本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，特別涉及一種水稻田灌溉需求信息的獲取方法及裝置。

背景技術(shù)：

水稻作為我國主要的主食之一，占商品糧比重大，水稻的生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)種植水稻提高產(chǎn)量成為重要議題。其中，在水稻種植中，水稻種植需水量較大，對于水資源條件有限的區(qū)域，尤其需要對水稻不同生育期的灌溉水量進(jìn)行精確估算，以保證在有限的水資源條件下實(shí)現(xiàn)水稻的穩(wěn)產(chǎn)增收，保障糧食供應(yīng)安全。

然而，水稻的耗水量受氣象條件影響較大，再加上降水量時(shí)空分布的隨機(jī)性，導(dǎo)致水稻的灌溉水量計(jì)算存在較大難度。故而，歷史氣象情景下水稻灌溉水量的水稻種植灌溉數(shù)據(jù)對于不同水平年的灌溉水量計(jì)算和灌溉制度的制定具有極高的參考價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題是提供一種水稻田灌溉需求信息的獲取方法及裝置，用以實(shí)現(xiàn)歷史任意氣象情景下水稻灌溉水量的精確計(jì)算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水稻田灌溉需求信息的獲取方法，包括：

獲取水稻田的蒸散量、下滲排水量和降水量；

根據(jù)所述蒸散量、下滲排水量和降水量，獲得水稻田的田面積水水深；

根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述獲取水稻田的蒸散量的步驟包括：

獲取氣象數(shù)據(jù)；

根據(jù)彭曼公式及所述氣象數(shù)據(jù)，獲得潛在蒸散發(fā)速率；

根據(jù)所述潛在蒸散發(fā)速率，獲得所述水稻田的蒸散量。

進(jìn)一步的，所述氣象數(shù)據(jù)包括：太陽輻射、最高氣溫、最低氣溫、空氣相對濕度和風(fēng)速。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)彭曼公式及所述氣象數(shù)據(jù)，獲得潛在蒸散發(fā)速率的步驟包括：

根據(jù)公式

獲得所述潛在蒸散發(fā)速率，其中，E₀表示潛在蒸散發(fā)速率，λ表示汽化潛熱，K₁表示有因次的系數(shù)，P表示大氣壓力，Δ表示飽和氣壓-溫度曲線的斜率，H_net表示凈輻射，G表示地中熱通量，γ表示濕度表常數(shù)，ρ_air表示空氣密度，表示預(yù)設(shè)高度處的飽和水汽壓，e_z表示預(yù)設(shè)高度處的實(shí)際水汽壓，r_c表示植被阻抗，r_a表示空氣動力學(xué)阻抗。

進(jìn)一步的，獲取下滲排水量的步驟包括：

獲取土壤下滲排水物理特性影響因素；

根據(jù)所述物理特性影響因素，建立水文模型；

根據(jù)所述水文模型，獲得所述下滲排水量。

進(jìn)一步的，所述物理特性影響因素包括：土壤分層粒徑分布、土壤凋萎含水率、田間持水率和滲透速率。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述水文模型，獲得所述下滲排水量的步驟包括：

根據(jù)土壤剖面層的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和水力學(xué)性質(zhì)將土壤分層；

根據(jù)水文模型，獲得各層土壤的下滲量；

根據(jù)最底層土壤的下滲量，獲得所述下滲排水量。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)水文模型，獲得各層土壤的下滲量的步驟包括：

根據(jù)公式

獲得該層土壤的強(qiáng)迫排水量，其中，H₀表示靜水壓力，t_x表示強(qiáng)迫排水結(jié)束時(shí)間，thick表示土層厚度，K_s表示飽和滲透系數(shù)；

根據(jù)公式

seep_y＝(sol_ST-sol_FC)·(1-exp(-24/HK))

獲得該層土壤的自由排水量，其中，sol_ST表示當(dāng)天該土層的含水量，sol_FC表示該土層田間持水量，HK＝thick/K_s；

根據(jù)所述強(qiáng)迫排水量和自由排水量之和，獲得該層土壤的下滲量。

進(jìn)一步的，根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)的步驟包括：

當(dāng)所述田面積水水深小于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得第一水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)；

