本发明属于农业灌溉技术领域，具体涉及一种温室大棚灌溉系统及方法。
背景技术：
温室大棚被广泛应用于一些经济作物的种植栽培，比如西红柿，草莓，黄瓜等。通过温室大棚，可以种植一些反季节作物，为农民增加收益。但是，温室大棚隔离了大气的降水，需要另外设置灌溉系统以保证作物生长过程中的水分需求，因此温室大棚内常安装微喷灌、滴灌系统。温室大棚也往往安装在水源附近，因此温室大棚内地下水埋深往往较浅。在我国东南部，年降雨量较大，在一次大降雨或连续降雨后，容易引起大棚周边沟渠积水，增大了大棚内边缘土壤浅层的含水率，会影响到作物的生长或结果的品质。另外，温室大棚周边的灌排水，如生活用水，其他温室大棚的灌溉水也会通过土壤的渗透作用影响到温室大棚内周边土壤的含水率；温室大棚内还可能因为土质差别影响到作物根系土层内的含水率，这些因素以及田间的不可控因素都有可能引起温室大棚内作物根系土层含水量分布的不均匀，不仅破坏了原有的灌溉计划，失去了通过灌溉对作物根系土壤含水量的控制，而且新的灌溉又会造成土壤含水量较高的区域积水，造成水分和养分流失，且影响田间管理。
传统的温室大棚微喷灌或滴灌系统虽然能进行均匀的灌溉，但是不能考虑到田间土壤含水量本身分布不均匀的因素，因此灌溉后不能使作物根系土层含水量分布均匀，不能对作物生长过程中的土壤水分实现有效均匀的控制。
技术实现要素：
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种灌排水一体的温室大棚灌溉系统及方法，从而提高灌溉措施下温室大棚内作物根系土壤水量分布的均匀性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种温室大棚灌溉系统，包括浅水位井、输水管路、水泵、水箱、电源、灌水器、灌溉阀门和逆止阀，所述浅水位井位于温室大棚周边或温室大棚内，所述水箱放置于高处，所述电源为所述水泵提供电力，所述浅水位井通过输水管路与水泵的入口连接，所述水泵的出口通过输水管路与水箱连接，所述水箱通过输水管路与灌水器连接，所述灌溉阀门安装于水箱与灌水器之间的输水管路上，所述逆止阀安装于所述水泵出口与所述水箱之间的输水管路上。
优选地，所述水泵为太阳能泵，所述电源为市电转化的直流电或由太阳能板供电。
优选地，所述灌水器为滴灌带和/或渗灌带，所述滴灌带铺设于田间地面作物根系处，所述渗灌带铺设于田间地面下方作物根系土层中。
优选地，还包括过滤器，所述过滤器安装于所述灌溉阀门和灌水器之间的输水管路上。
优选地，还包括控制器、用于检测水箱中水深的第一水位传感器和用于检测浅水位井中的水位与地面距离的第二水位传感器，所述灌溉阀门采用电磁阀，为第一电磁阀，所述水泵、第一电磁阀、第一水位传感器和第二水位传感器均与控制器电连接，控制器不断接收所述第一水位传感器和第二水位传感器反馈的信号；
所述控制器根据第一水位传感器测量值判断水箱是否满箱，并判断第二水位传感器测量值是否到达设定值，如果水箱未满箱且第二水位传感器测量值达到抽水设定值则控制水泵工作，如果水箱满箱或第二水位传感器测量值达到停止抽水设定值则控制水泵停止工作；
无需灌溉时，控制器控制第一电磁阀关闭；
需要灌溉时，控制器控制第一电磁阀开启，若水箱的储水量不足，则控制第一电磁阀关闭停止灌溉。
优选地，还包括开放水源、第二电磁阀和第三电磁阀，所述水泵与浅水位井之间的输水管路上设有支管路，所述第二电磁阀安装于所述支管路上，所述支管路与所述开放水源连通，所述第三电磁阀安装于所述支管路与所述浅水位井之间的输水管路上。
优选地，所述第二电磁阀和第三电磁阀均与控制器电连接，控制器不断接收所述第一水位传感器反馈的信号并计算水箱的储水量；
当控制器接收到灌溉指令时，控制器根据第一水位传感器测量值判断水箱是否满足灌溉需求，若满足灌溉需求，则控制第三电磁阀开启，第二电磁阀关闭，同时控制第一电磁阀开启进行灌溉；
