付 杰

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引 言

為了促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉工程建設(shè)是一個(gè)必不可少的內(nèi)容。隨著經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展，自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)已經(jīng)成為可能。目前，我國(guó)已有多個(gè)地區(qū)進(jìn)行了自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)建設(shè)，如：新疆、遼寧、黑龍江等。自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)建設(shè)大大提高了灌溉水利用率，節(jié)約了人力成本，具有十分重要的意義。水資源是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的另一個(gè)因素，分析當(dāng)?shù)厮Y源供需平衡結(jié)果，可為灌區(qū)引水工程建設(shè)提供參考，是灌溉工程建設(shè)過(guò)程中比不可少的工作內(nèi)容[1-3]。

1 工程概況

試點(diǎn)區(qū)水源為爛泥溝水庫(kù)，水泥庫(kù)位于烏江水系平寨河上游，集雨面積4.5 km2，多年平均徑流量247萬(wàn)m3，多年平均流量0.8m3/s，實(shí)測(cè)最枯流量0.08 m3/s?！八室惑w”自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的工程布局為：利用紅星灌區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)中7號(hào)水池控制的21.33hm2獼猴桃灌面作為試點(diǎn)區(qū)，在試點(diǎn)區(qū)內(nèi)布置滴灌管，并采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的自動(dòng)化控制設(shè)施，實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)區(qū)的“水肥一體”自動(dòng)化灌溉。

2 水資源供需平衡分析

2.1 可供水量分析

項(xiàng)目區(qū)噴灌區(qū)灌溉保證率取90%，低壓管灌區(qū)設(shè)計(jì)保證率取80%，滴灌區(qū)灌溉保證率取90%，根據(jù)計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)各片區(qū)水量見(jiàn)下表1。

圖1 試點(diǎn)區(qū)概況

表1 項(xiàng)目區(qū)可供水量成果表

2.2 需水量分析

紅星灌區(qū)灌溉面積300hm2，采取滴灌灌水方式。擬規(guī)劃種植獼猴桃，灌溉保證率取90%。采用定額法計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)灌溉總需水量為27.50萬(wàn)m3，各月份灌溉需水量見(jiàn)圖2。

人均綜合用水定額按80L/人·天計(jì)算，水量利用系數(shù)取0.95(=管道輸水利用系數(shù)0.95)。計(jì)算得:所涉區(qū)域年生活需水量為12.56萬(wàn)m3,年供水量為13.22萬(wàn)m3。

貴州省修文縣2012年度小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣建設(shè)實(shí)施方案涉及谷堡鄉(xiāng)和龍場(chǎng)鎮(zhèn)共2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，按照水源和各片區(qū)灌區(qū)及人飲分布進(jìn)行水量平衡計(jì)算，根據(jù)每個(gè)水源灌溉的項(xiàng)目區(qū)面積以及供水人口，對(duì)各片區(qū)進(jìn)行了分析計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，各項(xiàng)目區(qū)的水量均能滿(mǎn)足灌溉及生活需要。

圖2 各月灌溉需水量

3 自動(dòng)化灌溉工程建設(shè)

3.1 “水肥一體”工程建設(shè)

3.1.1 微灌工程

擬在21.33hm2試點(diǎn)區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)首部配套水肥設(shè)施，在田間鋪設(shè)微灌施肥用滴灌管。滴灌管擬采用直徑20mm，流量3.5L/h，間距50cm，壁厚1.0mm的以色列進(jìn)口壓力補(bǔ)償?shù)喂喙堋Ｔ摰喂喙芫哂谐隽髁烤鶆?、使用年限長(zhǎng)、鋪設(shè)距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 補(bǔ)償?shù)喂喙?/p>

3.1.2 “水肥一體”化工程

水肥一體化工程的核心是自動(dòng)灌溉施肥機(jī)，見(jiàn)圖4。該機(jī)器配備可編程控制器和監(jiān)控設(shè)備。其可編程控制器為自動(dòng)灌溉控制軟件開(kāi)發(fā)提供了平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家級(jí)灌溉、施肥控制。該機(jī)器可根據(jù)用戶(hù)需求，設(shè)置灌溉、施肥程序，通過(guò)機(jī)器上的肥料泵可將作物所需養(yǎng)分和灌溉水注入灌溉管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)灌溉、施肥一體化作業(yè)，可提高水肥利用效率。利用計(jì)算機(jī)程序控制灌溉和施肥，可根據(jù)作物需求，精準(zhǔn)施肥、灌溉，同時(shí)，機(jī)器灌溉流量、壓力適應(yīng)范圍大，可在多種環(huán)境中使用。水肥一體化工程安裝示意圖見(jiàn)圖5。

