呼圖壁縣智能化灌溉技術(shù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

謝華國(guó)

摘要：新疆水資源緊缺、年積溫大、蒸發(fā)量大、降雨量少等地方特此，提供便于發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展。更何況在呼圖壁縣水資源十分緊缺，年來(lái)水量滿(mǎn)足不了用水量，灌溉用水效率等實(shí)際情況確定該縣走向自動(dòng)化、信息化、智能化灌溉必要性。

關(guān)鍵詞：智能化灌溉技術(shù)；應(yīng)用；評(píng)價(jià)

【引言】：水是生命之起源，若沒(méi)有了水，地球上的生命將會(huì)枯竭。專(zhuān)家們?cè)A(yù)言，如果不注意保護(hù)水節(jié)約水，地球上剩下的最后一滴水將是人類(lèi)的眼淚。新疆是嚴(yán)重缺水的干旱地區(qū)之一，水資源十分緊缺并且分布不均勻。利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是新疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要的出路。呼圖壁縣位于新疆維吾爾自治區(qū)中北部，地處歐亞大陸腹地，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，水資源十分緊缺的地區(qū)之一。

呼圖壁縣的農(nóng)業(yè)用水量占全縣總用水量95-98%，因此農(nóng)業(yè)用水和供水量是目前處于危機(jī)狀態(tài)。節(jié)水灌概是農(nóng)業(yè)灌概的一場(chǎng)革命，是解決農(nóng)業(yè)干旱缺水問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)本縣可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。如何發(fā)展適合呼圖壁縣農(nóng)業(yè)灌概手段落后、投入不足這一現(xiàn)狀的節(jié)水灌概控制技術(shù)，追趕國(guó)內(nèi)和國(guó)際先進(jìn)水平成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)和膜下滴灌技術(shù)的發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)慢慢往智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)重要組成部分的“精量控制灌概”是今后農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展方向。本文結(jié)合呼圖壁縣智能化膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用實(shí)際情況，描述智能化滴管技術(shù)在呼圖壁的應(yīng)用及對(duì)其評(píng)價(jià)。

1、呼圖壁縣智能化滴灌技術(shù)的構(gòu)造

智能化技術(shù)是將農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)、作物栽培技術(shù)、氣象技術(shù)、土壤測(cè)墑技術(shù)、施肥技術(shù)、信息技術(shù)、滴水自動(dòng)化等技術(shù)融合一體化的一門(mén)新技術(shù)。智能化灌溉系統(tǒng)包括水源工程，首部樞紐（水泵、肥料注入設(shè)備、過(guò)濾設(shè)備、智能灌溉控制系統(tǒng)等）、測(cè)控保護(hù)裝置、輸水管道及配套管件，灌水器等。其中滴灌智能化控制系統(tǒng)一般是由中央控制站、田間控制站、電磁閥、RTU（遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端單位）或閥門(mén)控制器及田間信息采集或監(jiān)測(cè)設(shè)備5個(gè)部分組成。

1.1 中央控制站（主站）

中央控制站主要有微機(jī)等設(shè)備及控制系統(tǒng)軟件組成。其根據(jù)作物需水規(guī)律和生長(zhǎng)情況制定符合水力學(xué)要求的輪灌計(jì)劃，并將該計(jì)劃轉(zhuǎn)換成控制指令發(fā)送到對(duì)應(yīng)的田間控制站，田間控制站收到指令后控制對(duì)應(yīng)的電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)灌溉計(jì)劃。

1.2田間控制站

田間控制站是通過(guò)接受中央控制站所下發(fā)的控制指令，并按照指令類(lèi)型及去向控制需要開(kāi)、關(guān)的電磁閥。

1.3電磁閥

電磁閥是田間智能化技術(shù)的最重要部分之一，是按照田間控制站下達(dá)的指令，控制地面管（支管）的開(kāi)關(guān)水。

1.4 RTU（遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端單位）

RTU（遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端單位）又稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)閥門(mén)控制器，可以控制出地樁的開(kāi)關(guān)水，并記錄徑流和壓力，還能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給田間控制站。