若水箱的储水量不满足灌溉需求，优先从开放水源抽取水补充到水箱中，所述控制器控制第三电磁阀关闭，第二电磁阀开启，且控制水泵工作，通过开放水源抽取不足的灌水量至水箱中，同时控制第一电磁阀开启进行灌溉；在此过程中，若第一水位传感器测量值小于水箱的最小出水水位高度，则控制第一电磁阀关闭暂停灌溉，待第一水位传感器测量值大于允许出水水位高度时恢复灌溉；若第一水位传感器测量值大于水箱的最大警戒水位高度，则控制第二电磁阀、水泵关闭暂停补水，待第一水位传感器测量值小于允许补水水位高度时恢复补水。
优选地，还包括灌溉决策系统，所述灌溉决策系统与所述控制器电连接，所述灌溉决策系统提供给所述控制器灌溉时间和灌水量信号，所述控制器通过控制所述第一电磁阀在设定时间的开闭实现相应灌水量的灌溉。
优选地，所述灌溉决策系统设有键盘，可键盘输入灌溉时间和灌水量。
优选地，所述灌溉决策系统为计算机，所述计算机可计算灌溉时间和灌水量，并将计算结果发送给所述控制器。
本发明通过增加上述以控制器为核心的控制系统，可以进一步加强对灌溉的控制和应急处理，例如，当浅水位井中的水位较低时，控制器可关闭水泵停止从水源处抽水，等待浅水位井中水位恢复后再继续抽水；当水箱中水位到达溢出水位时停止抽水；当水箱中水位过低不足以灌溉时关闭水箱出口电磁阀暂停灌溉，此时若浅水位井中水源不够则选择从开放水源处取水再继续进行灌溉。
本发明的有益效果：
1.与现有技术相比本发明可以利用温室大棚周边或/和温室大棚内的浅水位井收集积水或地表水进行灌溉，在消除积水对温室大棚内作物生长不利影响的同时，将这部分水重新均匀灌溉至大棚内作物根系土层中，可以改善温室大棚内作物根系土层中水量分布均匀性，有利于灌溉决策对温室大棚内作物根系土层水分含量的控制，从而促进作物生长，提高结果的品质。
2.本发明通过浅水位井收集温室大棚内或周边过多的水分进行灌溉，有利于减少灌溉系统对开放水源，如河流，湖泊，深层地下水等的依赖，有效利用雨水和地表水，提高温室大棚用地的灵活性。
3.本发明通过控制系统、各个传感器以及电磁阀的实现自动化灌溉和自动化向水箱补水。
附图说明
图1为本发明所述一种温室大棚灌溉系统的结构示意图一。
图2为本发明所述一种温室大棚灌溉系统的结构示意图二。
图中：
1、浅水位井；2、输水管路；3、水泵；4、水箱；5、电源；6、灌水器；7、过滤器；8、控制器；9、灌溉阀门；10、第一水位传感器、11、太阳能板、12、开放水源；13、第二电磁阀；14、第三电磁阀；15、第二水位传感器；16、灌溉决策系统；17、逆止阀；18、第一电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例一：
如图1所示，本发明所述的一种温室大棚灌溉系统，包括浅水位井1、输水管路2、水泵3、水箱4、电源5、灌水器6、过滤器7、灌溉阀门9和逆止阀17，浅水位井1位于温室大棚周边或温室大棚内，水箱4放置于高处，电源5为水泵3提供电力，浅水位井1通过输水管路2与水泵3的入口连接，水泵3的出口通过输水管路2与水箱4连接，水箱4通过输水管路2与灌水器6连接，灌溉阀门9安装于水箱4与灌水器6之间的输水管路2上，过滤器7安装于灌溉阀门9和灌水器6之间的输水管路2上，逆止阀17安装于水泵3出口与水箱4之间的输水管路2上，防止水箱4中的水逆流回浅水位井1中。水泵3为太阳能泵，电源5为市电转化的直流电或由太阳能板11供电。
在本实施例中，种植作物为圣女果，其根系深度约为30-40cm。浅水位井1位于温室大棚内易于积水处，井口口径为20cm，深度为3m；输水管路2采用dn15的pvc管，水泵3扬程为4m，流量为1m3/h，水箱4放置于距离地面2.5m高处，电源5采用220v市电，灌水器6为滴灌管，滴灌管沿作物根系呈条状铺设，过滤器7采用叠片y型过滤器。
系统工作时，需通过人工方式启动或关闭水泵3，水流进入到水箱4后直接流到滴灌管中进行灌溉。当浅水位井1中水位升高至距离地面60cm或更小时，开始抽水，至液面降至距离地面200cm时停止抽水。采用人工方式时需要经常关注浅水位井1中水位变化，且当浅水位井1中水量不足时不能满足灌溉需求时则停止灌溉。
实施例二：
