本發明涉及一種節水灌溉綜合調控系統，特別是涉及一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統，屬于清潔能源和節水灌溉技術領域。

背景技術：

山丘區是山區和丘陵區的合稱。其中，山區主要是指地表形態起伏陡峭，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起伏和緩，絕對高度在500米以內，相對高度不超過200米的坡面組合體。山丘區與平原相比，由于地勢的原因，在雨水的沖刷下易造成水土流失，加之山丘區人煙稀少，交通不便，缺少基本的能源、水源等物質和設施，如果沒有有效的節水灌溉方法和充沛的能源供應，山丘區是不適宜發展規模化農業。

目前，有三種在山丘區種植作物的模式：第一，雨養種植；在一些降雨較為充沛的濕潤區和半濕潤區，年降雨量大于作物的灌溉定額，憑借山丘區的海拔和氣候條件，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，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；在個別規模較小的具有集成示范效應的山丘區，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。

以上三種山丘區種植方法均存在不足和缺陷，如：雨養種植，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，一旦出現極端氣候，將會面臨嚴重的自然災害和農業損失；此外，由于雨養種植的種植過程中，降雨量發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，人們需要從山丘區下面提水至山丘區中上部，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模化的種植。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，一些學者和科創人員利用清潔能源進行山丘區節水灌溉，并提出諸多好的思路和創新。例如：中國發明專利文獻CN 104912152A介紹了一種山丘區輸水工程安全運行調度系統及安全運行調度方法，涉及一種輸水工程安全運行調度系統，特別涉及一種山丘區多起伏、長距離、高揚程具有加壓輸水和有壓重力流輸水方式的復雜輸水系統的安全運行調度系統；中國發明專利文獻CN 104221815A介紹了一種山丘區集雨太陽能光伏提水灌溉系統，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介紹了一種山丘區輸水管道試壓裝置，該試壓裝置可以連續試壓，能節約工期，減少耗水量，節約工程投資；中國實用新型專利文獻CN 204796154U介紹了一種山丘區水錘泵提水灌溉木薯的系統，通過水源落差產生的水錘效應將水提至高位水池，是一種節能環保的技術，不間斷地自動提水，結合高位水池，實現“提蓄結合”，根據木薯生產的需要，進行灌溉和施肥。

當前，風能發電和太陽能光伏發電的技術已經相當成熟。據測定，一臺55千瓦的風力發電機組，當風速為每秒9.5米時，機組的輸出功率為55千瓦；國產太陽能光伏晶體硅電池效率在10至13%左右，國外同類產品效率約12至14%，若采用雙軸跟蹤方式，系統實際發電量可提高約25%。因此，開發一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統，利用清潔能源進行山丘區節水灌溉是有益之舉。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于，克服現有技術中的不足，提供一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統，利用清潔能源將山澗、山谷的零星水源提調到山丘區，實現水資源的“零存整取”，在滿足山丘區作物灌溉的同時，實現節水、節能、節肥、增收的諸多目標。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統，包括能源系統，灌溉系統，監測系統，數據傳輸系統，中央處理系統，管網與動力提升系統，輸配電及并網發電系統，以及輔助系統；

所述能源系統包括風力發電設備和太陽能光伏發電設備，用于將風能和太陽能轉化為風光互補的清潔電能，并為監測系統、數據傳輸系統、中央處理系統、管網與動力提升系統和輔助系統供電；

所述灌溉系統包括蓄水池，均與蓄水池相連的滴灌設備、微噴灌設備和低壓管灌設備；灌溉系統用于對山丘區的種植作物進行節水灌溉；

所述監測系統包括土壤墑情監測設備、作物光譜發射率監測設備和超聲波測距儀，所述土壤墑情監測設備用于對山丘區種植作物中的低矮作物進行土壤墑情監測，所述作物光譜發射率監測設備用于對山丘區種植作物中的高株作物進行缺水態勢監測，所述超聲波測距儀用于對灌溉系統中的蓄水池進行水位監測；

所述數據傳輸系統包括數據傳輸設備，用于對監測數據進行傳輸；所述監測系統通過數據傳輸設備與中央處理系統相連；

所述中央處理系統包括CPU處理器，用于對監測數據進行處理分析，并輸出分析結果供能源系統、灌溉系統、管網與動力提升系統、輸配電及并網發電系統和輔助系統進行執行；

所述管網與動力提升系統包括PVC-U農灌管、空氣壓縮機和揚水機，所述空氣壓縮機和揚水機相連構成氣壓揚水機、用于在能源系統供電作用下將山澗和山谷中的零星水源通過PVC-U農灌管提調到蓄水池中；所述PVC-U農灌管根據山丘區的地勢由高到底鋪設，使得滴灌設備、微噴灌設備和低壓管灌設備通過PVC-U農灌管的串并聯與蓄水池相連；

所述輸配電及并網發電系統包括逆變器和配電室，能源系統通過逆變器與配電室相連，用于將能源系統發電的多余直流電能轉化為交流電能并入公共電網；

所述輔助系統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的種植作物進行智能施肥；所述水源過濾器安裝在滴灌設備、微噴灌設備或低壓管灌設備上，用于過濾水源中的顆粒物。

