本发明涉及一种灌溉区水资源调控系统及调控方法。
背景技术：
在我国农业灌溉是最主要的用水大户，其用水量约占总用水量的70%。长期以来，由于管理粗放、技术落后，我国农村大部分地区的农田灌溉仍采用传统的大水漫灌方式。由于快速地将水供给耕作层，植物的根带吸收能力有限，大量的水资源通过溢流、蒸发和渗漏流失，同时也将植物根部的肥料渗走，造成水资源的浪费以及土壤结构的变化，从而直接影响作物的生长。同时传统的灌溉通常由人工判断土壤干湿情况，或根据不同作物生长期大致的需水量进行浇灌，做不到更进一步的根据作物生长需要的实时精准灌溉，导致灌溉时机不够及时，造成作物生长受到影响，或者灌溉效率不高造成水资源浪费。针对以上，已有相关技术围绕无线通讯装置、无线通讯模块、湿度传感器等将农田灌溉自动化，但大多集中于无线传感器执行网络等电子信息技术方面，本发明设计一种水资源智慧化调控系统，依据土壤墒情监测，通过智慧化管理系统，实现根据作物需求的自动化灌溉，并完成即时收费。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种灌溉区水资源调控系统及调控方法，以解决传统农业灌溉的灌溉效率低，导致水资源浪费的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种灌溉区水资源调控系统，包括
混合池，用于汇聚灌溉区内的不同的水源进行混合，利用水泵将混合池中的水导入农田中；
自动监控单元，用于对各个水源的水流量信息以及各水源进入混合池中的水流量信息进行自动监测；
土壤墒情监测单元，用于实时监测灌溉区内的农田的土壤含水量信息；
作物需水监测单元，用于采集灌区内的主要作物的需水量信息，根据需水量信息建立区域内的不同作物在不同生长周期的作物需水量模型；
无线传输单元，用于将各水源的水流量信息、各水源进入混合池中的水流量信息、土壤含水量信息和作物需水量模型传送到云服务平台；
云服务平台，用于接收各水源的水流量信息、各水源进入混合池中的水流量信息、土壤含水量信息和作物需水量模型，并将土壤含水量信息与作物需水量模型进行对比，判断农田是否缺水，再根据判断结果、各水源的水流量信息和灌溉成本形成灌溉选择方案，并将形成的灌溉选择方案发送至移动终端；
移动终端，用于接收灌溉选择方案，根据灌溉选择方案确定最佳灌溉方案，并将最佳灌溉方案发送至云服务平台，云服务平台根据接收到的最佳灌溉方案控制各水源进入混合池的水流量，最终实现远程自动控制混合池内的进水量。
进一步地，调控系统还包括用于根据自动检测单元检测到的水流量进行自动缴费的缴费单元。
进一步地，每个水源与混合池连接处均设有控制阀和自动控制单元，云服务平台通过自动控制单元控制控制阀的开启。
进一步地，土壤墒情监测单元包括若干安装在灌溉区的农田中的土壤墒情监测探头。
进一步地，混合池连内设有过滤格栅。
一种灌溉区水资源调控方法，包括以下步骤：
S1：建立混合池，利用混合池汇聚灌溉区不同的水源进行混合，并将其通过水泵导入灌溉区的农田中；
S2：利用自动监控单元实时采集各个水源的水流量信息和各个水源进入混合池中的水流量信息，利用土壤墒情监测单元采集利用所述农田内的土壤含水量信息；
S3：利用作物需水监测单元采集灌区内的主要作物在不同生长周期的需水量信息，并根据需水量信息建立区域内的不同作物在不同生长周期的作物需水量模型；
S4：利用云服务平台，将土壤含水量信息与作物需水量模型进行对比，判断农田是否缺水，并根据判断结果、各水源的水流量信息和灌溉成本形成灌溉选择方案，并将形成的灌溉选择方案发送至移动终端