圖4 自動(dòng)施肥機(jī)

圖5 水肥一體化安裝示意圖

3.2 自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)

3.2.1 灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

灌溉控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容是現(xiàn)場(chǎng)閘閥井控制系統(tǒng)。閘閥井安裝在支管的分水處，21.33hm2試點(diǎn)工程共設(shè)置6個(gè)閘閥井。遠(yuǎn)程灌溉系統(tǒng)由：監(jiān)控管理、現(xiàn)場(chǎng)控制多級(jí)控制方案，其中檢測(cè)管理級(jí)位于展示廳，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)位于灌溉區(qū)。在灌溉區(qū)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置18個(gè)不同尺寸的電磁閥，可實(shí)現(xiàn)不同灌溉方式的自動(dòng)灌溉。

布置在試點(diǎn)區(qū)的6個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，通過(guò)支管對(duì)片區(qū)控制進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)作物需水狀況自適應(yīng)灌溉的功能。

3.2.2 泵房水池控制系統(tǒng)

水泵房控制級(jí)主要由各種傳感器和水泵控制器等組成，具有水位監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制水泵啟停和轉(zhuǎn)速等功能，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)水位變化控制灌溉啟停，根據(jù)作物需水量控制進(jìn)、出水量等功能，可在無(wú)人的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理?；驹砣缦拢豪靡何粋鞲衅鲗?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位，利用壓力傳感器控制灌溉流量，采用PID與模糊算法相結(jié)合的控制算法，實(shí)現(xiàn)泵房、水池、水處理的自適應(yīng)控制功能。

圖6 1#支管現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)組成圖

圖7 高位水池液位控制系統(tǒng)原理圖

3.2.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

修文縣農(nóng)業(yè)示范區(qū)區(qū)域大，布線(xiàn)難度高，采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)傳輸視頻，同時(shí)可滿(mǎn)足園區(qū)高效管理的需求。通過(guò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控可保護(hù)園區(qū)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)資料的安全，同時(shí)也可了解操作人員工作的規(guī)范性；也可對(duì)外展示植被生長(zhǎng)、管理情況，展現(xiàn)食品安全性。

圖8 視頻監(jiān)控效果示意圖

3.2.4 遠(yuǎn)程氣象監(jiān)控系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)氣象對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響極大。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響范圍極大，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的極大威脅。實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)，對(duì)災(zāi)害等級(jí)進(jìn)行劃分可為園區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供重要保障。氣象站是遠(yuǎn)程氣象監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，利用各種傳感器可收集溫度、風(fēng)俗、氣壓、壤情、雨量等信息，利用多種通信方式實(shí)現(xiàn)與氣象中心計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)共享，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。

3.2.5 中心管理系統(tǒng)

中心管理系統(tǒng)軟件可實(shí)時(shí)查看各項(xiàng)信息，如：壤情、氣溫、水位等情況。通過(guò)監(jiān)控管理實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制級(jí)的遠(yuǎn)程控制，結(jié)合修文農(nóng)業(yè)示范園區(qū)以及農(nóng)作物種類(lèi)設(shè)置不同的控制、報(bào)警參數(shù)，利用現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的電磁控制閥，根據(jù)預(yù)設(shè)的要求，按時(shí)按量對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，同時(shí)可將灌溉信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可實(shí)現(xiàn)預(yù)警預(yù)報(bào)功能。

通信方式：監(jiān)控管理級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)(分站+擴(kuò)展模塊)之間采用GPRS無(wú)線(xiàn)通信方式。監(jiān)控管理級(jí)需接入Internet，可實(shí)現(xiàn)管理用房和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的分站和擴(kuò)展模塊、傳感器和電磁閥與現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)之間采用RVVP6*1.0線(xiàn)纜，并外穿dn50的PE管材與土建部分一起埋入土層。

圖9 管理房中心管理實(shí)時(shí)畫(huà)面

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)水資源供需平衡分析，修文縣農(nóng)業(yè)示范區(qū)用水可由爛泥溝水庫(kù)供給，無(wú)需從區(qū)外引水。為了提高園區(qū)管理水平，采用微灌技術(shù)，建設(shè)“水肥一體”自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳感器收集數(shù)據(jù)的分析，采用PID與模糊算法控制水泵啟停、預(yù)報(bào)預(yù)警，實(shí)時(shí)監(jiān)控作物生長(zhǎng)情況，利用科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可解放生產(chǎn)力，提高水資源利用效率和肥效。