CN103017860A - 农田水旱灾害预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农田水旱灾害预警方法及系统,在农田设置用于测量地下水位的电子水尺和用于测量地表水位的电子水尺，测量结果输入采集仪，采集仪将测量结果发送到远程的预警系统服务器进行处理，预警系统服务器根据地表水位和地下水位，判断是否有涝、渍、旱灾，对于可能发生的水旱灾害及时给出预警，进行灌溉或排水准备。本发明通过电子水尺24小时自动监测，能有效实现水旱灾害监测和控制自动化，同时本发明提供的技术方案具有良好的扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及农业水利现代化技术领域，更具体地说，涉及一种农田水旱灾害预警方法及系统技术方案，用于农田涝、渍和旱灾控制。
背景技术
农田水旱灾害对农业生产影响巨大，造成作物减产，带来的损失不可估量。而相应的农田水旱灾害预警系统建设则相对滞后，或几乎没有。农田水旱灾害成因复杂，影响因素众多，建立一套完整的水旱灾害预警系统相对比较困难。目前，依靠气象卫星等手段对农田水旱灾害进行预报的方法，成本较高，可靠度较低，且不适合灌区生产实际需要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种农田水旱灾害预警方法及系统。
本发明提供的一种农田水旱灾害预警方法，在农田设置用于测量地下水位的电子水尺和用于测量地表水位的电子水尺，测量结果输入采集仪，采集仪将测量结果发送到远程的预警系统服务器进行处理，具体处理方式如下：
对于涝灾预警，当农田地表水位H上≥Hp时开始发出预警，提示用户采取排水措施和/或自动打开排水闸门排水，使H上≤H涝且在时间间隔T内将农田地表水位降到H上≤Hp，T≤T涝，其中Hp为允许滞蓄水深，T涝为允许淹水历时，H涝为允许最大耐淹水深；
对于渍灾预警，当农田地下水位H下≥Hmax时开始发出预警，提示用户采取排水措施和/或自动打开排水闸门排水，控制地下水位H下≤H渍，并且使农田地下水位在时间间隔T内将农田地下水位降至H下≤Hmax，T≤T渍，其中Hmax为农田适宜地下水位上限，T渍为要求的排水时间，H渍为作物发生渍灾的农田地下水位；
对于旱灾预警，当农田地下水位H下≤H旱时开始发出预警，提示用户采取灌溉措施和/或自动打开渠系闸门灌水，控制地下水位H下≥H旱，并且使农田地下水位在时间间隔T内上升至H下≥Hmin，T≤T旱，其中Hmin为农田适宜地下水位下限，T旱为作物允许的受旱时间，H旱为防旱要求的农田地下水位。
而且，在农田设置电子水尺的实现方式为：电子水尺固定置于带孔PVC管中，PVC管外包裹一层过滤网；将用于测量农田地下水位的电子水尺固定安装于田间表层土壤及以下；将用于测量农田地表水位的电子水尺固定安装于田间土壤之上。
而且，采集仪通过无线方式将测量结果发送到远程的预警系统服务器。
而且，对于涝灾预警，将得到的农田地表水位H上和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地表水位变化趋势，判别是否出现涝灾；对于渍灾预警，将得到的农田地下水位H下和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现渍灾；对于旱灾预警，将得到的农田地下水位H下、蒸发和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势。
本发明还想要提供一种农田水旱灾害预警系统，包括在农田设置的用于测量地下水位的电子水尺和用于测量地表水位的电子水尺、采集仪和远程的预警系统服务器，测量结果输入采集仪，采集仪将测量结果发送到远程的预警系统服务器进行处理；
所述预警系统服务器进一步包括以下装置：
涝灾预警装置，用于当农田地表水位H上≥Hp时开始发出预警，提示用户采取排水措施，使H上≤H涝且在时间间隔T内将农田地表水位降到H上≤Hp，T≤T涝，其中Hp为允许滞蓄水深，T涝为允许淹水历时，H涝为允许最大耐淹水深；
渍灾预警装置，用于当农田地下水位H下≥Hmax时开始发出预警，提示用户采取排水措施，控制地下水位H下≤H渍，并且在时间间隔T内将农田地下水位降至H下≤Hmax，T≤T渍，其中Hmax为农田适宜地下水位上限，T渍为要求的排水时间，H渍为作物防渍要求的农田地下水位；
