本发明属于农田水利技术领域，具体涉及一种生态农田需水预报系统、测算模型及需水预报方法。
背景技术：
我国的农业用水量消耗了80％的水资源总量，农产品70％来自灌溉农田。农田需水量是估算农业灌溉用水量的参考依据，是水土资源平衡计算、灌溉工程规划设计和运行管理中不可缺少的基本数据，准确地测定农田需水量已成为提高区域水资源利用效率的关键环节。随着技术的进步，农田种植结构调整采用农田养殖水产的模式，农田养殖是指利用稻田浅水环境辅以人为措施，既种稻又养殖鱼、虾、蟹等水产品，以提高稻田生产效益的一种生产形式。农田养殖使植物、动物二者互利共生，形成新的生态系统，充分发挥农田的生产力，达到了提高经济效益的目的。农田需水量研究一直受到国内外的高度关注，但热点多集中在一种或多种作物在不同的种植方式的需水量测定和测算方面，较少涉及到农田内不同类型的生物结构时的需水量测算，该种情况下的农田需水量测算更为复杂，因此传统农田需水量测算方法和精度难以满足结构调整下的生态农田的需要，降低了节水灌溉工程的针对性和实效性。
并且现有技术中大部分还是通过人工代入数据到测算模型中进行计算，操作比较麻烦，将测算模型和现代计算机技术结合起来应用到大田需水预算中的还比较少。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种生态农田需水预报系统，该系统将农田养殖更加精准和细化，有效减少人工和不确定的成本。
所述生态农田需水预报系统包括基础数据库、需水测算模块和需水预报模块；所述基础数据库分别与需水测算模块和需水预报模块连接；
其中，所述基础数据库包括分类储存的区域地形地貌、土壤特性、水文气象、种植结构资料；
所述需水测算模块包括作物需水测算模块、动物需水测算模块和综合需水量测算模块；所述作物需水测算模块用于存储作物需水量的测算模型，动物需水测算模块用于存储动物需水量的测算模型，综合需水量测算模块用于存储作物、动物的综合需水量的测算模型；
所述需水预报模块包括调用模块、阶段控制指标模块、天气预报模块、实时预测模块；所述调用模块用于调用基础数据库中的数据以及和需水测算模块中的测算模型；所述阶段控制指标模块用于存储不同作物、动物不同阶段的阶段控制指标；所述天气预报模块用于输入降水量；所述实时预测模块用于通过输入农田作物、动物的参数计算得出预测阶段末的农田水深指标值，并且与阶段控制指标相比较，确定是否需水，且通过测算模型确定需水量。
具体地，土壤特性资料包括土壤类型、容重、持水特征、有机质、土壤酸碱度；水文气象资料包括河流水系、水位特征、水质、温湿度、降雨、风速、辐射、日照；种植结构资料包括作物种类、生育阶段、占地面积，种植方式。这些资料均属于数据库中存储的基本资料，在进行需水预测时，上述情况属于常规指标需要列出。
所述阶段控制指标包括指标上限、指标平均值、指标下限，其中h作上限、h作平均、h作下限由作物种类、生育阶段确定，h动上限、h动平均、h动下限由动物类型、生长阶段确定，对于不同动物水质指标，同时可设置指标的预警范围，上述数值根据地区实测值进行确定，不同植物、动物的上述值对于本领域技术人员来讲均能通过现有数据进行查询。
所述实时预测系统通过对农田作物、动物的各种参数实时监测，与阶段控制指标相比较，确定是否需水，且通过测算模型确定需水量。
本发明的目的之二在于提供生态农田需水测算模型，该模型将动物需水和作物需水统一形成生态农田综合需水，有效减少农田的需水量，大大提高水分的利用效率。
具体地，所述需水测算模型包括三部分：作物需水量测算模型、动物需水量测算模型、综合需水量测算模型。作物需水量的测算模型q作＝(h限-h)×z，其中q作为作物需水量，h限为作物阶段限值，z为农田中作物面积；
其中水田：h＝h1+p-s-αe0，其中h1和h为时段始、末水田蓄水深；p为降雨量；s为田间渗漏量；αe0为水田蒸发量，e0为水面蒸发量，α为作物各生育期需水系数；
