濟寧市無井房智能灌溉系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用

何 昆 ，張 梅 ，張海騰 ，趙躍倫 ，劉 鵬

（1.山東省濟寧市水利局，272019，濟寧；2.山東省濟寧市國土資源局，272001，濟寧）

山東省濟寧市位于魯西南腹地，地處黃淮海平原與魯中南山地交接地帶，全市現(xiàn)轄任城區(qū)、兗州區(qū)、曲阜市、泗水縣等 11個縣（市、區(qū)），擁有太白湖新區(qū)、濟寧經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)和1處濟寧國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、1處省級自然保護區(qū)、1處國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)。濟寧市土地總面積11 187 km2，其中農(nóng)用地7 748 km2，占總面積的69.26%；耕地面積 6 092.35 km2，占農(nóng)用地面積的78.63%；水利設(shè)施用地181.81 km2，占農(nóng)用地的2.35%。多年平均年降雨量為694.7 mm，多年平均水資源總量為46億m3（其中地下水資源量17.7億m3），人均占有水資源量558 m3，僅相當(dāng)于全國平均水平的1/4，遠(yuǎn)低于聯(lián)合國制定的人均占有水資源1000m3的水危機區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。隨著全市經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源供需形勢嚴(yán)峻，按照習(xí)總書記提出的“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時期治水思路，堅持和落實節(jié)水優(yōu)先方針，大力發(fā)展節(jié)水灌溉成為濟寧市緩解水資源供需矛盾的必然選擇。

一、濟寧市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀

濟寧市的農(nóng)業(yè)灌溉用水占全市總用水量的78%以上，農(nóng)業(yè)是第一用水大戶，也是節(jié)水最具潛力的行業(yè)。多年來，濟寧市立足水資源供需矛盾不斷加劇的實際，堅持把節(jié)水灌溉當(dāng)作一項革命性措施來抓，因地制宜，在經(jīng)濟條件較好、規(guī)模化經(jīng)營程度較高的地方推廣噴灌，在果樹、高效經(jīng)濟作物、大棚等種植面積區(qū)推廣滴灌、微灌、小管出流系統(tǒng)，在渠灌區(qū)實施渠道防滲和渠系建筑物配套建設(shè)，在井灌區(qū)發(fā)展無井房智能灌溉系統(tǒng)。全市綜合灌溉水利用系數(shù)達到0.63，2013年年底有效灌溉面積達到468470hm2，占耕地面積的76.7%，節(jié)水灌溉面積達到264 330 hm2，占有效灌溉面積的52.6%，其中無井房智能灌溉面積47 730 hm2。

二、無井房智能灌溉系統(tǒng)在濟寧市的應(yīng)用情況

1.無井房智能灌溉系統(tǒng)的推廣使用過程

近年推廣使用的無井房智能灌溉系統(tǒng)，即機井周圍不需再搭建井房，將管道輸水灌溉系統(tǒng)和射頻IC卡灌溉控制系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)灌溉用水智能控制、水量水費自動計量及水費預(yù)交等功能。其中管道輸水灌溉系統(tǒng)包括水源與取水工程、輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)和田間灌水系統(tǒng)。水源與取水工程除機井和適宜的機泵外，還應(yīng)安裝壓力表等；輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)指PVC管道輸水灌溉系統(tǒng)中的干管、支管、分支管等多級管道，以及分水設(shè)施、保護設(shè)施和其他附屬設(shè)施；田間灌水系統(tǒng)是節(jié)水灌溉的重要部分，指分水口以下的田間部分，灌溉田塊應(yīng)進行平整，畦田長寬適宜。射頻IC卡灌溉控制系統(tǒng)包括控制器、管理機和射頻IC卡三部分，控制器采用脈沖水表來計量控制機井水泵供水，管理機完成對用戶的供水寫卡、信息管理功能，射頻IC卡作為信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)在下位機實現(xiàn)水泵的開啟及關(guān)閉、水量計量等控制功能，在上位機實現(xiàn)購水、查詢、統(tǒng)計等管理功能。用戶在控制器上刷卡，控制器按用戶所購水量啟泵抽水灌溉、自動計量用水量、再次刷卡或無費自動停機終止抽水。