旱灾预警装置，当农田地下水位H下≤Hmin时开始发出预警，提示用户采取灌溉措施，控制地下水位H下≥H旱，并且在时间间隔T内使农田地下水位上升至H下≥Hmin，T≤T旱，其中Hmin为农田适宜地下水位下限，T旱为作物允许的受旱时间，H旱为作物防旱要求的农田地下水位。
而且，在农田设置电子水尺的实现方式为，电子水尺固定置于带孔PVC管中，PVC管外包裹一层过滤网；将用于测量农田地下水位的电子水尺固定安装于田间土壤之下；将用于测量农田地表水位的电子水尺固定安装于田间土壤之上。
而且，采集仪内置GPRS无线传输设备，通过无线方式将测量结果发送到远程的预警系统服务器。
而且，涝灾预警装置将得到的农田地表水位H上和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地表水位变化趋势，判别是否出现涝灾；渍灾预警装置将得到的农田地下水位H下和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现渍灾；旱灾预警装置，将得到的农田地下水位H下、蒸发和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势。
本发明提供一种通过测量地表及农田地下水位间接反映农田水旱灾害的预警方案，机理结构简易，自动化程度高，占地面积小，几乎不影响作物生长，实施过程简单，撇开复杂的涝渍形成机制，通过农田地表水位和地下水位间接反映农田水旱灾害情况，并结合农田实际情况及作物生长情况制定相应的农田水旱灾害时间阈值和水位阈值，通过系统计算分析为用户提供一定的涝渍灾害预警系统。本发明对农业生产提供指导具有实际意义。
附图说明
图1为本发明实施例的系统组成结构示意图。
图2为本发明实施例的用于测量农田地表水位的电子水尺安装示意图。
图3为本发明实施例的用于测量农田地下水位的电子水尺安装示意图。
图4为本发明实施例涝灾预警农田地表水位变化情况效果图。
图5为本发明实施例渍灾预警农田地下水位变化情况效果图。
图6为本发明实施例旱灾预警农田地下水位变化情况效果图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明实施例提供的一种农田水旱灾害预警系统，主要由三部分组成：水位测量装置、数据采集及传输装置和预警系统。
水位测量装置通过电极式电子水尺自动定时测量农田地表水位和地下水位，具体装置为将武汉世纪水元科技股份有限公司生产研发的测量精度为1mm的SJSY-900型电极式电子水尺。本发明进一步提出，将电子水尺固定置于内径为5cm的带有孔径为3mm的带孔PVC管中，PVC管外包裹一层过滤网。如图2所示，建立农田地表水位监测系统时，将mm级的电子水尺固定安装于田间土壤之上，且电子水尺量程为50cm，即可实现提供农田地表水位测量，此时PVC管在田面以上部位带孔；如图3所示，建立农田地下水位监测系统时，将mm级的电子水尺固定安装于田间土壤之下，且量程为150cm，即可实现提供农田地下水位测量，此时PVC管在田面以下部位带孔。具体实施时，可采用悬吊式安装，将电子水尺通过系于PVC管顶端的钢丝绳悬挂。
数据采集及传输装置则将水位数据采集并通过GPRS无线传输到预警系统服务器中。实施例的数据采集及传输装置采用与电子水尺配套的采集仪，并且采集仪内置GPRS无线传输设备。
预警系统则能贮存水位数据，并能通过表格、曲线图等多种方式显示水位数据，同时通过预警系统计算分析水位数据，提前为用户提供农田水旱灾害预警信息，方便用户及时采取措施。一般采用计算机技术提供，在远端设置预警系统服务器进行相应功能实现，并采用数据库存储水位数据。
具体实施时，将水位测量装置连同采集仪安装于田间特定的典型点，一般选取农田中心位置，在同一块农田用于测量农田地下水位的电子水尺和用于测量地表水位的电子水尺可共用同一个采集仪。采集仪将按照系统自定义的时间间隔自动采集农田地表水位H上和地下水位H下，24小时监测。同时采集仪内置的GPRS无线传输模块将采集的数据传输至预警系统服务器进行分析处理；多套水位测量装置可通过无线传输装置与预警系统综合组成一套基于电子水尺的农田水旱灾害预警系统。
预警系统服务器可采用软件方式根据水位数据进行预警，与其联网的用户电脑上可以运行相应客户端软件以接受预警信息和查看水位数据。预警软件分析处理数据库中的水位数据，并能通过表格、曲线图等多种方式加以显示，本领域技术人员可采用计算机软件技术进行设计。例如利用水量平衡公式计算农田地表水位或地下水位变化趋势，从而判断是否出现涝、渍或旱灾；对可能出现的灾害自动发出预警，提醒管理人员进行排水或灌溉准备；还可以进行自动排水或者灌溉，控制地表及地下水位，保证农田适宜水位和土壤墒情。向用户提示和自动排水/灌溉可以设为执行其一或者同时进行。