本發明進一步設置為：所述輔助系統還包括無人機，所述無人機用于對山丘區的種植作物進行高空灌溉。

本發明進一步設置為：所述風力發電設備和太陽能光伏發電設備均為數量相同的若干臺，每臺風力發電設備配套一臺太陽能光伏發電設備、且控制的作物種植面積為20畝。

本發明進一步設置為：所述蓄水池的規模按照揚水機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。

本發明進一步設置為：所述蓄水池的池底安裝有PE濾網和斜管，所述斜管輸出經PE濾網過濾的水源。

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

本發明進一步設置為：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氣管和上水管相連。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：

通過風力發電設備、太陽能光伏發電設備、滴灌設備、微噴灌設備、低壓管灌設備、土壤墑情監測設備、作物光譜發射率監測設備、數據傳輸設備、CPU處理器、蓄水池、超聲波測距儀、空氣壓縮機、揚水機、PVC-U農灌管、逆變器、配電室、水源過濾器、文丘里自動施肥器這些設備的安裝，以“風光互補”的清潔能源模式為基礎，將山丘區稀缺的水資源集聚起來，實現“零存”；再將水源由蓄存到灌溉實現“整取”，并且形成一套節水節肥、動態監測、網絡互聯、智能操作的運行體系；最后以輸配電及并網發電系統為依托，將風能與太陽能產生的多余電能轉化為電網能源，圍繞“抽水蓄能電站”的運行模式，實現資源能源最優最大化地利用。整個綜合調控系統利用“提、蓄、測、引、灌”，實現能源的“風光互補”、水資源的“零存整取”、電網的“多并少補”，在滿足山丘區作物灌溉的同時，實現節水、節能、節肥、增收的多重目標，可為山丘區種植作物開展規模化灌溉提供參考。

上述內容僅是本發明技術方案的概述，為了更清楚的了解本發明的技術手段，下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

附圖說明

圖1為本發明一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統的框圖；

圖2為本發明一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統的調控流程圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖，對本發明作進一步的說明。

如圖1及圖2所示，一種“風光互補”的山丘區節水灌溉綜合調控系統，包括能源系統，灌溉系統，監測系統，數據傳輸系統，中央處理系統，管網與動力提升系統，輸配電及并網發電系統，以及輔助系統。

所述能源系統包括風力發電設備和太陽能光伏發電設備，用于將風能和太陽能轉化為風光互補的清潔電能，并為監測系統、數據傳輸系統、中央處理系統、管網與動力提升系統和輔助系統供電。所述風力發電設備和太陽能光伏發電設備均為數量相同的若干臺，每臺風力發電設備配套一臺太陽能光伏發電設備、且控制的作物種植面積為20畝。

所述灌溉系統包括蓄水池，均與蓄水池相連的滴灌設備、微噴灌設備和低壓管灌設備；灌溉系統用于對山丘區的種植作物進行節水灌溉。所述蓄水池的規模按照揚水機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濾網和斜管，所述斜管輸出經PE濾網過濾的水源。所述滴灌設備、微噴灌設備和低壓管灌設備在山丘區區域內依據種植作物的類型、種植面積進行布設。

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

所述數據傳輸系統包括數據傳輸設備，用于對監測數據進行傳輸；所述監測系統通過數據傳輸設備與中央處理系統相連。

所述中央處理系統包括CPU處理器，用于對監測數據進行處理分析，并輸出分析結果供能源系統、灌溉系統、管網與動力提升系統、輸配電及并網發電系統和輔助系統進行執行。如圖2所示，中央處理系統根據監測系統采集自作物的監測數據，對作物的生長情況作出準確判定，輸出以需定供的分析結果，從而啟動能源系統是將電能用于提調水源還是并入公共電網，以及啟動灌溉系統對作物進行節水灌溉。

所述管網與動力提升系統包括PVC-U農灌管、空氣壓縮機和揚水機，所述空氣壓縮機和揚水機相連構成氣壓揚水機、用于在能源系統供電作用下將山澗和山谷中的零星水源通過PVC-U農灌管提調到蓄水池中；所述PVC-U農灌管根據山丘區的地勢由高到底鋪設，使得滴灌設備、微噴灌設備和低壓管灌設備通過PVC-U農灌管的串并聯與蓄水池相連。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氣管和上水管相連，防止漏水和漏氣現象發生。

所述輸配電及并網發電系統包括逆變器和配電室，能源系統通過逆變器與配電室相連，用于將能源系統發電的多余直流電能轉化為交流電能并入公共電網；實現能源的高效利用，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的種植作物進行智能施肥；所述水源過濾器安裝在滴灌設備、微噴灌設備或低壓管灌設備上，用于過濾水源中的顆粒物；所述無人機用于對山丘區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置，提高灌溉設備壽命的同時，也滿足“水肥一體化”的需求。

本發明的創新點在于，利用清潔能源將山澗、山谷的零星水源提調起來，實現水資源的“零存整取”，同時滿足節水、節能、節肥、增收的多重目標。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發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明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發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明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。