1.5田間信息采集及監(jiān)測(cè)設(shè)備

田間信息采集及監(jiān)測(cè)設(shè)備可以將田間的土壤、作物、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。測(cè)量的土壤信息包括土壤溫度、土壤含水率、土壤CO2濃度等；測(cè)量的作物數(shù)據(jù)有冠層溫度、高度、莖干變化等；測(cè)量的氣象數(shù)據(jù)有降雨量、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、蒸發(fā)、輻射等。同時(shí)，以上收集的數(shù)據(jù)最終會(huì)收集到中央控制站。

2、智能滴灌在呼圖壁的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

呼圖壁縣隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的不斷發(fā)展，于21世紀(jì)初開(kāi)始建設(shè)膜下滴灌技術(shù)示范點(diǎn)。并逐漸推廣應(yīng)用整個(gè)縣范圍內(nèi)棉花、加工番茄、玉米等作物的灌溉，而且由于使用便捷力、提高水資源利用效率等優(yōu)勢(shì)，使用面積一年比一年擴(kuò)大，使用作物種類(lèi)增多。2002年起呼圖壁縣積極響應(yīng)相關(guān)部門(mén)的促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展及走向信息化農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)方向的號(hào)召，開(kāi)始建立自動(dòng)化灌溉示范基地。

近幾年呼圖壁縣委托中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)、新疆水利水電科學(xué)研究院等科研單位為技術(shù)依靠，于2014年8月份在呼圖壁縣大豐鎮(zhèn)成立中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)呼圖壁縣教授工作站。進(jìn)一步是實(shí)現(xiàn)科學(xué)走進(jìn)大田，科研做在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，由教授及研究生指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合體系。滴灌自動(dòng)化項(xiàng)目從2014年的750畝示范項(xiàng)目和2000畝地的推廣應(yīng)用項(xiàng)目，發(fā)展到現(xiàn)在的5000畝地的高效節(jié)水示范項(xiàng)目基地和2萬(wàn)畝地的自動(dòng)化實(shí)施項(xiàng)目。應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)的作物從剛開(kāi)始的棉花，發(fā)展到目前棉花、玉米、谷子、蔬菜及瓜果，辣椒、加工番茄和苗木的作物。首部水源工程把單獨(dú)使用地表水或者地下等傳統(tǒng)分配方法，改成地根據(jù)地方需求地表水和地下水混用的合理的有效的方法。信息采集方面，引進(jìn)國(guó)內(nèi)智能化滴灌技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè)作為技術(shù)依靠，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從水源首部到田間閥門(mén)的水位變化，系統(tǒng)流量和壓力的變化，每個(gè)閥門(mén)為單位的大田瞬時(shí)流量和壓力，以及灌水定額、灌溉定額的統(tǒng)計(jì)。按照不同作物不同生育期的需水量科學(xué)地灌溉，根據(jù)作物需求和土壤類(lèi)型不一樣，進(jìn)行科學(xué)施肥及采集施肥用量。為了確切的觀測(cè)作物墑情變化和作物長(zhǎng)勢(shì)的關(guān)系，采用無(wú)線(xiàn)墑情采集傳感器、視頻監(jiān)控終端、養(yǎng)分監(jiān)測(cè)站和小型農(nóng)業(yè)氣象站等高科技手段初步得實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化。

目前基本上具備了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)信息化工程的基礎(chǔ)建設(shè)條件，智慧農(nóng)業(yè)大夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)做了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

3、智能滴灌在呼圖壁的應(yīng)用效果分析

呼圖壁縣是全疆首批國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，擁有高效節(jié)水公司化價(jià)格專(zhuān)業(yè)服務(wù)合作社和井電雙控服務(wù)隊(duì)，使滴灌技術(shù)由原來(lái)的人工控制閘閥發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)化、智能化控制管理。由于智能滴灌技術(shù)的推廣，能極大程度上的解放勞動(dòng)力，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)水資源，合理的分配水資源，減少化學(xué)肥料的使用，降低農(nóng)戶(hù)的成本并增加田間的產(chǎn)量。

3.1解放勞動(dòng)力

應(yīng)用智能滴灌技術(shù)的田間可以適當(dāng)?shù)臏p少中耕，減少勞動(dòng)力和機(jī)力，折算成機(jī)力投入大約是20元/畝；減少人工澆水以及打田梗工，折算機(jī)力投入大約是30元/畝。且相比較之前的滴灌系統(tǒng)，解決了很多需要進(jìn)行的人工操作，在灌溉方面能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)人管理的目標(biāo)。endprint