濟寧市在井灌區(qū)最初使用井房式機井直接啟動灌溉方式，2009年全國小農(nóng)水重點縣項目實施后，濟寧市搶抓機遇積極參加競爭立項，在山東省率先實現(xiàn)了所轄縣市區(qū)小農(nóng)水重點縣建設(shè)全覆蓋。在此基礎(chǔ)上，2010年首選兗州區(qū)、汶上縣井灌區(qū)進行了無井房智能灌溉系統(tǒng)試點。最初計劃是在井房內(nèi)部配電系統(tǒng)上加裝IC卡控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對灌溉的計量，在應(yīng)用過程中由于基層水利人員和農(nóng)民群眾普遍認(rèn)為機井房投資較高、占地較多，且門窗和機電設(shè)備易盜，不易管理，因此設(shè)計中取消井房，將逆止閥、安全閥等安裝在地下，地上安裝IC卡控制器。但因部分設(shè)備位于地下不便于檢修，建設(shè)中逐步將地下式改為現(xiàn)在的半地下式，由直徑1.4 m的預(yù)制高強度鋼筋混凝土管代替原井房，露出地面約0.7 m，上部為鋼筋混凝土蓋板，設(shè)置檢修孔，并安裝防盜鎖。逆止閥、安全閥、水表等設(shè)備安裝在混凝土管內(nèi)部，考慮到保護控制系統(tǒng)，IC卡控制系統(tǒng)也安裝在內(nèi)部。2013年年底全市應(yīng)用無井房智能控制灌溉系統(tǒng)達到灌溉面積71.6萬畝（15 畝=1hm2，下同），其中，面積較大的主要有兗州區(qū)14.24萬畝、任城區(qū)10.99萬畝、汶上縣10.9萬畝。

2.無井房智能灌溉系統(tǒng)的優(yōu)點

該灌溉系統(tǒng)不僅能減少勞動量，更重要的是可統(tǒng)籌調(diào)配當(dāng)?shù)厮Y源，實現(xiàn)水資源管理的科學(xué)化、規(guī)范化、節(jié)約化，結(jié)合灌溉系統(tǒng)的分布準(zhǔn)確、定時、定量控制，達到了計劃用水、節(jié)約用水的目的。

（1）節(jié)水節(jié)電，省時省力省錢

以往農(nóng)田灌溉時，農(nóng)戶需攜帶水泵、泵管、電纜等設(shè)備，自己安裝潛水泵，并由村電工到現(xiàn)場進行供電調(diào)試，僅僅安裝潛水泵就要3個壯勞力半天時間，灌溉完成后還要收回自家設(shè)備，下次灌溉時再重新安裝。由于種植需求，一戶平均每年要灌溉5次以上。沒有電的地塊更麻煩，農(nóng)戶需要攜帶柴油機、發(fā)電機等，費工、費時、不安全。采用無井房智能灌溉系統(tǒng)后，只要拿著一張卡片，打開出水口，在射頻控制器上輕輕一刷就能澆地，家庭婦女、老人也能完成，使用方便、快捷、安全，壯勞力也可以安心在外務(wù)工。該灌溉系統(tǒng)投資約為1 000元/畝，與傳統(tǒng)的井房式灌溉系統(tǒng)相比，約節(jié)省投資150元/畝。由于將用水量與農(nóng)民自身利益直接掛鉤，大大調(diào)動了農(nóng)民節(jié)水積極性，原來灌溉一畝需要2～3個小時，需灌溉水70 m3左右，使用該灌溉系統(tǒng)后，灌溉一畝地僅需1個小時，僅需灌溉水50 m3左右，年均節(jié)水120 m3/畝，節(jié)電約20 kWh，灌溉成本每畝由原來的20～30元降低到現(xiàn)在的10元左右，大大減輕了農(nóng)民負(fù)擔(dān)，節(jié)約了地下水資源，實現(xiàn)了良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。濟寧市任城區(qū)老百姓在用上了無井房智能灌溉系統(tǒng)后，編出了順口溜：“婦女刷卡來澆田，騰出勞力去掙錢，省錢省力又安全，感謝政府送甘泉”，充分反映了農(nóng)民群眾對該灌溉系統(tǒng)的歡迎和肯定。