旱田：h＝h1+p-e，其中h1和h为土壤始、末含水量；p为降雨量；e为陆面蒸发量。
所述动物需水量的测算模型q动＝βv沟塘-p+s+e0，其中q动为动物需水量，βv沟塘为各时段内动物需要的换水量，v沟塘为养殖沟塘容积，β为动物不同时期需要换水的系数；s为田间渗漏量；e0为水面蒸发量，根据养殖水质的需要，换水的系数在0.3～1之间。
综合需水量的测算模型q综具体测算方法如表1所示：
表1综合需水量的测算模型q综具体测算方法
其中，q综为农田综合需水量，h作为作物阶段蓄水深；h动为动物阶段蓄水深。
本发明的另外一个目的在于提供一种生态农田需水预报方法，该方法充分考虑各影响因素，基于作物-动物共生的农田种植方式，对传统的农田需水量测算方法进行补充完善。通过对生态农田需水的预报，对区域水资源进行优化调度，能够更好的满足实际生产的需要。
具体地，所述方法包括如下步骤：
(1)根据生态农田的需要，将区域地形地貌、土壤特性、水文气象、种植结构资料录入基础数据库中；
(2)将作物、动物、综合需水量的测算模型录入分别保存在作物需水测算模块、动物需水测算模块和综合需水量测算模块中；
(3)将实测田间水分水质资料与阶段控制指标进行比较判断，确定生态农田是否需水，并且通过测算模型确定需水量；
(4)实时监测生态农田水水质情况，将实测农田水分水质情况与阶段控制指标进行比较，确定生态农田是否需水，结合天气预报降雨情况通过需水测算模型计算明确需水量，从而进行灌溉及排水，满足动物和作物不同时期需水要求；
(5)完成生态农田作物、动物整个生育期的需水测算及预报后，对数据再进行储存分析，为类似地区生态农田需水测算提供经验数据。
本发明方法具有如下优点：
1.本发明通过需水测算模型将水产动物需水和作物需水统一形成生态农田综合需水，有效减少农田的需水量，大大提高水分的利用效率。
2.采用生态农田需水预报系统是的农田养殖更加精准和细化，有效减少人工和不确定的成本。
3.充分考虑各影响因素，基于作物-动物共生的农田种植方式，对传统的农田需水量测算方法进行补充完善。通过对生态农田需水的预报，对区域水资源进行优化调度，能够更好的满足实际生产的需要。
附图说明
图1是本发明需水预报系统计算方法示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
一种生态农田需水预报系统包括基础数据库、需水测算模块和需水预报模块；所述基础数据库分别与需水测算模块和需水预报模块连接；
其中，所述基础数据库包括分类储存的区域地形地貌、土壤特性、水文气象、种植结构资料；
所述需水测算模块包括作物需水测算模块、动物需水测算模块和综合需水量测算模块；所述作物需水测算模块用于存储作物需水量的测算模型，动物需水测算模块用于存储动物需水量的测算模型，综合需水量测算模块用于存储作物、动物的综合需水量的测算模型；
所述需水预报模块包括调用模块、阶段控制指标模块、天气预报模块、实时预测模块；所述调用模块用于调用基础数据库中的数据以及和需水测算模块中的测算模型；所述阶段控制指标模块用于存储不同作物、动物不同阶段的阶段控制指标；所述天气预报模块用于输入降水量；所述实时预测模块用于通过输入农田作物、动物的参数计算得出预测阶段末的农田水深指标值，并且与阶段控制指标相比较，确定是否需水，且通过测算模型确定需水量。
具体地，土壤特性资料包括土壤类型、容重、持水特征、有机质、土壤酸碱度；水文气象资料包括河流水系、水位特征、水质、温湿度、降雨、风速、辐射、日照；种植结构资料包括作物种类、生育阶段、占地面积，种植方式。
所述阶段控制指标包括指标上限、指标平均值、指标下限，其中h作上限、h作平均、h作下限由作物种类、生育阶段确定，h动上限、h动平均、h动下限由动物类型、生长阶段确定，对于不同动物水质指标，同时可设置指标的预警范围。