3.2實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)水資源

田間信息采集能獲得田間持水量、土壤鹽分、土壤溫度等數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)的提供灌溉預(yù)報(bào)信息。電磁閥能在灌水過(guò)程中實(shí)時(shí)的提供管道壓力、累計(jì)流量、瞬時(shí)流量的數(shù)據(jù)。

3.3合理的分配水資源

灌水定額和灌溉定額通過(guò)智能的滴灌系統(tǒng)可以得到嚴(yán)格的進(jìn)行，減少了人為操作過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)間差異。智能滴灌讓田間滴灌的均勻度得到了很大的提高，灌溉水量也可以被控制的很合理。中央控制站可以根據(jù)采集田間土壤、作物、氣象數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的合理的輪灌計(jì)劃，控制田間控制站來(lái)進(jìn)行輪灌，讓水資源得到了合理的分配。

3.4減少化學(xué)肥料的使用

智能滴灌采用的肥水的供應(yīng)方式，能夠讓肥料可以均勻的讓每一顆作物的根吸收，它們所吸收的養(yǎng)料的均勻度非常高。智能滴灌可以針對(duì)特定小區(qū)給予相應(yīng)的肥料，讓肥料可以更加充分的利用，同時(shí)減少了不必要的化學(xué)肥料的使用。

3.5降低農(nóng)戶(hù)的成本并增加田間的產(chǎn)量

智能滴灌系統(tǒng)代替了原有滴灌系統(tǒng)中需要人工操作的很多步驟，減少了必要的勞動(dòng)力，降低了農(nóng)戶(hù)的成本。智能滴灌系統(tǒng)可以嚴(yán)格的按照預(yù)定輪灌計(jì)劃澆水，讓根系充分的吸收水分，減少地面徑流和作物的課間蒸發(fā)，田間用水量減少，降低了農(nóng)戶(hù)的成本。同時(shí)，也可以防止雜草的生長(zhǎng)，增加作物的產(chǎn)量。

4、智能滴灌的展望

（1）采用物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制及灌溉管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化。

（2）通過(guò)用首部水計(jì)量監(jiān)測(cè)及壓力監(jiān)測(cè)和首部進(jìn)水閥控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程灌溉調(diào)度控制，保證灌溉用水的計(jì)劃管理和實(shí)時(shí)調(diào)度，保證首部計(jì)量準(zhǔn)確可靠。

（3）依據(jù)灌區(qū)作物需水特性及對(duì)氣象墑情的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，制定作物灌溉制度和灌溉計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)灌溉智慧、灌溉決策，節(jié)約水資源、提高水資源利用效率。

（4）建設(shè)基于移動(dòng)互聯(lián)終端的管理系統(tǒng)，提高灌溉工程運(yùn)行管理效率、保證供水設(shè)施安全運(yùn)行，減低運(yùn)行成本，保證灌溉供水可靠性，提高灌溉水利用系數(shù)。

（5）通過(guò)本次項(xiàng)目建設(shè)，為今后的高效節(jié)水灌溉工程樹(shù)立一個(gè)現(xiàn)代化智能灌溉典范、引領(lǐng)全縣乃至自治區(qū)的智能灌溉潮流。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]蔡甲冰，劉鈺，雷廷武，許迪.精量灌溉決策定量指標(biāo)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展，2004（04）：531-537.

[2]楊婷.基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[3]馬衛(wèi)兵.棉花膜下滴灌自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用的探討[J].中國(guó)科技信息，2008（08）：83-84.

[4]任志雄.智能化滴灌技術(shù)的應(yīng)用初探[J].新疆農(nóng)墾科技，2007（01）：40-41.

[5]周春芳.自動(dòng)化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用[A].《建筑科技與管理》組委會(huì).2015年2月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].《建筑科技與管理》組委會(huì)，2015：2.

[6]楊明，翟云龍，章建新.智能化滴灌技術(shù)及其在棉花上生產(chǎn)上的應(yīng)用[B].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008：30-32

[7]茍銳敏.自動(dòng)化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用[B].阿勒泰地區(qū)福?？h水利管理總站，2014.endprint