當(dāng)所述田面積水水深大于第二預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制所述水稻田進(jìn)行排水，獲得第二水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述第一預(yù)設(shè)閾值和第二預(yù)設(shè)閾值根據(jù)水稻所處生育期確定。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種水稻田灌溉需求信息的獲取裝置，包括：

第一獲取模塊，用于獲取水稻田的蒸散量、下滲排水量和降水量；

第二獲取模塊，用于根據(jù)所述蒸散量、下滲排水量和降水量，獲得水稻田的田面積水水深；

控制模塊，用于根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種水稻田灌溉需求信息的獲取方法及裝置，至少具有以下有益效果：本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)氣象因素和土壤屬性計(jì)算水稻田的水分收支過程，快速準(zhǔn)確判斷水稻田維持適宜水深的灌溉需求，可以實(shí)現(xiàn)歷史任意氣象情景下水稻灌溉水量的精確計(jì)算，獲得水稻田灌溉需求信息，為不同水平年不同氣象條件下水稻灌溉制度的制定提供重要參考。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法的流程圖之一；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法的流程圖之二；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法的流程圖之三；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法的流程圖之四；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法的流程圖之五；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的描述中，提供諸如具體的配置和組件的特定細(xì)節(jié)僅僅是為了幫助全面理解本發(fā)明的實(shí)施例。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，可以對這里描述的實(shí)施例進(jìn)行各種改變和修改而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。另外，為了清楚和簡潔，省略了對已知功能和構(gòu)造的描述。

應(yīng)理解，說明書通篇中提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意味著與實(shí)施例有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書各處出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”未必一定指相同的實(shí)施例。此外，這些特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任意適合的方式結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。

第一實(shí)施例

參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水稻田灌溉需求信息的獲取方法，包括：

步驟101，獲取水稻田的蒸散量、下滲排水量和降水量；

步驟102，根據(jù)所述蒸散量、下滲排水量和降水量，獲得水稻田的田面積水水深；

步驟103，根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

在本實(shí)施例中，根據(jù)水稻田的蒸散量、下滲排水量和降水量計(jì)算歷史氣象條件下的水稻田的田面積水水深，并結(jié)合預(yù)設(shè)閾值獲得水稻田灌溉數(shù)據(jù)，從而得出水稻田的水分收支過程，快速準(zhǔn)確判斷水稻田維持適宜水深的灌溉需求，實(shí)現(xiàn)了歷史任意氣象情景下水稻灌溉水量的精確計(jì)算，所獲得的水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)可以為不同氣象條件下水稻灌溉制度的制定提供重要參考。在上述水稻田的田面積水水深的計(jì)算中，因僅為模擬計(jì)算獲得所需的灌溉數(shù)據(jù)，故而在本發(fā)明實(shí)施例中不考慮蒸散量、下滲排水量和降水量等變量在時(shí)間上的變化，而是首先將其當(dāng)日的全部變量(蒸散量、下滲排水量和降水量)減去，獲得水稻田的田面積水水深，再根據(jù)預(yù)設(shè)閾值獲得灌溉需求數(shù)據(jù)即可。

需要注意的是，預(yù)設(shè)閾值在水稻生長的不同時(shí)間段是不同的，且各地區(qū)的水稻生長周期及水深的需求設(shè)置均有差異，在設(shè)置時(shí)可通過調(diào)查或者試驗(yàn)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，例如向?qū)嶒?yàn)地的水稻種植者詢問。

第二實(shí)施例

參見圖2，對于第一實(shí)施例中，所述獲取水稻田的蒸散量的步驟包括：

步驟201，獲取氣象數(shù)據(jù)；

步驟202，根據(jù)彭曼公式及所述氣象數(shù)據(jù)，獲得潛在蒸散發(fā)速率；

步驟203，根據(jù)所述潛在蒸散發(fā)速率，獲得所述水稻田的蒸散量。

水稻田蒸散量的精確度關(guān)系著后續(xù)的獲取水稻田的田面積水水深的精確性，關(guān)系著整個(gè)水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)的精度。故而，相比于第一實(shí)施例，在本實(shí)施例中，進(jìn)一步具體限定了水稻田蒸散量的獲取。