实施例按以下规则发布预警信息：
对于涝灾预警，当农田地表水位H上≥Hp时开始预警，提示用户采取排水措施和/或自动打开排水闸门排水，使H上≤H涝且时间间隔T内将农田地表水位降到H上≤Hp，T≤T涝，T＝t2-t1，其中Hp为允许滞蓄水深，T涝为允许淹水历时，H涝为允许最大耐淹水深，其取值应结合农田实际情况及作物成长情况确定；实施例涝灾预警农田地表水位变化情况效果图如图4所示，Hmax、Hmin分别表示适宜水层上限和下限。t1为地表水位上升到Hp的时间点，t2为排水后地表水位降落至Hp的时间点。
对于渍灾预警，当农田地下水位H下≥Hmax时，开始预警，提示用户采取排水措施和/或自动打开排水闸门排水，使农田地下水位H下≤H渍，并且在时间间隔T内将农田地下水位降至H下≤Hmax，T≤T渍，T＝t2-t1，其中T渍为降雨后作物允许的渍水时间，H渍为降雨后作物允许达到的地下水埋深，其取值应结合农田实际情况及作物成长情况确定；实施例渍灾预警农田地下水位变化情况效果图如图5所示，Hmax、Hmin分别表示适宜地下水位上限和下限。t1为农田地下水位上升至H渍的时间点，t2为排水后水位降落至H渍的时间点。
对于旱灾预警，当农田地下水位H下≤Hmin时，开始预警，提示用户采取灌溉措施和/或自动打开渠系闸门灌水，在时间间隔T内将农田地下水位上升至H下≥Hmin，T≤T旱，T＝t2-t1，其中T旱为作物允许的受旱时间，H旱取值根据作物发生旱灾时土壤含水量与农田地下水位关系结合农田实际情况及作物成长情况确定；实施例旱灾预警农田地下水位变化情况效果图如图6所示，Hmax、Hmin分别表示适宜地下水位上限和下限。t1为农田地下水位降落至Hmin的时间点，t2为灌水后农田地下水位上升至Hmin的时间点。
也可采用软件模块化技术实现，在预警系统服务器进一步设置以下装置:
涝灾预警装置，用于当农田地表水位H上≥Hp时开始发出预警，提示用户采取排水措施，使H上≤H涝且在时间间隔T内将农田地表水位降到H上≤Hp，T≤T涝，其中Hp为允许滞蓄水深，T涝为允许淹水历时，H涝为作物允许最大耐淹水深；
渍灾预警装置，用于当农田地下水位H下≥Hmax时开始发出预警，提示用户采取排水措施，使农田地下水位H下≤H渍，并且在时间间隔T内将农田地下水位降至H下≤Hmax，T≤T渍，其中Hmax为适宜地下水位上限，T渍为作物允许的渍水时间，H渍为作物防渍要求的农田地下水位；
旱灾预警装置，当农田地下水位H下≤Hmin时开始发出预警，提示用户采取灌溉措施，使农田地下水位H下≥H旱，并且在时间间隔T内上升至H下≥Hmin，T≤T旱，其中Hmin为适宜地下水位下限，T旱为作物允许的受旱时间，H旱为作物防旱要求的农田地下水位。
具体实施时，对灾害出现的判断可以综合分析更多方面的数据，进行提前预警，例如：
对涝灾监测，将得到的农田地表水位监测数据和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地表水位变化趋势，判别是否出现涝灾；如果出现涝灾就发出预警，自动打开排水闸门排水，控制田面淹水深度和历时，以免发生涝灾；
对渍灾监测，将得到的农田地下水位监测数据和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现渍灾；如果出现渍灾就发出预警，自动打开排水闸门排水，控制农田地下水位埋深，以免发生渍灾；
对旱灾监测，将得到的农田地下水位监测数据、蒸发和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现旱灾；如果出现旱灾就发出预警，自动打开渠系闸门灌水，控制农田地下水位和土壤含水量，以免发生旱灾。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种农田水旱灾害预警方法，其特征在于：在农田设置用于测量地下水位的电子水尺和用于测量地表水位的电子水尺，测量结果输入采集仪，采集仪将测量结果发送到远程的预警系统服务器进行处理，具体处理方式如下，