（2）計量精確，運行安全可靠

原來灌溉采取的是電表計量或者按時收費的計量模式，先使用后交費。無井房智能灌溉系統(tǒng)采用的是非接觸式高頻觸發(fā)磁卡控制技術(shù)，一個控制器可供多個IC卡用戶使用，計量準(zhǔn)確，計量電量精確到0.01 kWh，計量時間精確到秒。使用過程中自動扣減費用，動態(tài)顯示卡消費金額和卡內(nèi)余額，一目了然，群眾易于接受。IC射頻卡采用先進加密技術(shù)，使用安全。運行過程中，自動啟動裝置能夠配合機器，實現(xiàn)水泵的自動控制，并對水泵的缺相、欠壓、過壓、過流以及其他不正常運行隨時檢測，確保水泵安全運行，較原來直接啟動機井延長了機電設(shè)備的使用壽命。

（3）減少占地，密切干群關(guān)系

無井房智能灌溉系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機井房明渠灌溉系統(tǒng)相比，減少了井房占地，節(jié)省了明渠占地，原來井房及出水池占地約16 m2，現(xiàn)在的一眼井保護裝置和射頻控制器占地不足2 m2，每2 000畝可節(jié)約耕地1畝，節(jié)地率約0.5‰。該系統(tǒng)中PVC管道鋪設(shè)于地下，與傳統(tǒng)的明渠灌溉相比節(jié)省了渠道占地，節(jié)地率達1.2%左右，同時解決了渠道滲漏問題，改用管道輸水灌溉后比土渠灌溉節(jié)水40%。該系統(tǒng)采用預(yù)收費方式，收費標(biāo)準(zhǔn)公開，較以前更公平合理，較好地解決了村干部頻繁催交水費及因收費計量失真經(jīng)常發(fā)生糾紛等突出問題，對密切農(nóng)村干群關(guān)系、建設(shè)和諧社會具有重要意義。

3.無井房智能灌溉系統(tǒng)的缺點

該系統(tǒng)的主要缺點是控制系統(tǒng)損壞后維修不便。IC卡控制系統(tǒng)目前有兩種安裝方式：安裝在混凝土保護裝置外部，但是控制器容易被人為損壞，特別是機芯容易被盜；安裝在混凝土保護裝置內(nèi)部，雖然安全防盜但是機芯容易受潮出現(xiàn)故障。一旦設(shè)備損毀出現(xiàn)問題，因射頻控制器科技含量較高，用戶無法自行維修，需供貨商派專業(yè)人員維修，等待時間較長。

三、推廣應(yīng)用前景展望

水資源短缺和浪費并存是我國北方農(nóng)業(yè)水危機的主要特征，一方面農(nóng)業(yè)供水因水資源短缺難以增加，而工業(yè)和城市的發(fā)展進一步削減了農(nóng)業(yè)用水；另一方面農(nóng)業(yè)水資源嚴(yán)重浪費，有很大的節(jié)水潛力。濟寧市機井灌溉是農(nóng)業(yè)灌溉的主要形式之一，現(xiàn)有農(nóng)用機電井11.66萬眼，井灌面積達430萬畝，大部分農(nóng)用灌溉機井沒有安裝該系統(tǒng)，仍然沿襲按畝或按電度收取水費方式，由于灌溉電費與用水量沒有直接掛鉤，造成農(nóng)民節(jié)水意識不強，存在大水溝漫灌現(xiàn)象，造成水資源浪費、地下水水位下降形成漏斗區(qū)等水環(huán)境問題。該系統(tǒng)集水量計量、收費管理、控制于一體，特別適用于農(nóng)用機井節(jié)水灌溉控制管理，隨著現(xiàn)代化灌溉控制技術(shù)的提高，可以預(yù)測將具有較好的應(yīng)用前景。