本實(shí)施例中利用歷史的氣象數(shù)據(jù)(歷史氣象數(shù)據(jù)可查詢獲得)及彭曼公式計(jì)算獲得水稻田的潛在蒸散發(fā)速率，由于農(nóng)作物冠層截留量、田面積水量、土壤含水量等實(shí)際條件的約束，導(dǎo)致水稻田的實(shí)際蒸散量可能達(dá)不到潛在蒸散量。實(shí)際蒸散量由水稻冠層截留蒸發(fā)、田面積水蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植株蒸騰等幾項(xiàng)組成。根據(jù)潛在蒸散發(fā)計(jì)算水稻冠層截留蒸發(fā)、田面積水蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植株蒸騰等，還需要根據(jù)當(dāng)前時(shí)段水稻田的水稻冠層截留量、田面積水量、土壤含水量、水稻生長階段等實(shí)際因素計(jì)算。這些實(shí)際因素難以通過實(shí)地測量獲得，可以通過水文模型在整個(gè)區(qū)域/流域的水循環(huán)模擬中計(jì)算得到。水文模型需要通過模型校正和水量平衡檢驗(yàn)將水稻冠層截留量、田面積水量、土壤含水量等參數(shù)向更符合實(shí)際的方向模擬。水稻田蒸散發(fā)計(jì)算主要在水文模型的輔助下實(shí)現(xiàn)，可以計(jì)算目標(biāo)區(qū)域/流域內(nèi)各水稻田塊不同時(shí)間尺度的蒸散發(fā)過程。蒸散發(fā)計(jì)算順序?yàn)椋汗趯咏亓粽舭l(fā)、田面積水蒸發(fā)、植被蒸騰、土壤蒸發(fā)，各項(xiàng)蒸散發(fā)合計(jì)得到當(dāng)天總蒸散發(fā)量。

其中，在本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法中，所述氣象數(shù)據(jù)包括：太陽輻射、最高氣溫、最低氣溫、空氣相對濕度和風(fēng)速。

第三實(shí)施例

對于第二實(shí)施例中，所述根據(jù)彭曼公式及所述氣象數(shù)據(jù)，獲得潛在蒸散發(fā)速率的步驟包括：

根據(jù)公式

獲得潛在蒸散發(fā)速率(mmd^-1)，其中，E₀表示潛在蒸散發(fā)速率，λ表示汽化潛熱(MJ kg^-1)，K₁表示有因次的系數(shù)(主要是使公式分子的兩項(xiàng)具有相同的單位，如果u_z的單位為m/s，則k₁＝8.64*10⁴)，P表示大氣壓力，Δ表示飽和氣壓-溫度曲線的斜率，H_net表示凈輻射，G表示地中熱通量，γ表示濕度表常數(shù)，ρ_air表示空氣密度，表示預(yù)設(shè)高度處(高度z處)的飽和水汽壓，e_z表示預(yù)設(shè)高度處(高度z處)的實(shí)際水汽壓，r_c表示植被阻抗，r_a表示空氣動力學(xué)阻抗。

采用Penman-Monteith(彭曼公式)公式計(jì)算潛在蒸散發(fā)速率，具有日內(nèi)尺度、日/旬尺度和月尺度多種計(jì)算方式，一般而言時(shí)間尺度越小該公式的計(jì)算精度越高。在本實(shí)施例中，為了把本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)要點(diǎn)介紹清楚，本實(shí)施例中以日尺度為基本計(jì)算時(shí)段(且本發(fā)明實(shí)施例中為模擬計(jì)算歷史氣象條件下的灌溉數(shù)據(jù)，為獲得每天的數(shù)據(jù)，采用日尺度最為適宜)，其他計(jì)算方式與之類似。其中，上述公式為對于供水良好的植被，在中等大氣穩(wěn)定度下，假設(shè)風(fēng)速剖面為對數(shù)型所寫Penman-Monteith公式。

第四實(shí)施例

參見圖3，對于第一實(shí)施例中，獲取下滲排水量的步驟包括：

步驟301，獲取土壤下滲排水物理特性影響因素；

步驟302，根據(jù)所述物理特性影響因素，建立水文模型；

步驟303，根據(jù)所述水文模型，獲得所述下滲排水量。

在本實(shí)施例中，因水稻田下滲排水受土壤物理特性影響，故而，根據(jù)下滲排水物理特性影響因素建立相關(guān)水文模型，在水文模型的輔助下計(jì)算，可以計(jì)算目標(biāo)區(qū)域/流域內(nèi)各水稻田塊不同時(shí)間尺度的下滲排水過程，獲得下滲排水量。

