一种农田滴灌管道防堵塞在线运维方法

本发明涉及农田节水灌溉，特别涉及一种农田滴灌管道防堵塞在线运维方法。

背景技术：

1、农田滴灌通过主管、支管、毛管和滴头将灌溉水输送至作物根部，具有节水、节肥和便于规模化管理等特点。由于滴头流道和出水孔尺寸较小，灌溉水中的泥沙、悬浮颗粒、可结晶盐类及微生物容易在管道和滴头内部积累，并逐渐形成物理堵塞、化学结垢堵塞或生物膜堵塞。堵塞会引起管网流量衰减、水压异常和滴头出水不均，影响滴灌系统的连续运行。

2、中国发明专利申请cn111837753a于2020年10月30日公开了一种具有防堵塞功能的农业大棚滴灌管道。该方案在滴灌管内设置转动部件、过滤板、配重部件和磁性推动部件，并利用水流、重力及磁力带动清洗杆运动。清洗杆在滴灌过程中对滴灌孔内壁进行刷洗，以去除水垢和较大颗粒杂质。该方案能够对单个滴灌孔实施机械清理，但主要依赖滴头内部结构自动动作，难以获得主管、支管、毛管及滴头不同位置的整体工况，也难以根据堵塞性质和堵塞程度对不同管网分区采用不同运维方式。

3、中国发明专利申请cn121970672a于2026年5月5日公开了一种基于末端工况感知与靶向清洗的滴灌防堵塞系统及方法。该方案在智能滴头中设置附着物厚度检测部件和清洗剂释放单元，通过检测滴头流道壁面的附着物厚度计算堵塞风险；当风险超过设定阈值时，控制清洗剂释放单元进行局部清洗，并可根据全局风险分布调节前端水处理参数。该方案能够实现堵塞风险感知和局部清洗，但其监测对象主要集中于滴头末端附着物状态，风险控制通常以单一风险指数或阈值触发为主。对于由泥沙沉积、盐分结晶和生物膜黏附引起的不同堵塞类型，以及不同风险等级对应的预防性调控、水力冲洗和生化处理，仍缺少完整的分区匹配关系。

4、传统人工运维通常采用定期停机检查、拆卸滤网、整体通水冲洗或统一投加清洗药剂。该方式难以及时发现堵塞初期状态，也难以准确确定堵塞位置和堵塞类型。对低风险分区采用高强度冲洗或药剂处理会增加水耗和药剂消耗，而对顽固结垢和厚层生物膜仅进行普通冲洗又可能难以达到预期清理效果。不同水质、季节、作物灌溉周期和管网结构还会改变堵塞形成规律，固定阈值和固定运维参数难以长期适用。

5、因此，如何对滴灌管网不同层级和不同分区的工况进行在线监测，识别堵塞类型和风险程度，并根据风险状态选择相匹配的处置方式，同时利用运维结果持续修正风险判断参数，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种农田滴灌管道防堵塞在线运维方法，旨在对滴灌管网不同层级和不同分区的工况进行在线监测，识别堵塞类型和风险程度，并根据风险状态选择相匹配的处置方式，同时利用运维结果持续修正风险判断参数。

2、为了实现上述目的，本发明提出一种农田滴灌管道防堵塞在线运维方法，包括：

3、在滴灌主管、支管、毛管及滴头处采集管道水压、流量、水体含沙量、盐分浓度和管道内壁生物膜附着厚度，并将采集数据传输至中控运维终端；

4、将滴灌管网划分为能够独立控制的多个管网分区；

5、所述中控运维终端针对每一管网分区调用与该分区的农田土壤类型、灌溉水质和作物灌溉周期相匹配的预设阈值，将采集数据与对应预设阈值比较；记含沙量、盐分浓度和生物膜附着厚度中达到或超过各自对应阈值的指标数量为，记含沙量、盐分浓度、生物膜附着厚度、水压波动和流量衰减的实测值与各自对应阈值之比的最大值为；当，或者，或者水压波动和流量衰减均达到各自对应阈值时确定为高风险；当且水压波动和流量衰减均未达到各自对应阈值时确定为无风险；当、且水压波动和流量衰减均未达到各自对应阈值时确定为低风险；当、且水压波动和流量衰减不同时达到各自对应阈值，或者、且水压波动和流量衰减中仅一项达到对应阈值时确定为中风险，并据此识别物理泥沙堵塞、化学盐分结垢堵塞和生物膜黏附堵塞；

6、根据所述风险等级对各管网分区执行对应的在线运维处理，其中，无风险分区保持监测并可在低负荷时段按计划实施预防性稳压恒流处理；当判定为低风险时，触发该低风险分区的稳压恒流预处理；中风险分区通过调控独立电磁阀组切换水流方向并调节冲洗水压和流速以实施分区在线反冲洗；高风险分区通过药剂缓释模块投放除垢抑菌复配制剂，使弱酸性除垢剂和生物抑菌剂分别处于各自允许的工作浓度范围内，使复配制剂以低于对应管网分区常规灌溉流速的流速在管道内循环浸润，并在浸润后以清水排空残留药剂；

7、在对应的在线运维处理完成后再次采集各管网分区的工况数据，将运维前后的工况数据进行比较，并记录稳压恒流预处理的水流流速和水压波动控制值、在线反冲洗的升压值和反冲洗时长、药剂处理的目标工作浓度、药剂投放量、循环浸润时长及清水冲洗时长，再依据比较结果迭代调整所述预设阈值和对应在线运维参数。

