茶园排水设计中节能保水管理与控制

李晓凤

（廊坊职业技术学院城建工程系，河北廊坊 065000）

1 茶园排水设计现状

1.1 茶园地表排水设计

现阶段茶园地表排水设计主要以蓄水排水一体化的机械设备为主，以自然环境融入茶园排水设计的土地物质形态为辅。茶园地表排水设备单一，并大体分为两类。一类是预防型的排水设施。在茶园入口处设置活动排水口，在雨量和水流量较多时，以活口开或闭的形式，直接阻止水流进入茶园，以降低茶园的地面积水度，防止其他类型的水源进入。二是灌溉型的地表排水设施。此设备将附近河流或蓄水口与茶园入口相连，并且蓄水口、茶园和排水池这三者的地理位置由高到低依次排列。因此，降雨量大的季节，水流可以直接从倾斜式的地表下滑进入排水池，排水池便可以通过水源回流的形式补给蓄水池，达到自然补给循环的效果。在未降雨的时段，打开蓄水池或河流与茶园的连接入口，让水源从高到低依次流过，既节省了水资源，又灌溉了茶园。

1.2 茶园土壤排水设计

茶园土壤排水是比茶园地表排水更难的工程设计。一是土壤浸水度无法勘测；二是在土壤中做排水系统容易影响土壤本身的松弛度。因此，为最大限度地节能保水，茶园土壤灌溉多为滴灌和浇灌。这两种灌溉方式让茶园土壤的排水量达到较优值。茶园土壤自身的含水量适中，但由于气候原因，盆地地区的茶园的空气湿润度和聚水量比干燥地区的平原、丘陵等茶园大。过于潮湿的土壤会影响茶叶的发育生长，为合理进行土壤排水管控，又不影响土壤本身，茶园管理者利用线性工程设计方案，在茶园旁按规律埋草种，生长出来的小草能够吸收土壤多余水分，也不会抢占茶叶所需的土壤养分。

1.3 节能保水管控现状

茶园的节能保水管控系统工程设计过于老旧，几乎都是由统一操作间进行人工管控操作。管理员根据茶园蓄水口、积水量及排水池的比例，进行人工调节。因此调节数据并不精确，管控效率也较为低下。在浙江嘉兴富源茶田，其节能保水工程管控系统均由人工操作，经常出现失误，土壤水分潮湿过度导致茶叶质量逐年下滑。其原因是排水系统的设备多为普通的基础设备，都是全自动化的茶园的排水设施无法最优保水，进面而无法保证茶叶的质量。这种老旧的节能保水设施逐渐被淘汰，工程设计师们已经开始研究制作更加精良的自动化排水系统，能让茶园在最大限度地排水时进行保水管控，保持土壤水分始终在上下浮动不超过0.012mm的最优指标。

2 茶园节能保水管控存在的问题

2.1 平面排水设施老旧

茶园以前大多的平面排水设备主要针对雨水过多、侵蚀土壤的情况进行倾斜管道式汇水排水。因此排水多为区域大面积排水。这种排水方式对于茶园各个转角排水的把控不到位，漏掉了许多细节，并且大面积排水的方式容易引起两个极端，其一是老旧设备的排水方式过于粗糙，排水不净；其二是设备大面积排水下将导致偶发性功率超额运作，致使排水过净，茶园自身所需水分大大流失。在并不精良的排水设备下，因为浇灌剩余水量比起过量雨水的平面积水度更低，因此设备无法监测出在漫灌、倾灌等浪费水源的浇灌方式下的多余剩余水量，日积月累下，水源的浪费成为茶园灌溉的主要问题。基于此，茶园排水系统及设备设计应当被更新，对于剩余水量的勘测值需更加精确，从而促进节能保水效益最大化。

2.2 人工管控效率低下

茶园管理者对操作间显示器显示的数值进行分析后进行自我调节，由于数值不精确，造成管控效率低下，甚至出现因监测不当造成茶园损坏的情况。一方面，排水系统工程的机器灵敏度在得到指令后到实行指令操作之间有一定程度的缓冲预热时间，而管理员通过对显示指标进行分析监测后下达指令的耗损时间更长。短时间内，这种低效率的人工操作不会对茶田造成影响，但日积月累下的“短期错位”会造成“茶田的疲态土壤状况”，不利于茶田节能保水的良性发展。另一方面，管理员的八小时轮班工作制，难以保证自身的精神状态，轮班的夜间管理员大多身体较为疲惫，如遇暴雨侵袭等突发天气状况，无法及时监测泄水，对茶园的损害度将无法估量。综上所述，人工管控的实时效率低下，且无法对各种突发情况做出正确的反映和分析，使现阶段的排水设计人工管控系统需更新修缮。