其中，在本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法中，所述物理特性影響因素包括：土壤分層粒徑分布、土壤凋萎含水率、田間持水率和滲透速率。

第五實(shí)施例

參見圖4，對于第四實(shí)施例中，所述根據(jù)所述水文模型，獲得所述下滲排水量的步驟包括：

步驟401，根據(jù)土壤剖面層的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和水力學(xué)性質(zhì)將土壤分層；

步驟402，根據(jù)水文模型，獲得各層土壤的下滲量；

步驟403，根據(jù)最底層土壤的下滲量，獲得所述下滲排水量。

在本實(shí)施例中，因土壤剖面從上到下的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、水力學(xué)性質(zhì)等特性存在差異，需要分層計(jì)算土壤的下滲量，根據(jù)上一實(shí)施例建立的水文模型，逐層計(jì)算每層土壤的下滲量，當(dāng)計(jì)算到土壤剖面的最底層的土層時(shí)，該土層的下滲量作為深層滲漏量離開土壤剖面(此時(shí)水稻已無法利用該層下滲的水量)，此時(shí)該層的下滲量即為下滲排水量。需要注意的是，因?yàn)樯蠈油寥乐邢聺B的排水進(jìn)入下一層時(shí)，水稻仍能利用，此部分下滲的排水并未離開整個(gè)可利用的土層，故而，整個(gè)可利用的土層的下滲排水量為最底層的土層的下滲量，而非各層下滲量之和。

第六實(shí)施例

對于第五實(shí)施例中，所述根據(jù)水文模型，獲得各層土壤的下滲量的步驟包括：

根據(jù)公式

獲得該層土壤的強(qiáng)迫排水量，其中，H₀表示靜水壓力，t_x表示強(qiáng)迫排水結(jié)束時(shí)間，thick表示土層厚度，K_s表示飽和滲透系數(shù)；

根據(jù)公式

seep_y＝(sol_ST-sol_FC)·(1-exp(-24/HK))

獲得該層土壤的自由排水量，其中，sol_ST表示當(dāng)天該土層的含水量，sol_FC表示該土層田間持水量，HK＝thick/K_s；

根據(jù)所述強(qiáng)迫排水量和自由排水量之和，獲得該層土壤的下滲量。

在本實(shí)施例中，因進(jìn)入土壤剖面的水分在重力作用下向下滲透，該過程由田間持水度控制，當(dāng)某層土壤的含水率超過田間持水度對應(yīng)的含水率時(shí)(存在重力水)，水分才能下滲。在某層土壤中，可被下滲的水量計(jì)算如下：

其中SW_ly,excess為當(dāng)天某層土壤可排走的水量(mm H₂O)，F(xiàn)C_ly為該層土壤的田間持水率下的含水量(mm H₂O)，SW_ly為該層土壤實(shí)際含水率下的含水量(mm H₂O)。

對于單個(gè)土層，當(dāng)天的下滲過程分強(qiáng)迫排水和自由排水兩階段。第一階段為強(qiáng)迫排水階段，即上層土層的重力水形成對本土層的靜水壓力，本土層在上層滯水的情況下進(jìn)行排水，土層初始時(shí)有靜水壓力H₀，土層在靜水壓力情況下排水，靜水壓力從H₀變化到H′₀；第二階段為自由排水階段，即上層土層無滯水，本土層的水量在自身重力情況下排出，土層內(nèi)部水頭從H₀變化到H′₀。

先考慮強(qiáng)迫排水階段的排水量的計(jì)算。在強(qiáng)迫排水階段，如已知強(qiáng)迫排水初始時(shí)的壓力水頭H₀，假設(shè)在強(qiáng)迫排水時(shí)間段內(nèi)壓力水頭在H₀和土層厚度Thick之間線性變化：

其中t_x為強(qiáng)迫排水結(jié)束時(shí)間，即靜水壓力水頭降落到thick時(shí)的時(shí)間。t為強(qiáng)迫排水期間的任何時(shí)刻，范圍為0～t_x。根據(jù)達(dá)西定律，強(qiáng)迫排水的任何時(shí)刻的排水速度為：