所述实时预测系统通过对农田作物、动物的各种参数实时监测，与阶段控制指标相比较，确定是否需水，且通过测算模型确定需水量。
具体地，作物需水量的测算模型q作＝(h限-h)×z，其中q作为作物需水量，h限为作物阶段限值，z为农田中作物面积；
其中水田：h＝h1+p-s-αe0，其中h1和h为时段始、末水田蓄水深；p为降雨量；s为田间渗漏量；αe0为水田蒸发量，e0为水面蒸发量，α为作物各生育期需水系数；
旱田：h＝h1+p-e，其中h1和h为土壤始、末含水量；p为降雨量；e为陆面蒸发量。
所述动物需水量的测算模型q动＝βv沟塘-p+s+e0，其中q动为动物需水量，βv沟塘为各时段内动物需要的换水量，v沟塘为养殖沟塘容积，β为动物不同时期需要换水的系数；s为田间渗漏量；e0为水面蒸发量，根据养殖水质的需要，换水的系数在0.3～1之间。
综合需水量的测算模型q综具体测算方法见表1。
实施例2
一种生态农田需水预报方法，所述方法包括如下步骤：
(1)根据生态农田的需要，将区域地形地貌、土壤特性、水文气象、种植结构资料录入基础数据库中；
(2)将作物、动物、综合需水量的测算模型录入分别保存在作物需水测算模块、动物需水测算模块和综合需水量测算模块中；
(3)对于输入的天气预报情况以及农田作物、动物的各种参数，与阶段控制指标相比较，确定是否需水，并且通过测算模型确定需水量；
(4)实时监测生态农田水质情况，将实测农田水分水质情况与阶段控制指标进行比较，确定生态农田是否需水，结合天气预报降雨情况通过需水测算模型计算明确需水量，从而进行灌溉及排水，满足动物和作物不同时期需水要求；
(5)完成生态农田作物、动物整个生育期的需水测算及预报后，对数据再进行储存分析，为类似地区生态农田需水测算提供经验数据。
实施例3预测一周时段每亩地作物需水量
如在江苏骆马湖以南地区，水稻品种为早稻，生育阶段为分蘖，在6月上旬，其中h作上取50mm，h作中取35mm，h作下取10mm，水稻分蘖期需水系数α取1.08，e0取经验值6mm/d，预测一周时段内降雨量p为5mm，田间渗漏量s取2mm/d，实测田面水深h1为17mm，根据模型h＝h1+p-s-αe0＝17+5-2×7-1.08×6＝0.52mm<h作下，每亩地需灌溉水量
实施例4预测一周时段每亩地动物需水量
在江苏骆马湖以南地区，水稻品种为早稻，养殖河虾，时间为6月上旬，其中稻田养殖沟总长150m，深度0.80m，宽度0.80m，稻田养殖塘长×宽×深为1.0×1.0×0.80m，其中动物水深限值以稻田底部高程为基准，h动上取250mm，h动中取50mm，h动下取10mm，根据养殖要求河虾每周需换一次水即β为1.0。预测一周时段内降雨量p为5mm，田间渗漏量s取2mm/d，e0取经验值6mm/d。实测田面水深h1为17mm>h动下养殖要求范围内，维持当前水深，每亩地需水量
实施例5预测一周时段每亩地综合需水量
在江苏骆马湖以南地区，水稻品种为早稻，养殖河虾，6月上旬处于作物、动物共生阶段，水稻品种为早稻，生育阶段为分蘖，在6月上旬，其中h作上取50mm，h作中取35mm，h作下取10mm，水稻分蘖期需水系数α取1.08。稻田养殖沟总长150m，深度0.80m，宽度0.80m，稻田养殖塘长×宽×深为1.0×1.0×0.80m，其中动物水深限值以稻田底部高程为基准，h动上取250mm，h动中取50mm，h动下取10mm，根据养殖要求河虾每周需换一次水即β为1.0。预测一周时段内降雨量p为5mm，田间渗漏量s取2mm/d，e0取经验值6mm/d，也可根据经验公式带入温度、风速等参数计算。根据实施例1和实施例2测算，实测田面水深h1为17mm>h动下养殖要求范围内，同时h作下＜h1＜h作上，q动(550m3)＞q作上(330m3)，因此取q综＝q动＝550m3。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。