一种雨水集蓄系统及其降堵灌溉决策方法

本发明属于农业节水灌溉，具体的说是一种雨水集蓄系统及其降堵灌溉决策方法。背景技术：1、黄土高原等干旱半干旱地区水土流失与干旱缺水问题制约了农业的发展，逐渐的，集雨补灌技术得到了不断地发展，其可以克服降水分布不均、缓解水资源短缺，通过雨水集蓄存储进行农业灌溉利用，可以最大限度提升雨水资源的利用率。2、但是集雨补灌过程中的污染物形成的盐分危害问题影响作物的生长、改变土壤的渗透性，泥沙、土壤颗粒等杂质造成了集雨补灌系统和灌水器的堵塞，进一步水分利用效率不高，同时增加了灌水器的使用成本,降低了其使用寿命。3、雨水集蓄过程中会携带周围环境中的污染物和土壤颗粒，造成pe存储介质淤积现象严重，严重影响了正常灌溉。因此，降低集雨补灌技术中存在的淤积、堵塞问题，提高作物生长、土壤质量在农业节水灌溉技术领域显得尤为重要。4、目前，国家提出黄河流域要高质量发展,在黄土高原要大力发展集雨补灌等灌溉技术，在此背景下，可以最大程度的进行雨水集蓄灌溉。如何降低集雨补灌系统堵塞的发生，提升作物生长和土壤品质，提高水分利用效率，进行高效灌溉十分重要，目前的集雨补灌系统没有降堵装置和方法，仅有部分设有泥沙沉降池，应用效果一般。技术实现思路1、为解决上述问题，本发明提出了一种雨水集蓄系统及其降堵灌溉决策方法，集蓄雨水时减小存储介质淤积，灌溉时降低污染物和细小颗粒进入系统和灌水器内，降低化学和物理堵塞的发生，实现作物和土壤品质的提升，促进集雨补灌技术的发展。2、本发明通过以下技术方案来实现：3、一种雨水集蓄系统，包括用于收集雨水的雨水集流系统、实现雨水存储与灌溉的雨水存储灌溉装置、降堵灌溉决策系统；4、所述雨水存储灌溉装置主体内腔对应不同深度处分别设置有灌溉出口，所述降堵灌溉决策系统位于雨水存储灌溉装置上方，所述降堵灌溉决策系统包括流速传感器、漂浮式液位传感器、lora网关控制器；5、所述流速传感器分别位于若干个灌溉出口处，实现不同深度灌溉出口流速的实时监测，所述漂浮式液位传感器位于雨水存储灌溉装置主体内腔中，实现其主体内腔中液位、淤积厚度的实时精准监测，通过泥沙动力学方法得到的降堵灌溉动态决策方法减小泥沙和土壤颗粒进入集雨补灌系统内，实现降堵灌溉。6、进一步的，所述雨水集流系统包括集雨面、雨水汇集廊道、泥沙缓冲区、拦污格栅，雨水汇集廊道位于集雨面较低的一端，拦污格栅垂直设置于雨水汇集廊道内，泥沙缓冲区位于拦污格栅下方，雨滴通过集雨面汇入雨水汇集廊道，通过拦污格栅过滤杂物，再进入泥沙缓冲区，将大颗粒粒径泥沙初步沉降，实现雨水的一级降堵汇集。7、进一步的，所述雨水存储灌溉装置包括pe储存介质、检修清污口、雨水进口，所述雨水集流系统汇集的雨水通过雨水进口进入pe储存介质内腔中，实现存储灌溉；8、pe存储介质在不同深度处分别设置有对应的灌溉出口，且每个灌溉出口连接的位于pe存储介质外部的管道上还对应设置有灌溉电磁阀，每个灌溉出口的管道均经总出水管流出到田块；9、在每个灌溉出口的管道上还对应设置有防止不同高度灌溉时回流的逆止阀，总出水管上还设置有增压泵。10、进一步的，集雨补灌系统还包括污染物清除系统，所述污染物清除系统位于雨水集流系统和雨水存储灌溉装置之间，用于实现盐分及污染物的清除；11、所述污染物清除系统包括进水管道、位于进水管道下方的排污管道，在排污管道上设置有排污管道电磁阀。12、进一步的，所述污染物清除系统采用的决策控制步骤具体如下：13、s1、降雨发生时，排污管道电磁阀处于开启状态；14、s2、依据降水强度会改变土壤泥沙的随水运动的能力，基于实时降水强度数据，构建雨水冲刷能力的公式判断决策：15、16、式中：k为降雨强度系数，取值范围为0～1；ω为颗粒沉降速度，r为颗粒半径，a、b、c为动态变化系数，q为降水强度；17、s3、当降水强度级别为小时，排污管道电磁阀关闭，雨水进入pe储存介质内；18、s4、当降水强度级别为中、大强度时，排污管道电磁阀开启，在15min后关闭，雨水进入pe储存介质内；19、s5、当降水强度级别为极大强度时，排污管道电磁阀始终开启，雨水从排污管道排出；20、s6、基于s1-s5，实现盐分、污染物、泥沙的清除。