對上式進(jìn)行0～t_x時(shí)間段內(nèi)的積分，可得：

在0～t_x時(shí)間段內(nèi)的任意時(shí)刻，累積的強(qiáng)迫排水量為：

根據(jù)式(6-3)，可計(jì)算強(qiáng)迫排水持續(xù)的時(shí)間：

考慮日尺度的排水計(jì)算。假設(shè)某土層當(dāng)天接受來自上層土層的下滲量為seep_d，當(dāng)天該土層的含水率為sol_ST，土層的飽和含水率為sol_UL，則當(dāng)天潛在的強(qiáng)迫排水量為：

如果大于0，可根據(jù)上式計(jì)算強(qiáng)迫排水持續(xù)時(shí)間t_x。

考慮1日內(nèi)的排水情況。如果t_x大于24小時(shí)，則當(dāng)天全部為強(qiáng)迫排水階段，當(dāng)天的排水量可根據(jù)式(6-4)計(jì)算。

如果t_x小于24小時(shí)，則除了強(qiáng)迫排水，當(dāng)天還有自由排水，其排水時(shí)間可計(jì)算為：

t_y＝24-t_x (6-8)

其排水量為：

seep_y＝(sol_UL-sol_FC)·(1-exp(-t_y/HK)) (6-9)

如果

則當(dāng)天只有自由排水過程，自由排水量為：

seep_y＝(sol_ST-sol_FC)·(1-exp(-24/HK)) (6-10)

當(dāng)天該土層的排水量為：

seep＝seep_x+seep_y (6-11)

本實(shí)施例中為模擬計(jì)算歷史氣象條件下的灌溉數(shù)據(jù)，為獲得每天的數(shù)據(jù)，以日尺度為基本計(jì)算時(shí)段，故而，根據(jù)公式(6-7)計(jì)算當(dāng)日(24小時(shí))該土層的全部強(qiáng)迫排水，根據(jù)(6-10)可計(jì)算當(dāng)日該土層的全部自由排水，根據(jù)強(qiáng)迫排水和自由排水之和便可獲得當(dāng)日該土層的下滲量。

第七實(shí)施例

參見圖5，對于第一實(shí)施例中，根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)的步驟包括：

步驟501，當(dāng)所述田面積水水深小于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得第一水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)；

步驟502，當(dāng)所述田面積水水深大于第二預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制所述水稻田進(jìn)行排水，獲得第二水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

需要注意的是，步驟501和步驟502并不存在順序關(guān)系，他們是同級別的選擇關(guān)系。

在本實(shí)施例中，根據(jù)預(yù)設(shè)閾值，因水稻各生育期適宜的田面水深閾值為一區(qū)間值，包括最小水深和最大水深，故而，當(dāng)田面積水水深小于第一預(yù)設(shè)閾值(最小水深)時(shí)，對水稻田進(jìn)行灌溉，獲得第一水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)，將整個(gè)水稻模擬生長周期內(nèi)的數(shù)據(jù)全部獲得即得到生長周期內(nèi)的灌溉需求數(shù)據(jù)。當(dāng)田面積水水深大于第二預(yù)設(shè)閾值(最大水深)時(shí)，對水稻田進(jìn)行排水，獲得第二水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)為排水?dāng)?shù)據(jù)，也具有一定的參考價(jià)值。

需要注意的是，在本實(shí)施例中，因水稻所處的生育期不同，其預(yù)設(shè)閾值也不相同。故而，在計(jì)算時(shí)需要首先考慮水稻所處的生育期，首選判斷每一天是否水稻生育期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。當(dāng)識別到第一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，即水稻種植前泡田灌溉的開始日期，首先將當(dāng)前水深扣除蒸散發(fā)和下滲排水，再考慮降水量，形成當(dāng)日的田面積水水深，然后判斷該水深是否處于預(yù)設(shè)的該生育階段的水深閾值范圍內(nèi)。如果當(dāng)日水深小于水深閾值下限，則執(zhí)行灌水操作，記錄當(dāng)日灌水日期和灌水量；如果當(dāng)日水深高于水深閾值上限，則執(zhí)行排水操作。當(dāng)日形成的水深進(jìn)入次日的灌水(或排水)識別。

