河北省节水灌溉装备产业技术研究院
- 全称河北省节水灌溉装备产业技术研究院
- 依托单位名称河北润农节水科技股份有限公司
- 领域节水灌溉装备
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验收年月2018年06月
所在区域唐山市玉田县
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研究方向及主要研究内容
1、节水灌溉新技术研究:
（1）地埋式滴灌技术研究
地埋式滴灌在我国已经有初步试验性应用，但在灌水强度设计、长期使用寿命方面仍缺少系统性、规范性的设计及制造理论，各类产品均在进行试验摸索，需要进一步深化相关系统理论的研究，重点研究解决沙壤土质中地埋滴灌设计的理论数据，如土壤渗透速率，表层土壤浸润等不明确的问题；和地埋滴灌产品防堵塞结构改进和抗虫鼠啃食造成系统失效的问题。
（2）高含沙量灌溉水处理技术研究
微灌系统在引黄灌区及部分高含沙量灌溉地区中存在过滤系统处理能力不足的问题，容易堵塞灌溉系统，需要前置大型沉沙池等水工建筑物进行预处理才能满足水质要求，加大了灌溉系统首部的建设投资和用地需求，是一种不经济的妥协办法。现行的钢制离心过滤设备在高浓度泥沙运行环境中，锥体磨损速度快，设备寿命严重受到影响，研究院将重点研究钢制过滤器在高泥沙环境下的泥沙摩擦运动并针对性解决锥体磨损导致的设备寿命问题；并进一步研究高泥沙含量下水体适用的连续循环介质过滤设备。
2、滴灌管及其制造技术研究:
（1）滴头流道结构与水力性能关系的研究
压力补偿式滴头主要通过作用在滴头弹性膜片上水流压力的变化来改变出水口断面面积来调节流量，以确保出流稳定，提高灌水均匀度。滴头工作时灌溉水在水压作用下，由滴头上的梳型窄缝滤窗流入滴头内腔，再流经紊流流道消能，最终由滴头出水口流出。滴头流道结构形式和结构参数直接影响到滴头的水流流态和消能效果，是流道设计时考虑的主要因素。迷宫式流道是目前应用最广泛的一种流道结构，该结构通过管壁摩阻、流道尖角弯道及流道的收缩等共同作用进行消能，影响滴头性能的因素主要包括：流道的宽度、深度和长度等。由于受结构限制，滴头的水力性能难以直接测量，仅凭经验和反复试验，开发效率低、成本高，很难设计出高性能的滴头，因此拟采用计算机辅助设计结合构建数值模型的方法，借助Ansys-Fluent有限元分析软件对滴头的结构和性能进行研究，根据计算机软件模拟结果，分析滴头流道内流场分布特征及内部涡流区、滞留区、低速区产生和分布机理，对流道结构进行优化设计，以期研发出消能和抗堵塞性能好、灌水均匀度高的滴头。
（2）压力补偿式滴头补偿材料及结构研究
压力补偿式滴头由基片、盖片和弹性膜片三部分组成，目前基片和盖片多采用卡扣式连接，连接部位存在一定的定位余量，当温度发生变化时，会对滴头的性能造成影响。因此需对滴头的生产工艺进行改进，使得滴头的基片和盖片能够无缝结合，确保产品的强度和密封性；同时改进弹性膜片的生产工艺，提高生产效率和产品质量，使得弹性膜片与补偿区有机结合，提高滴头的压力补偿性能。研究院将对补偿弹性膜片的各项表征参数和补偿结构的相互作用及影响因素进行研究，从中总结出压力补偿滴头的设计关键数据，开发出媲美国际一流技术水平的压力补偿滴头。
3、高效喷灌技术及装备研究:
随着我国土地流转和规模化种植的发展，大型喷灌机组由于其具有自动化程度高、管理方便、工作效率高等优点，将得到大面积推广应用。中心支轴式喷灌机作业时，跨度长达数百米，沿机组长度方向的灌溉面积以机组有效长度的二次方关系增加，而输水管内的压力随着机组有效长度的增加而大幅度降低，运行过程中将产生较大的水头损失，如何降低系统运行能耗，提高灌水均匀度是喷灌机组研发的一大技术难题。传统的喷头配制方法主要有两种：一是等直径变间距法，该方法安装、更换喷头方便，但各段桁架输水管难以通用互换，对流量变化的适应性较差；二是等间距变直径法，该方法桁架输水管安装方便，但喷头规格与设计直径不完全匹配，且各喷头直径差距较小，难以区分，给安装、更换和维修带来一定的不便。研究院拟以中心支轴式喷灌机为主要研究方向，对其水力性能和喷头配置的理论方法进行研究，对喷灌机组的喷头进行优化配置，并以等间距配置的模式建立数学模型，开发相应的计算机软件，为喷灌机组喷头结构的优化配置提供理论指导，最大程度的发挥灌溉机组的效率。
