一连接管，每一所述连接管的上部与所述毛管内部连通，每一所述连接管的下部通过内螺纹连接一灌水管，所述灌水管内设置有若干毛细管束；所述灌水器下方的土壤中设置有湿度传感器；

所述水头升降装置包括一端固定的一绳索，所述绳索通过一滑轮组和水箱拉绳与所述水箱连接；

所述控制器分别与所述水位传感器、进水阀和湿度传感器电连接。

2.如权利要求1所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：所述灌水管与所述连接管的连接处设置有通过垫片固定的滤膜。

3.如权利要求1所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：所述支管与所述软管通过一干管连通，所述干管上设置有监测水压的压力表。

4.如权利要求1所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：所述支管与所述软管通过一干管连通，所述干管上设置有监测水压的压力表。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：伸出地面的所述排气管两端分别设置有一排气阀。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：所述滑轮组包括一设置在所述绳索上的一动滑轮，所述动滑轮通过所述水箱拉绳连接一吊射在温室铁架上的定滑轮，所述水箱拉绳另一端连接所述水箱。

7.如权利要求5所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：所述滑轮组包括一设置在所述绳索上的一动滑轮，所述动滑轮通过所述水箱拉绳连接一吊射在温室铁架上的定滑轮，所述水箱拉绳另一端连接所述水箱。

8.如权利要求1～7任一项所述的一种温室作物理想调控灌溉系统，其特征在于：所述毛细管束的下端比所述灌水管下端长1.5～2.5mm。

9.一种如权利要求1～8任一项所述温室作物理想调控灌溉系统的灌溉方法，其包括以下步骤：

1）根据作物的需水量进行土壤水动力学计算以及灌溉管网水力学计算，确定出水源水头高度与毛细管束长度的平衡公式；

$H-f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L-160\×0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl}=\mathrm{\ψ};$

式中，Q为该管道上的流量；d为管道内径；f为摩阻系数；m为流量指数；b为管径指数；β为通气率；L为管道计算长度；μ为水的动力粘滞系数；α₀为表面形状系数；ε₀为孔隙率；d_eo为当量直径；β为通气率；v为滤速，即水流通过灌水器的速度；l为毛细管束长度；ψ为土水势；Z为位置水头；H为水源水头高度；

2）根据根据现场采用的灌溉管网的支管、毛管和灌水器的长度、直径及所采用的材料，确定出步骤1）中各参数，得到水源水头高度H关于滤速v、毛细管束长度l和土水势ψ的简化公式；

3）将步骤2）得到的水源水头高度H关于滤速v、毛细管束长度l和土水势ψ的简化公式输入控制器中；

4）根据所种植的作物种类以及作物的生长阶段确定作物的每日需水量，确定毛细管束的长度l和滤速v，通过土壤负压计测出土壤的土水势ψ，并将所测得的各参数输入控制器中，通过计算得出水源水头高度H；

5）通过水头升降装置调节水箱的高度，使得水箱内水头的高度满足步骤4）中所得到的水源水头的高度值；

6）打开进水阀和出水阀向灌溉管网内注水，同时打开排气管上的排气阀以排出灌溉管网内的气体；

7）待灌溉管网内的气体排空后，关闭排气阀，灌水器下部的毛细管束开始向土壤中注水，操作过程结束。

10.如权利要求9所述的一种灌溉方法，其特征在于：所述步骤1）中水源水头高度与毛细管束长度平衡公式的推导过程包括以下步骤：

①根据水头损失计算公式确定各级管道上的沿程水头损失h_f：

$h_f=f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L;$

②根据清洁滤层水头损失的公式确定毛细管束的水头损失P：

$P=0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl};$

式中，μ为水的动力粘滞系数；α₀为表面形状系数；ε₀为孔隙率；d_eo为当量直径；β为通气率；v为滤速，即水流通过灌水器的速度；l为毛细管束长度；

③根据非饱和土壤的土水势公式确定土水势ψ：

ψ＝ψ_m+ψ_g＝ψ_m+Z；

式中，ψ_m为土壤基质势；ψ_g为土壤重力势，即位置水头Z；

④由于本发明系统的流量较小，故局部水头损失可以忽略不计，要想达到自动供水的目的，必须满足公式：

H-h_f-160P≥ψ；

式中，H为水源水头高度；

⑤由步骤①～④，得到关于灌水器毛细管束长度和水源高度的平衡公式：

$H-f\frac{Q^m}{d^b(1-\mathrm{\β})}L-160\×0.01872\frac{\mathrm{\μ}{{\mathrm{\α}}_0}^2{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}^2}{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^3{d_{\mathrm{eo}}}^2(1-\mathrm{\β})}\mathrm{vl}=\mathrm{\ψ}.$

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