計(jì)算下一日時(shí)，首先判斷該日期是否水稻的下一個(gè)生育階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，如果否，則繼續(xù)采用當(dāng)前生育階段預(yù)設(shè)的水深閾值范圍進(jìn)行判斷；如果是，則需要采用新的生育階段的預(yù)設(shè)水深閾值范圍進(jìn)行判斷。灌水(或排水)后形成的水深首先考慮蒸散發(fā)、下滲和降水，形成新的水深，然后判斷該水深是否處于當(dāng)前生育階段預(yù)設(shè)的水深閾值范圍，執(zhí)行灌水(或排水)操作，記錄灌水日期和灌水量。上述步驟逐日循環(huán)執(zhí)行，直至水稻生育期結(jié)束。

為獲得多年的數(shù)據(jù)時(shí)，需繼續(xù)逐日判斷每一天是否水稻生育期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，即下一輪水稻種植前泡田灌溉的開始日期，繼續(xù)執(zhí)行上述計(jì)算步驟，記錄每一年水稻田的灌水日期和灌水量，直至整個(gè)識別期結(jié)束，獲得多年的水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

第八實(shí)施例

在本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取方法中，所述第一預(yù)設(shè)閾值和第二預(yù)設(shè)閾值根據(jù)水稻所處生育期確定。

需要注意的是，水稻在不同的生長周期時(shí)，所需的水量并不相同，故而第一預(yù)設(shè)閾值和第二預(yù)設(shè)閾值需根據(jù)水稻所處生育期確定。

其中，對于水稻生育期時(shí)間節(jié)點(diǎn)設(shè)定，水稻生育期可大致分為返青期、分蘗初期、分蘗中期、分蘗末期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和黃熟期，根據(jù)生育期設(shè)定一年周期中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。從水稻泡田灌溉開始，設(shè)定第一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)(×月×日)，返青期開始，設(shè)定第二個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)(×月×日)，分蘗初期開始，設(shè)定第三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)(×月×日)，依次類推，直到水稻生育期結(jié)束。水稻生育期可通過調(diào)查或者試驗(yàn)獲得。

水稻不同生育階段對田面積水水層的深度具有不同的要求，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化，應(yīng)根據(jù)各生育期對水深的需求設(shè)置相應(yīng)的適宜積水深度。全生育期田面水層可分為4類：深水類(50～100mm)、淺水類(0～50mm)、濕潤類(土壤80％含水率～0mm)和曬田類，可根據(jù)各生育期的需求設(shè)置不同水深上、下限閾值。當(dāng)田面水深下降到下限閾值以下時(shí)，則執(zhí)行灌溉操作；當(dāng)田面水深上升到上限閾值以上時(shí)，則執(zhí)行排水操作，以保證田面積水深度維持在當(dāng)前生育階段適宜水深范圍內(nèi)。

因各地區(qū)水稻生育期和所需水量均有差異，所以在計(jì)算時(shí)需根據(jù)目標(biāo)地的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置預(yù)設(shè)閾值，可向?qū)嶒?yàn)地的水稻種植者詢問獲得。

本發(fā)明給出一具體實(shí)施例以供參考，根據(jù)下述獲得的灌溉數(shù)據(jù)即可為當(dāng)?shù)匚磥硭竟喔戎贫鹊闹贫ㄌ峁┲匾獏⒖肌?/p>

以黑龍江省富錦市一年一季水稻為例，劃分水稻生育期和設(shè)置水稻生長適宜水深閾值，見表1。

表1水稻生育期及其適宜水深

水稻灌溉需求識別

根據(jù)水稻生育期不同階段的適宜水深閾值，考慮水稻田蒸散發(fā)、下滲排水和降水，運(yùn)行程序(即一實(shí)施例中對上述獲取方法進(jìn)行編程所形成的可運(yùn)行程序，可有效減少人為工作量，但是使用上述獲取方法人為計(jì)算亦可)對其灌溉需求進(jìn)行動態(tài)識別。黑龍江省富錦市某塊水稻田在2000年泡田期至乳熟期的灌水和排水識別成果，見表2。表中給出了水稻生育期內(nèi)灌水和排水的日期和水量，總灌水量為521.8mm(田間灌溉量)。

表2水稻田泡田期～乳熟期灌溉識別成果表(mm)

第九實(shí)施例

參見圖6，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種水稻田灌溉需求信息的獲取裝置，包括：

第一獲取模塊1，用于獲取水稻田的蒸散量、下滲排水量和降水量；

第二獲取模塊2，用于根據(jù)所述蒸散量、下滲排水量和降水量，獲得水稻田的田面積水水深；

控制模塊3，用于根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述第一獲取模塊1用于獲取水稻田的蒸散量中，所述第一獲取模塊1包括：