21、进一步的，所述漂浮式液位传感器位于pe储存介质内腔中且置于漂浮式液位传感器垂直移动框中，所述漂浮式液位传感器用于测定pe存储介质内液面距离最底部高度h1和液面距离淤积面高度h2，根据h1-h2获取淤积高度；22、所述lora网关控制器连接漂浮式液位传感器和流速传感器，其固定于pe存储介质外部，将数据实时传输至降堵灌溉决策系统。23、进一步的，位于雨水存储灌溉装置上方还设置有光伏动力系统，通过光伏发电，电池集蓄电能，为降堵灌溉决策系统及雨水存储灌溉装置、污染物清除系统提供电能实现决策。24、一种降堵灌溉决策方法，应用在上述集蓄系统中，其方法为：25、s7、基于灌溉出口流速vi、灌溉出口距淤积面高度h＝hi-(h1-h2)判断实时灌溉出口流速vi是否大于泥沙土壤启动速度vf、上浮速度vc；26、s8、当判断为yes时，降堵灌溉决策系统关闭vi处灌溉电磁阀，开启vi+1处灌溉电磁阀，当vi+1处仍满足决策系统yes时，表明淤积严重或灌溉流量过大，存在风险，灌溉系统关闭；27、s9、当判断为no时，降堵灌溉决策系统关闭vi处灌溉电磁阀，开启vi-1处灌溉电磁阀，当vi-1处仍满足决策系统no时，表明淤积较清或灌溉流量较小，无灌溉风险；28、s10、当灌溉液面低于0.4h时，灌溉系统关闭，灌溉过程中根据决策yes、no交替启闭灌溉出口电磁阀，基于此实现降堵灌溉决策。29、进一步的，灌溉出口分别位于pe储存介质内0.4h、0.6h、0.8h处，降堵灌溉动态决策方法包括以下步骤：30、s11、依据灌溉出口流速v0.4h、v0.6h、v0.8h、pe存储介质淤积程度h1-h2、液面距离底部高度h1、液面距离淤积面高度h2、灌溉泥沙土壤颗粒d、颗粒沉降速度ω八个参数实现降堵灌溉决策；31、s12、lora网关控制器实现h、h1、h2，流速v0.4h、v0.6h、v0.8h的数据实时监测、传输、控制；32、s13、通过lora网关控制器发送灌溉命令，降堵灌溉决策系统开始运行，进行决策；33、s14、实时传输获取液面距离底部高度h1、液面距离淤积面高度h2，淤积高度h1-h2数据；34、s15、若h1＞0.4h，且h2＞0.2h，可以进行灌溉，电磁阀打开，同时增压泵开启工作；35、s16、位于0.4h的流速传感器实时上传0.4h灌溉出口位置页面的实时流速，当流速＞土壤泥沙粒径悬浮启动的流速时，0.4h灌溉出口的电磁阀关闭；36、s17、此时，位于0.6h灌溉出口的电磁阀开启，位于0.6h的流速传感器实时上传0.6h灌溉出口位置液面的实时流速，当0.6h水深处流速＞该处土壤泥沙粒径悬浮启动的流速时，0.6h灌溉出口的电磁阀关闭，此时所有电磁阀都处于关闭状态；37、s18、此时，位于0.8h灌溉出口的电磁阀开启，位于0.8h的流速传感器实时上传0.8h灌溉出口位置液面的实时流速，当0.8h水深处流速大于该处土壤泥沙粒径悬浮启动的流速时，0.8h灌溉出口的电磁阀关闭，此时所有电磁阀都处于关闭状态。38、进一步的，上浮速度vc、启动速度vf公式为：39、40、vf＝0.812d0.4ω0.2h0.241、式中：d、ε、ω、h分别为颗粒直径、孔隙率、颗粒沉降速度、灌溉出口距淤积面高度h＝hi-(h1-h2)。42、本发明的有益效果在于：43、1、本发明的降堵灌溉装置从雨水汇集到雨水存储到雨水灌溉这一过程，从雨水汇集源头减少土壤泥沙颗粒等进入雨水存储系统，在灌溉过程中通过降堵灌溉决策方法和系统降低细小颗粒进入灌溉系统和灌水器内，可以有效地降低集雨补灌技术中的堵塞问题；44、2、本发明的污染物清除系统有效地降低了雨水汇集过程中盐分等污染物进入雨水存储系统，进一步会降低灌溉中盐分对作物生长和土壤渗透性的影响；45、综上所述，本发明缓解了现行集雨补灌时存在的物理和化学堵塞问题，同时减小了盐分对旱作生长的影响和土壤渗透性改变的问题，实现集雨补灌系统及灌水器的高效灌溉，提高了灌溉水分利用效率和作物产能品质，促进了集雨补灌技术的进一步推广与应用。