S5：利用移动终端根据灌溉选择方案确定最佳灌溉方案，并将最佳灌溉方案发送至云服务平台，云服务平台根据接收到的最佳灌溉方案控制各水源进入混合池的水流量，最终实现远程自动控制混合池内的进水量。
进一步地，水源与混合池连接处设有控制阀，混合池的水通过水泵导入农田中；控制阀和水泵通过自动控制单元控制控制阀的开启。
进一步地，步骤S3的具体包括：采集灌溉区内的主要作物需水量，根据区域内不同作物在出苗期、抽穗期、灌浆期、成熟期需要的需水量信息，建立不同区域不同作物在不同生长周期的作物需水量模型。
本发明的有益效果为：
1、通过在不同水源出口建设混合池，并在混合池内安装过滤格栅，能够有效去除灌溉水源中的部分杂物与悬浮颗粒物。并且，建设初沉混合池，可使细颗粒物充分沉淀，也可使不同来源的水源完全充分混合。
2、通过根据区域作物类型、生长特点、不同阶段需水量等建立作物需水量模型，并根据土壤墒情探头监测的土壤含水量计算所需要灌溉的灌溉水量，可以提高灌溉效率，使灌溉水量及灌溉时间更接近于作物真实需水，节约水资源，促进植物生长，并节省大量人力和物力。
3、用户可以利用移动终端远程获取农田的实时含水量和需水量，也可通过移动终端实现农田灌溉，操作简单快捷。
4、通过缴费单元自动完成灌溉缴费过程，在完成一次灌溉信息反馈后，根据灌溉水量、灌溉水源自动计算需要收取的消费，节省大量的人力和物力。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
其中：1、农田；11、土壤墒情监测探头；2、混合池；21、水泵；3、水源；4、控制阀；41、自动控制单元；5、云服务平台；6、移动终端；7、过滤格栅。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示的灌溉区水资源调控系统，一种灌溉区水资源调控系统，包括混合池2、土壤墒情监测单元、作物需水监测单元、无线传输单元、云服务平台5、自动监控单元和缴费单元，下面分别对各个组成单元进行详细描述：
混合池2的作用是将不同的水源3汇聚来进行混合，混合池2的水通过水泵21导入农田1中。每个水源3与混合池2连接处均设有控制阀4和自动控制单元41，混合池2内还安装有用于对进入混合池2内的水进行过滤的过滤格栅7。
自动监控单元用于对各个水源3的水流量信息以及各水源3进入混合池2中的水流量信息进行自动监测。土壤墒情监测单元包括若干安装在农田1中的土壤墒情监测探头11，用于对各个水源3的水流量信息以及各水源3进入混合池2中的水流量信息进行自动监测。作物需水监测单元，用于采集灌区内的主要作物在出苗期、抽穗期、灌浆期、成熟期等不同生育期需要的作物需水量信息，并根据需水量信息建立区域内的不同作物在不同生长周期的作物需水量模型。
云服务平台5用于将土壤含水量信息与作物需水量模型进行对比，判断农田是否缺水，再根据判断结果、各水源3的水流量信息和灌溉成本形成灌溉选择方案，并将形成的灌溉选择方案发送至移动终端6。移动终端6根据接收到的灌溉选择方案确定最佳灌溉方案，并将最佳灌溉方案发送至云服务平台5，云服务平台5在根据接收到的最佳灌溉方案控制向自动控制单元41发送控制命令，通过控制控制阀4和水泵21的开启，实现远程自动控制混合池2内的进水量，最终实现远程自动控制混合池2内的进水量。
缴费单元用于根据自动检测单元检测到的水流量进行自动缴费，在完成一次灌溉信息反馈后，根据灌溉水量、灌溉水源3自动计算需要收取的消费，节省大量的人力和物力。
本系统的工作原理为：首先依靠土壤墒情监测系统将土壤含水量数据实时传输至云服务平台5，云服务平台5作物需水量模型与农田1实时土壤含水量进行底壁判断是否亏缺。若水分亏缺时，系统发出信息指令传输至用户手持终端。用户手持终端提前下载该系统APP软件，可以查看每块田的实时土壤水分情况，并接受系统水分亏缺需要灌溉的提示。