第一獲取單元，用于獲取氣象數(shù)據(jù)；

第二獲取單元，用于根據(jù)彭曼公式及所述氣象數(shù)據(jù)，獲得潛在蒸散發(fā)速率；根據(jù)所述潛在蒸散發(fā)速率，獲得所述水稻田的蒸散量。

進(jìn)一步的，所述氣象數(shù)據(jù)包括：太陽輻射、最高氣溫、最低氣溫、空氣相對濕度和風(fēng)速。

進(jìn)一步的，所述第二獲取單元用于根據(jù)彭曼公式及所述氣象數(shù)據(jù)，獲得潛在蒸散發(fā)速率中，所述第二獲取單元具體用于：

根據(jù)公式

獲得所述潛在蒸散發(fā)速率，其中，E₀表示潛在蒸散發(fā)速率，λ表示汽化潛熱，K₁表示有因次的系數(shù)，P表示大氣壓力，Δ表示飽和氣壓-溫度曲線的斜率，H_net表示凈輻射，G表示地中熱通量，γ表示濕度表常數(shù)，ρ_air表示空氣密度，表示預(yù)設(shè)高度處的飽和水汽壓，e_z表示預(yù)設(shè)高度處的實(shí)際水汽壓，r_c表示植被阻抗，r_a表示空氣動力學(xué)阻抗。

進(jìn)一步的，所述第一獲取模塊1用于獲取下滲排水量中，所述第一獲取模塊1還包括：

第三獲取單元，用于獲取土壤下滲排水物理特性影響因素；

建模單元，用于根據(jù)所述物理特性影響因素，建立水文模型；

第四獲取單元，用于根據(jù)所述水文模型，獲得所述下滲排水量。

進(jìn)一步的，所述物理特性影響因素包括：土壤分層粒徑分布、土壤凋萎含水率、田間持水率和滲透速率。

進(jìn)一步的，所述第四獲取單元用于根據(jù)所述水文模型，獲得所述下滲排水量中，所述第四獲取單元包括：

分層單元，用于根據(jù)土壤剖面層的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和水力學(xué)性質(zhì)將土壤分層；

第一獲取子單元，用于根據(jù)水文模型，獲得各層土壤的下滲量；

第二獲取子單元，用于根據(jù)最底層土壤的下滲量，獲得所述下滲排水量。

進(jìn)一步的，所述第一獲取子單元用于根據(jù)水文模型，獲得各層土壤的下滲量中，所述第一獲取子單元用于：

根據(jù)公式

獲得該層土壤的強(qiáng)迫排水量，其中，H₀表示靜水壓力，t_x表示強(qiáng)迫排水結(jié)束時(shí)間，thick表示土層厚度，K_s表示飽和滲透系數(shù)；

根據(jù)公式

seep_y＝(sol_ST-sol_FC)·(1-exp(-24/HK))

獲得該層土壤的自由排水量，其中，sol_ST表示當(dāng)天該土層的含水量，sol_FC表示該土層田間持水量，HK＝thick/K_s；

根據(jù)所述強(qiáng)迫排水量和自由排水量之和，獲得該層土壤的下滲量。

進(jìn)一步的，所述控制模塊3用于根據(jù)所述田面積水水深以及預(yù)設(shè)閾值，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)中，所述控制模塊3用于：

當(dāng)所述田面積水水深小于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制所述水稻田進(jìn)行灌溉，獲得第一水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)；

當(dāng)所述田面積水水深大于第二預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制所述水稻田進(jìn)行排水，獲得第二水稻田灌溉需求數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述第一預(yù)設(shè)閾值和第二預(yù)設(shè)閾值根據(jù)水稻所處生育期確定。

需要注意的是，本發(fā)明實(shí)施例的水稻田灌溉需求信息的獲取裝置可以是水文模型中水稻田灌溉需求識別裝置。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)氣象因素和土壤屬性計(jì)算水稻田的水分收支過程，快速準(zhǔn)確判斷水稻田維持適宜水深的灌溉需求，可以實(shí)現(xiàn)歷史任意氣象情景下水稻灌溉水量的精確計(jì)算，為不同氣象條件下水稻灌溉制度的制定提供重要參考。

還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。