1.大力推廣應(yīng)用

采用“動靜”結(jié)合方式加大使用宣傳力度?！皠印本褪侵谱鞴?jié)水灌溉宣傳片，宣傳片力求緊貼濟寧市節(jié)水工作實際，大力宣傳節(jié)水知識及灌溉項目區(qū)成效，制作應(yīng)圖像清新、聲音渾厚，樂于群眾收聽收看；“靜”就是制作宣傳畫冊，書寫濟寧市水資源現(xiàn)狀、節(jié)水措施及成效等，文字力求通俗易懂，圖文并茂，便于干部群眾閱讀。對適宜安裝該灌溉系統(tǒng)的地塊，水利部門確保在實施方案階段就得到落實，市政府財政和水利部門對推廣工作好的縣（市、區(qū)）在今后的資金、項目和技術(shù)等方面應(yīng)給予重點支持，同時還要積極拓展該系統(tǒng)在泵站灌區(qū)的應(yīng)用。

2.提高科技水平

提高節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用和一站式墑情、降雨、小農(nóng)水信息管理平臺技術(shù)，提高灌溉效率和管理水平。結(jié)合濟寧市農(nóng)田經(jīng)營模式、地塊大小、水井出水量和耕作習(xí)慣等，積極組織研發(fā)輕便、耐用、效率高、群眾易于接受的灌溉設(shè)備?，F(xiàn)全市146個鄉(xiāng)鎮(zhèn)全部恢復(fù)和建立了水利站，均設(shè)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)防汛抗旱供水專業(yè)服務(wù)隊伍，應(yīng)經(jīng)常聘請供貨商技術(shù)人員下鄉(xiāng)講解平時容易遇到的技術(shù)問題及解決方案，普遍提升水利站人員及農(nóng)村用戶技術(shù)水平。

3.切實加強維護

切實落實山東省水利廳、省財政廳聯(lián)合出臺的《關(guān)于加強小型農(nóng)田水利設(shè)施運行管護的指導(dǎo)意見》，以及濟寧市人民政府印發(fā)的《濟寧市小農(nóng)水設(shè)施維護管理辦法》《項目資金使用管理暫行辦法》《項目績效考核辦法》等文件精神。濟寧市財政從2013年開始每年拿出不低于1 000萬元的資金投入小農(nóng)水設(shè)施管護，縣（市、區(qū)）根據(jù)公共財政收入按照一定比例進行配套，發(fā)揮了財政資金引領(lǐng)作用。下一步應(yīng)盡快出臺“濟寧市鼓勵和引導(dǎo)民間資本參與水利建設(shè)實施辦法”，調(diào)動農(nóng)民、用水合作組織和家庭農(nóng)場等主體的積極性、主動性，聚集民間資本興修小水利，變政府“獨唱”為社會“合唱”。進一步加強基層水利服務(wù)體系和水利服務(wù)熱線“116”建設(shè)，創(chuàng)新運行管護模式，多方籌集管護經(jīng)費，定期對農(nóng)田水利設(shè)施進行專業(yè)的維護保養(yǎng)，對損壞工程及時修復(fù)，確保工程長期發(fā)揮效益。

[1]濟寧市人民政府.濟寧市生態(tài)保護與建設(shè)示范區(qū)建設(shè)方案[R].2014.

[2]濟寧市水利局.濟寧市水利綜合統(tǒng)計年報[R].2013.

[3]馬耀光，等.旱地農(nóng)業(yè)高效節(jié)水與灌溉技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[4]王永喜，等.基于射頻IC卡的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng) [J].蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2011，18(3).