云服务平台5根据不同水源3流量监测数据判断是否有水，哪种水源多，哪种水源少，经过系统内部组合给出不同的几组优化方案，如只沟水灌、只渠水灌、沟渠水各一半灌、沟水三分之一灌等多种组合，并且根据各种水源3的量计算每种组合方案的水费。用户在手持终端接收到不同组合方案后，可根据实际需要选择灌溉方案，并将控制指令反馈到云服务平台5。云服务平台5根据用户反馈的方案，计算各种水源3提闸高度与提闸时间，通过无线信息传输系统实现各种水源3闸门的自动提闸，从而启动该次灌溉过程。
不同水源3的水进入混合池2充分混合后，再根据自动化水泵21的控制泵入需要灌溉的大田。灌溉达到一定量时，云服务平台5根据土壤墒情监测系统进行判断，若已达到所需灌溉水量，则系统自动完成干沟和干渠的合闸过程，从而终止该次灌溉过程。在完成一次灌溉过程后，系统根据灌溉水量、灌溉水源3类型自动完成缴费过程。
本发明还提供了一种灌溉区水资源调控方法，包括以下步骤：
S1：建立混合池2，将灌溉区的水源3连通起来，利用水泵21将混合池2的水通过导入农田1中；并且，在水源3与混合池2连接处设置控制阀4，利用自动控制单元41控制控制阀4和水泵21的开关。
S2：利用安装在灌溉区的农田1里的若干土壤墒情监测探头11实时监测土壤含水量，获取农田1的实时土壤含水量信息；
S3：选取区域主要作物类型，进行作物需水量采集，根据不同作物不同生长周期田间灌溉定额确定区域内作物类型在出苗期、抽穗期、灌浆期、成熟期等不同生育期需要的作物需水量信息，建立不同区域不同作物在不同生长周期的作物需水量模型。
S4：将土壤墒情监测探头11检测到的实时土壤含水量与土壤墒情监测探头11进行对比，判断农田1是否缺水，再根据判断结构以及不同水源3的水流量个灌溉成本形成灌溉选择方案，并将形成的灌溉选择方案发送至移动终端6；
S5：用户通过移动终端6接收灌溉选择方案，并通过云服务平台5向自动控制单元41发送控制命令，通过控制控制阀4和水泵21的开关，实现远程自动控制混合池2内的进水量，对农田1进行实时适量灌溉。
根据本申请的一个实施例，本发明中所说的不同水源3可以为沟水和渠水。在引黄灌区一沟一渠的农田1系统设置大格局下，在干沟和干渠汇合口建设混合池2，将沟水与渠水掺混后用于农田1灌溉，可节约水资源。
干沟和干渠中的水在进入混合池2前均先通过过滤格栅7，去除水源3中的杂物及部分悬浮颗粒物。在混合池2内建设初沉混合池2，将进入混合池2的不同水源3初步混合并进一步沉淀细颗粒物。
在干沟和干渠出口处设置节制闸门，该闸门上安装流量监测仪与自动控制提合闸装置，流量监测数据可无线传输至云服务平台5，自动控制提合闸装置与云服务平台5之间建立数字监控体系，通过云服务平台5的指令信息，闸门可自动完成提合闸过程及提闸高度。
混合池2可形成一个小循环系统，是在经过初沉混合池2后根据混合池2大小及形状设置不同挡板结构，人为制造小循环通道，增加水源3在混合池2内流动时间，使两种水源3充分混合。在混合池2出口设置自动化水泵21，与远程云服务平台5实现无线信息联系，以实现自动化泵水过程。
根据本申请的另一个实施例，本发明中所说的不同水源3还可以指引黄水和南水北调水。在两种水源3汇合口建设混合池2，将引黄水与南水北调水掺混后用于农田1灌溉。引黄水价格相对便宜，但泥沙含量高，容易造成渠道和混合池2淤积。南水北调水价格相对昂贵，但水质好保证率高，这两种水源3相结合，可以给用户提供更多种的选择。
混合池2在引黄水和南水北调水进入初沉混合池2后，可初次沉淀黄河水中的泥沙，在小循环系统运行过程中可再次沉淀黄河水中的泥沙。在进行多次灌溉后，混合池2要定期进行淤沙和淤泥的清理。