对于涝灾预警，当农田地表水位H上≥Hp时开始发出预警，提示用户采取排水措施和/或自动打开排水闸门排水，使H上≤H涝且在时间间隔T内将农田地表水位降到H上≤Hp，T≤T涝，其中Hp为作物允许滞蓄水深，T涝为作物允许淹水历时，H涝为作物允许最大耐淹水深；
对于渍灾预警，当农田地下水位H下≥Hmax时开始发出预警，提示用户采取排水措施和/或自动打开排水闸门排水，控制地下水位H下≤H渍，并且在时间间隔T内将农田地下水位降至H下≤Hmax，T≤T渍，其中Hmax为农田适宜地下水位上限，T渍为作物允许的渍水时间，H渍为作物防渍要求的农田地下水位；
对于旱灾预警，当农田地下水位H下≤Hmin时开始发出预警，提示用户采取灌溉措施和/或自动打开渠系闸门灌水，控制地下水位H下≥H旱，并且使农田地下水位在时间间隔T内上升至H下≥Hmin，T≤T旱，其中Hmin为农田适宜地下水位下限，T旱为作物允许的受旱时间，H旱为作物防旱要求的农田地下水位。
2.如权利要求1所述农田水旱灾害预警方法，其特征在于：在农田设置电子水尺的实现方式为，电子水尺固定置于带孔PVC管中，PVC管外包裹一层过滤网；将用于测量农田地表水位的电子水尺置于田面以上部位带孔的PVC管中，并将该PVC管固定安装于农田土壤中；将用于测量农田地下水位的电子水尺置于田面以下部位带孔的PVC管中，并将该PVC管固定安装于农田土壤中。
3.如权利要求1所述农田水旱灾害预警方法，其特征在于：采集仪通过无线方式将测量结果发送到远程的预警系统服务器。
4.如权利要求1或2或3所述农田水旱灾害预警方法，其特征在于：对于涝灾预警，将得到的农田地表水位H上和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地表水位变化趋势，判别是否出现涝灾；对于渍灾预警，将得到的农田地下水位H下和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现渍灾；对于旱灾预警，将得到的农田地下水位H下、蒸发和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现旱灾。
5.一种农田水旱灾害预警系统，其特征在于：包括在农田设置的用于测量地下水位的电子水尺和用于测量地表水位的电子水尺、采集仪和远程的预警系统服务器，测量结果输入采集仪，采集仪将测量结果发送到远程的预警系统服务器进行处理；
所述预警系统服务器进一步包括以下装置：
涝灾预警装置，用于当农田地表水位H上≥Hp时开始发出预警，提示用户采取排水措施，使H上≤H涝且在时间间隔T内将农田地表水位降到H上≤Hp，T≤T涝，其中Hp为允许滞蓄水深，T涝为允许淹水历时，H涝为允许最大耐淹水深；
渍灾预警装置，用于当农田地下水位H下≥Hmax时开始发出预警，提示用户采取排水措施，控制地下水位H下≤H渍，并且使农田地下水位在时间间隔T内将农田地下水位降至H下≤Hmax，T≤T渍，其中Hmax为农田适宜地下水位上限，T渍为作物允许的渍水时间，H渍为作物防渍要求的农田地下水位；
旱灾预警装置，当农田地下水位H下≤Hmin时开始发出预警，提示用户采取灌溉措施，控制地下水位H下≥H旱，并且使农田地下水位时间间隔T内上升至H下≥Hmin，T≤ 旱，其中Hmin为农田适宜地下水位下限，T旱为作物允许的受旱时间，H旱为作物防旱要求的农田地下水位。
6.如权利要求5所述农田水旱灾害预警系统，其特征在于：在农田设置电子水尺的实现方式为：mm级的电子水尺固定置于带孔PVC管中，PVC管外包裹一层过滤网；将用于测量农田地下水位的mm级电子水尺固定安装于田间土壤之下；将用于测量农田地表水位的电子水尺固定安装于田间土壤之上。
7.如权利要求5所述农田水旱灾害预警系统，其特征在于：采集仪内置GPRS无线传输设备，通过无线方式将测量结果发送到远程的预警系统服务器。
8.如权利要求5或6或7所述农田水旱灾害预警系统，其特征在于：涝灾预警装置将得到的农田地表水位H上和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地表水位变化趋势，判别是否出现涝灾；渍灾预警装置将得到的农田地下水位H下和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势，判别是否出现渍灾；旱灾预警装置，将得到的农田地下水位H下、蒸发和降雨预报进行分析，根据水量平衡法计算农田地下水位变化趋势。
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