如图2所示，本发明的一种温室大棚灌溉系统，包括浅水位井1、输水管路2、水泵3、水箱4、电源5、灌水器6、过滤器7、控制器8、第一电磁阀18、第一水位传感器10、开放水源12、第二电磁阀13、第三电磁阀14、第二水位传感器15和逆止阀17，浅水位井1位于温室大棚周边或温室大棚内，水箱4放置于高处，电源5为水泵3提供电力，浅水位井1通过输水管路2与水泵3的入口连接，水泵3的出口通过输水管路2与水箱4连接，水箱4通过输水管路2与灌水器6连接，第一电磁阀18安装于水箱4与灌水器6之间的输水管路2上，过滤器7安装于第一电磁阀18和灌水器6之间的输水管路2上，逆止阀17安装于水泵3出口与水箱4之间的输水管路2上，防止水箱4中的水逆流回浅水位井1中。水泵3为太阳能泵，电源5为市电转化的直流电或由太阳能板11供电。
第一电磁阀18、第一水位传感器10、第二电磁阀13、第三电磁阀14和第二水位传感器15均与控制器8电连接。
在该实施方式中，种植作物为圣女果，其根系深度约为30-40cm。浅水位井1位于温室大棚周边易积水处，且井口为长1m，宽20cm的长条形，深度为3m；输水管路2采用dn15的pvc管，水泵3采用太阳能泵，扬程为4m，流量为1m3/h，电源5采用太阳能板11，水箱4放置于距离地面2.5m高处，灌水器6为滴灌管和渗灌管，灌水流量与太阳能泵流量相当，滴灌管和渗灌管均沿作物根系呈条状铺设，滴灌管铺设于地表，渗灌管铺设于地面下方30cm处，过滤器7采用叠片y型过滤器，在水泵3出口与水箱4之间安装有逆止阀17，防止水箱4中的水逆流回浅水位井1中。开放水源12为温室大棚附近的河流，第一电磁阀18、第二电磁阀13和第三电磁阀14均采用直流脉冲型电磁阀，第一水位传感器10、第二水位传感器15均采用0-100kpa压力传感器，控制器8以stm32芯片为核心，由太阳能板11供电，灌溉决策系统为远程个人电脑；
当远程个人电脑没有发送灌溉指令时，控制器8控制第一电磁阀18关闭，若第二水位传感器15测量的液面距离地面大于60cm，则太阳能泵不进行抽水；若第二水位传感器15测量的液面距离地面小于60cm，且第一水位传感器10测量的液面不超过水箱4高度时，控制器8控制第三电磁阀14打开，第二电磁阀13关闭，当太阳能充足时，控制器8开启水泵3将水抽送至水箱4内，直到第二水位传感器15测量的液面降至距离地面200cm时停止抽水，当第一水位传感器10测量的液面达到水箱4的高度时，关闭太阳能泵，停止抽水；若第二水位传感器15测量的液面距离地面小于60cm，且第一水位传感器10测量的液面达到水箱4高度时，控制器8给灌溉决策系统反馈信号，请求灌溉。
当远程个人电脑发送灌溉指令时，控制器8首先根据第一水位传感器10的测量值计算水箱4的储水量，若水箱4的储水量能满足灌溉需求，则控制器8保持上述没有灌溉指令时对浅水位井1的抽水过程，同时打开第一电磁阀18进行灌溉；若水箱4的储水量小于灌溉水量需求，则控制器8关闭第三电磁阀14，打开第二电磁阀13，并开启水泵3补充不足灌水量的部分，补足所需灌水量后，按水箱4的储水量满足灌溉需求条件运行。水箱4的补水和田间灌溉同时进行，该过程中，若第一水位传感器10测量的液面高度下降至20cm时，控制器8关闭第一电磁阀18，暂停灌溉，待水箱4的水位上升至30cm时开启第一电磁阀18继续灌溉；若水箱4的水位达到溢出高度时，控制器8关闭水泵3停止抽水，待水箱4水位下降20cm后重新使能补水过程。重复上述过程直至灌溉结束，恢复至没有灌溉指令时的运行状态。
为便于实际田间操作，灌溉决策系统同时设置了键盘输入方式，可直接在田间输入灌溉指令开始灌溉。
当没有灌溉指令时，若水箱4液面达到水箱高度且此时浅水位井液面距离地面也小于60cm，则根据用户需求，可打开第一电磁阀18，由渗灌管进行灌溉，将水分均匀分散到作物根系30cm深度的土层中，当水箱4液面下降50cm时，关闭第一电磁阀18，停止灌溉，恢复到没有灌溉指令的运行状态。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。