2.3 保水系数无法检测

在传统茶园排水工程设计中，只将排水作为设计的主要目标，而忽略“排多少”这个最重要的问题。“排多少”的判定来源于茶园土壤保水值的大小。排水系统应并不只是将茶园多余的、肉眼能够看见的水直接排走，而是要在精确监测下进行排水管控。因为，第一，肉眼能看见的积水也许是土壤所需水分，由于土壤缺水严重，水下浸速度缓慢，才会在地面有积水；第二，茶园无积水时也许并不是缺水，而是土壤水分刚好足够，土壤已将水分完全吸收。综上，茶园排水保水工程系统下并无准确的土壤保水检测系统，导致茶园排水量无法精确。

3 茶园排水设计的优化策略

3.1 梯式茶园排水系统

梯式茶园排水系统是利用自然环境来设计的茶园新型排水方式。一方面，梯式茶园排水系统的应用摒弃了以往用基础设施建设来进行茶园灌溉和排水的被动性，降低了设备建设和修复的成本，实现“零设备”的自主茶园排水节能生态系统。另一方面，茶叶作为福建、江西等地区特有的产物，多种植在丘陵地区。平面地区的茶田为模拟茶叶根茎水源吸收的特有效果，人们将山地修成梯田，既节省了农耕面积，促进了茶叶分层次的多元发展及各层不冲突的营养吸收，还能够直接自上而下利用梯田的地理优势进行茶田排水。在梯田最底部修建蓄水池，雨季或人工灌溉多余的水源，便由梯田直接流入蓄水池中。梯田茶园排水系统的设计不仅能够节能保水，还可以减少人力资源看管茶园的浪费，提高茶园排水管控的有效性。

3.2 智能节水控制系统

现代工程设计师在主要的基础建设工程中，增添了电子工程设计理念，将基础设备与电子网络互相连接，开发出一体化智能家电系统。将此理念运用在茶园排水工程设计中，不仅能够节约人力资源，避免人工管控的主观误差过大，还能更加精确茶田所需排水、保水的数值，建设高标准的现代化智能茶园。一方面，在茶园排水设计的各个管道设备、监控设备、及出水机械设备上，增加智能监测控制系统，设备能够通过风向、降雨和积水量自主进行保水排水；另一方面，在茶园排水工程的设备上增加人工远程监控系统，在设备故障或特殊情况时，能够人工进行设备调节。在目前部分山区茶园排水设计工程无法进行全自动化智能调节的情况下，可进行半自动化智能管控设备设计，即人工与智能共同操控排水系统，相互弥补自身不足。智能节水控制系统工程将是茶园排水设计工程管理的里程碑式的进步。

3.3 土壤水分监测系统

土壤水分监测系统是基于茶园排水设计中保水环节下的基建工程制造。首先，在土壤中安插各个试点，建立保水基础工程，监测土壤的保水锁水程度值及土壤养分值，在土壤和茶叶根茎出现状况时能够第一时间进行解决。其次，将保水基础工程与排水管控系统相联结。当保水峰值达到最优时，排水系统自动关闭；当保水数值下降，排水系统开启，之前排出的多余水源回流浇灌，浇灌到一定程度后直接关闭。排水保水一体化的工程建设能够让茶田形成自身良性生态循环圈。最后，土壤水分监测管控系统由管理员直接操控，数据生成分析后提交茶学研究机构及工程基建设计部门，通过数据研究解读，进行茶园排水设计工程的不断更新发展。

4 结论

采用梯式茶园排水系统、智能节水控制系统及土壤水分监测系统等茶园排水工程设计，茶园的基础排水设施将更加精确，排水保水效果将更加显著。智能化工程监测下的自动茶园排水系统，弥补了人工管控的不足，实现了茶园排水工程下保水管理与控制的最优效果。

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