8、优选地，采集所述管道水压、流量、水体含沙量、盐分浓度和管道内壁生物膜附着厚度的传感器均采用防水防爆嵌入式结构，并贴合对应管道的内壁安装。

9、优选地，所述传感器每秒采集一次数据，采集数据通过无线物联网传输模块传输至所述中控运维终端，且传输延迟不超过1秒。

10、优选地，所述预设阈值包括含沙量阈值、盐分浓度阈值、生物膜厚度阈值、水压波动阈值和流量衰减阈值，各管网分区的预设阈值根据该分区对应的农田土壤类型、灌溉水质和作物灌溉周期预先配置，并与分区编号和场景标签关联存储。

11、优选地，所述膜厚检测模块采用微热脉冲式检测单元，所述微热脉冲式检测单元包括设置在同一基片上的微加热元件和温度敏感元件，检测面与管道内壁齐平并经防水密封；检测时向微加热元件施加固定能量的热脉冲，记录停止加热后温度衰减至峰值温升的50%所需的热响应特征时间，根据安装前建立的标定曲线换算生物膜附着厚度，其中，为生物膜附着厚度，为所述热响应特征时间，为通过已知厚度标准膜片获得的厚度-热响应标定函数；安装前以多个已知厚度标准膜片逐点标定，安装后在相同测点、相同采样时段进行重复测量，以实现不拆卸管道的在线膜厚检测。

12、优选地，所述药剂缓释模块包括弱酸性除垢剂原液罐、生物抑菌剂原液罐、分别与两原液罐连通的计量泵、混合腔、药剂电磁阀、单向阀和累计流量计；所述混合腔的出口经药剂缓释支路与目标管网分区的进水端连通，目标管网分区的尾端经回流支路、回流电磁阀和循环泵与所述混合腔的入口连通，从而在药剂循环浸润状态形成闭合循环通路；清水支路与目标管网分区进水端连通，尾水支路与沉淀设施或回收设施连通。中控运维终端根据计算得到的药剂原液投放体积控制计量泵累计投加，达到目标投放量后关闭药剂电磁阀，并控制循环泵在所述闭合循环通路内维持回液，循环结束后切换至清水支路和尾水支路进行排空。

13、优选地，所述中控运维终端采用工业控制主机，至少包括处理器、运行内存、非易失存储器、无线物联网通信接口、阀泵控制接口和数据输入接口；一实施方式中，处理器为四核处理器且主频不低于1.5ghz，运行内存不低于2gb，非易失存储容量不低于32gb，能够对至少15个管网分区的水压、流量、含沙量、盐分浓度和生物膜附着厚度按5秒采样周期进行接收、分区存储、风险研判、阈值更新和阀泵联动控制。无线物联网通信接口采用lora网关或等效无线通信模块，阀泵控制接口采用数字量输出接口或rs485总线接口。

14、优选地，对所述低风险分区实施稳压恒流预处理时，将水流流速调节为，并将管网水压波动控制在以内。

15、优选地，对所述中风险分区实施分区独立在线反冲洗，单次反冲洗时长为，反冲洗水压较对应管网分区的常规灌溉水压提高。

16、优选地，所述除垢抑菌复配制剂包括弱酸性除垢剂与生物抑菌剂。对每一种药剂，中控运维终端预存允许工作浓度下限和允许工作浓度上限，其中和分别为满足对应滴灌管材及作物灌溉安全条件的允许工作浓度下限和上限；当高风险状态下时取目标工作浓度，当时取，当时取；其中为最大超阈比，为目标工作浓度。设目标管网分区的管内容积为、对应药剂的原液浓度为、对应药剂的原液投放体积为，则分别按计算两种药剂的原液投放体积，其中与采用相同浓度单位，与采用相同体积单位；复配制剂在管道内循环浸润，浸润结束后通过清水冲洗排空残留药剂。

17、优选地，当所述中控运维终端判定管网分区为高风险，或者检测到流量衰减或水压波动不小于对应阈值的1.5倍时，触发声光预警，并输出预警信息，所述预警信息包括触发预警的管网分区、风险等级和超阈参数。

18、优选地，所述迭代调整包括：将同一农田土壤类型、灌溉水质和作物灌溉周期对应场景下，运维后连续保持无风险的工况数据中与待更新预设阈值对应的工况参数参考值记为，将当前阈值记为，按更新阈值，其中，为更新后的阈值，为阈值更新权重，取且默认取，为对应传感器允许误差；当时停止更新；并根据运维前后工况数据的差值和复测风险等级，在稳压恒流预处理水流流速、水压波动不超过，在线反冲洗时长、升压值，药剂循环浸润时长以及各药剂允许工作浓度范围内调整对应运维参数。

19、优选地，每个管网分区均配置独立电磁阀组、药剂缓释支路和尾水排放或回流支路。

20、优选地，对目标管网分区执行在线反冲洗或药剂循环浸润时，所述目标管网分区暂时退出常规灌溉，其余管网分区保持灌溉；在线反冲洗产生的尾水经所述目标管网分区的尾水管排出至沉淀设施或回收设施。

21、采用上述技术方案具有以下优点：

22、本技术通过采集主管、支管、毛管及滴头处的水压、流量、含沙量、盐分浓度和生物膜附着厚度，使风险研判同时具有水力状态、水质状态和附着状态的数据基础。通过识别物理泥沙堵塞、化学盐分结垢堵塞和生物膜黏附堵塞，并将各管网分区划分为不同风险等级，可以提高堵塞判断和运维对象选择的针对性。低风险分区采用稳压恒流预处理，中风险分区采用水流换向和升压反冲洗，高风险分区采用除垢抑菌复配制剂循环浸润，使处理强度与堵塞状态相匹配。分区控制能够减少局部运维对其他管网分区正常灌溉的影响。运维后重新采集工况数据，并根据运维前后数据调整预设阈值，可以使风险评估参数适应不同水质、季节和灌溉条件，从而形成监测、研判、处置、复测和迭代相衔接的在线运维闭环。