[发明专利]一种基于降水预报的小型机电水稻灌区灌溉优化方法

权利要求书

1.一种基于降水预报的小型机电水稻灌区灌溉优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据水稻生长时期、灌溉方式、灌溉开始时间及灌区地点确定所需灌溉要求的参数；

(2)确定灌溉前一天灌区稻田的水层深度；

(3)确定完成所需灌溉时长d天，d小于等于3；

(4)搜集过去n年同时间段内灌区的降水资料，确定往年日降水的平均值及其95％置信区间；其中，n大于等于15；

(5)获取灌溉时段内灌区的降水预报资料，确定灌溉时段内的预报日均降水量；

(6)确定灌溉时间内可信总降水量；

(7)根据灌溉前一天水层深度、可信总降水量计算灌溉时段内灌区稻田田间水层深度变化；

(8)根据灌溉要求完成灌溉；

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

a.确定灌区所在区域、灌溉开始时间以及灌溉时水稻的生长期；

b.根据步骤a中的信息确定灌区所用的灌溉方式，灌溉的适宜水层上限h_max，土壤含水率下限θ_min，土壤干容重田间渗漏量DP以及水面蒸发量Z以及α值，田间持水率θ₀，水稻的根系活动层深度S；

α值由下表给定：

c.根据水稻生长时期，利用α值法，即下式将水面蒸发量Z转化为作物需水量ET；

ET＝αZ

d.根据土壤含水率下限θ_min，土壤干容重利用下式计算地下湿润水层下限h_smax；

其中ρ为水的密度，ρ＝1g/cm³；

所述步骤(2)具体包括以下步骤：

a.确定灌溉起始日；

b.在灌溉起始日前一日在灌区实测地面水层深度H₀；

c.若灌溉起始日前一日无地面水层，则测量土壤含水率θ，并用下式计算地下的水层深度H₀：

所述步骤(3)具体包括以下步骤：

a.确定灌区的面积；

b.根据灌区面积确定灌溉需要的天数d，d小于等于3；灌区面积小于或等于1500亩，水稻的生育期d等于1；灌区面积大于1500亩，小于等于3000亩，水稻的生育期d等于2；水稻泡田期长江以北区域为3天，长江以南区域为2天；

所述步骤(4)具体包括以下步骤：

a.根据灌溉开始时间和一次灌溉延续时间确定灌溉首日和灌溉最后一天的日期；

b.搜集往年灌区灌溉首日和灌溉最后一天之间，包括灌溉首日和灌溉最后一天的降水实测数据，搜集的年数记为n，n大于等于15；共得到nd个降水实测数据；分别记为s₁₁，s₁₂，…，s_1d，…，s_nd；

c.以下式计算灌区往年在灌溉时期内的日平均降水量

d.从nd个降水实测数据中有放回的任意抽取10个数据，计算它们的平均值d₁；

e.重复上述步骤d，100次，共得到100个平均值d₁,d₂,…d₁₀₀；

f.将得到的100个平均值从小到大排列，其中第3个即为往年日平均降水量95％置信区间的下限记为u，第98个即为往年日平均降水量95％置信区间的上限记为v；

所述步骤(5)具体包括以下步骤：

a.从当地气象部门获得灌溉时段d天的降水量预报；

b.计算获得预报日降水量的平均值

所述步骤(6)具体包括以下步骤：

a.将预报日降水量平均值与往年日平均降水量95％置信区间的下限u和上限v比较；

b.如果则可信日均降水量

c.如果或则可信日均降水量

所述步骤(7)具体包括以下步骤：

通过灌区平均降水量预报数据、灌溉起始田间水层深度H₀、田间渗漏量DP、作物需水量ET、利用下式推算灌溉d天内逐日田间水层深度H_i；无表面水层时，水层深度指地下水层表面到稻田表面的距离；

H_i＝H_i-1+r-ET-DP,i＝1,2,...,d；第i,i-1天都有表面水层；

或者

H_i＝-H_i-1+r-ET-DP,i＝1,2,...,d；第i天有表面水层，第i-1天无表面水层；

或者

H_i＝|H_i-1+r-ET-DP|,i＝1,2,...,d；第i天无表面水层，第i-1天有表面水层；

或者

H_i＝|-H_i-1+r-ET-DP|,i＝1,2,...,d；第i,i-1天都无表面水层；

所述步骤(8)具体包括以下步骤：

a.有表面水层时比较灌区第i天田间水层深度H_i与h_max的大小；若H_i大于h_max则灌区在第i天需要排水，排水量h_p＝H_i-h_max；若H_i小于等于h_max但灌溉计划中该区域在这一天已开始灌溉，则第i天开始灌溉至该区域田间水层达到h_max，本次灌溉计划完成；否则该区域第i天不需要灌溉也不需要排水；

b.无表面水层时，比较第i天水层深度H_i与h_smax的大小；若H_i大于或等于h_smax则该灌区必须在第i天开始灌溉至适宜水层上限h_max；若H_i小于h_smax且灌溉计划中该区域在这一天还未开始灌溉，则该区域第i天不需要灌溉；若H_i小于h_smax但灌溉计划中该区域这一天已经开始灌溉，则第i天开始灌溉至该区域田间水层深度达到h_max；本次灌溉计划完成。