4、农田节水灌溉物联网技术研究:
（1）滴灌水肥一体化灌溉专家决策系统的研究
我国目前水肥管理模式比较粗放，节水灌溉配套设备自动化程度低，灌水施肥劳动强度大，且水肥浪费比较严重，过量的肥料随灌溉水入渗，容易造成土壤和地下水的污染。随着规模化种植和设施栽培的不断发展，对田间水肥管理提出了更精细化的要求，尤其是设施栽培中反季作物的栽培对水肥控制更加严格。为满足现代农业的发展需求，要求水肥管理尽量能够做到“按需”供给，针对这一需求拟研发一种智能滴灌系统，可以根据田间气象信息和作物对水肥的需求特点及时作出反馈，通过控制水肥一体化系统电磁阀的通断、阀门的开度等对灌水周期、灌水量、施肥浓度等参数进行实时调控，确保作物能够在最适宜水肥条件下生长，提高作物产量，改善作物的品质。研究院未来将针对我省的主要农作物（马铃薯、玉米、小麦）和果树灌溉，综合分析不同作物的生长规律需求，以拟合生长需求为主要技术路线，综合各种田间种植要素，通过大数据挖掘，研究建立起智能化的滴灌水肥一体化灌溉决策专家系统。
（2）自动化、高精度施肥设备研发
我国目前常用的施肥设备主要为压差式施肥器或文丘里式施肥器，施肥器的结构简单，加工和使用方便，但对肥液的浓度难以精准控制，尤其是压差式施肥器，随着施肥过程的进行，肥液浓度会逐渐降低，施肥均匀性差；文丘里式施肥器可以以特定的浓度供给肥液，但在施肥过程中无法调节肥液浓度，且使用该设备时压力损失较大，一般适用于面积较小的灌区。为适应规模化种植和设施农业发展的需求，计划研发一种全自动比例式注肥机，该注肥机采用泵送式供肥，通过调节水泵的频率对肥液浓度进行调控；该施肥设备配备有专门的混肥箱，混肥箱内配备有EC/PH传感器，可以对肥液浓度进行精准控制，确保施肥的均匀性。
（3）田间气象监测系统的研究
田间气象监测系统用于实时监测土壤的温度、湿度以及田间风速、风向、降雨量等气象信息，为作物水肥精细化管理提供理论依据。田间气象监测系统将由传感器节点采集到的信息经转换、传输、处理后，结合作物对水肥的需求特点，得到作物不同生长时期对水肥的需求信息。该系统作为农业节水灌溉物联网的子系统，是重要的物理及化学感知系统，研究院将重点研究对影响农田节水灌溉的各类要素，并建立全面多要素传感监测网络和大数据库，为物联网的实现提供信息基础。
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代表性成果
1、1.内镶压力补偿式滴头的结构优化与性能测试:
针对我国目前节水灌溉技术推广应用中普遍存在的灌水均匀度低、滴头易堵塞的问题，采用实测实验与计算机软件模拟相结合的方法，对流道结构进行了优化设计，提出一种凸三角形与梯形凹槽相结合的圆弧式紊流流道结构，实测结果表明该结构消能效果好，抗堵塞能力强，有效改善了滴灌系统灌水均匀度低、灌水器易堵塞的问题，提高了滴灌系统对复杂地形的适应能力，为我国滴灌技术的进一步推广提供了技术保障。
2、地埋式滴灌管技术研发及示范性推广应用:
针对地埋式滴灌技术推广应用中普遍存在的滴头易堵塞，滴灌管易被虫鼠等啮齿类动物撕咬破坏等问题，对滴头结构和滴灌管配方工艺进行了优化s设计，提出了一种高抗堵塞流道结构和具有趋避虫鼠撕咬破坏的复合型管材技术，有效提高了地埋式滴灌系统的灌水均匀度和使用寿命。
3、全自动比例施肥机研发:
针对目前我国水肥管理粗放、田间管理设备技术落后、自动化程度低的问题，提出了一种全自动比例注肥机的设计方法，施肥机采用泵送式注肥，保证了是施肥的均匀、稳定性；采用PLC自动控制系统，操作方便、施肥均匀度高。实测结果表明研发的全自动比例施肥机操作简单、灵敏度和精确度高，肥液浓度可在1%―5%范围内实现精准控制，施肥均匀稳定。
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可向社会提供特色服务
1.内镶压力补偿式滴灌管技术委托研究及技术推广；
2.田间气象信息采集技术集成开发与设备共享；
3.全自动水肥一体化技术专业培训；