自動化技術(shù)在新疆地區(qū)棉花滴灌中的推廣與應用——以沙灣縣金溝河鎮(zhèn)自動化滴灌工程為例

陳子牛

(新疆沙灣縣水利局，新疆沙灣832100)

農(nóng)業(yè)作為新疆的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其自動化技術(shù)的發(fā)展，其重要性可謂是整個新疆經(jīng)濟發(fā)展的動脈;是實現(xiàn)高投入、高產(chǎn)出的集約經(jīng)營和新疆農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必經(jīng)途徑之一。充分利用新型實用的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)—棉花膜下滴灌自動化控制，該項技術(shù)是我們在原膜下滴灌應用技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象技術(shù)的應用，植保和田間土壤測水測肥自測監(jiān)測系統(tǒng)，運用現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)、自動化控制技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的科學成果。此項技術(shù)在新疆沙灣縣金溝河鎮(zhèn)興奮村140 hm2自動化滴灌工程的應用效果顯著，是農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)的良好示范。

1 自動化控制技術(shù)示范項目概況

沙灣縣金溝河鎮(zhèn)興奮村自動化滴灌工程位于金溝河鎮(zhèn)興奮村以東的農(nóng)田，地塊以北臨近烏伊公路，以南緊貼宋圣宮火車站及鐵路。地塊設(shè)計流量320 m3/h，過濾器設(shè)計出口壓力0.38 MPa，灌溉面積140 hm2。出水樁上安裝電磁閥，由中央監(jiān)控站進行無線控制，對站內(nèi)電磁閥進行開、關(guān)管理。

2 棉田膜下滴灌自動化技術(shù)的特點

自動化滴灌工程的應用既節(jié)約了人力，是一項實用的、高科學的新型技術(shù)。有以下兩個方面的特點。

2.1 應用協(xié)調(diào)

主要表現(xiàn)于:農(nóng)業(yè)措施應用和長短支管輪灌方式、灌水管理方便的優(yōu)點，也就是農(nóng)業(yè)措施與系統(tǒng)水力學設(shè)計應用協(xié)調(diào)。

2.2 選擇合理

體現(xiàn)在2個方面:①體現(xiàn)于系統(tǒng)灌溉設(shè)備的選擇上。在結(jié)合現(xiàn)有作物種植模式、土壤的基礎(chǔ)上，科學使用各種灌溉設(shè)備，把已經(jīng)使用的滴溉系統(tǒng)實施改進，進一步降低了自控的投入;②表現(xiàn)在首部自控設(shè)備的選擇上，首部控制配置設(shè)備合理，主要有超聲波電磁流量計、變頻柜、立式離心泵、灌溉操作控制觸摸屏、自吸式自動化過濾器等，提高了系統(tǒng)的安全運行，把工程投入降低到了最大限度。此外，設(shè)備的合理配置，還把自控設(shè)備與系統(tǒng)的整體性能充分發(fā)揮出來，最后，設(shè)備的合理選擇，給已進行了自動化控制設(shè)備應用的地塊高產(chǎn)作了保障。

3 滴灌系統(tǒng)布置方法

3.1 田間總體布置

本項目采用有壓膜下灌技術(shù)，根據(jù)機井分布和可供水量情況，布設(shè)1個灌溉系統(tǒng)。首部控制一獨立灌溉系統(tǒng)，系統(tǒng)首部設(shè)過濾、施肥、量測設(shè)備;地面均采用PE薄壁支管+毛管布置方式，田間管道由地埋主干管—分干管—給水栓和地面支管—毛管組成。系統(tǒng)地埋主、分干管，均采用 PVC (0.4Mpa)管;地面鋪設(shè)支管采用Ф75薄壁(0.25 MPa)PE管，輔管采用Ф40PE管，毛管采用16—400—1.8型單翼迷宮式滴灌帶。綜合考慮地塊、可供水源，灌溉周期、所選用滴灌帶技術(shù)參數(shù)，根據(jù)規(guī)范對滴灌質(zhì)量要求的有關(guān)規(guī)定，經(jīng)過水力計算，確定毛管雙向布置，布置長度逆坡≤80 m，順坡≤100 m，根據(jù)當?shù)胤N植模式:棉花種植行距為(15+40+15+ 40+15)+55 cm，1膜6行，確定滴灌帶鋪設(shè)為1膜2管6行。

3.2 管網(wǎng)布置

管網(wǎng)布置包括:主干管—分干管—出地管—支管—毛管布置。干管、分干管質(zhì)材為硬質(zhì)聚氯乙烯管，干管未端處設(shè)排水井，在管道彎頭和三通的節(jié)點處設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩，干管平均埋深0.8 m;支管垂直種植作物方向布置，材質(zhì)為PE管，地面鋪設(shè)，布置形式為長短支管，布置最大長度按≤120 m、最大間距按≤150 m控制，支管尾部采用人工綁扎;沿種植方向布置，本設(shè)計選用一膜兩管的布置形式，膜下管滴孔流量為1.8 L/h，滴孔間距為0.4 m。滴灌帶以支管為中心雙向鋪設(shè)，利用按扣和三通連接，為確保灌水均勻度在95%，毛管鋪設(shè)長度按順坡≤80 m，逆坡≤100 m控制。

3.3 田間自控技術(shù)要求

本項目根據(jù)滴灌帶的滴頭流量大小、間距長度，進行配備穩(wěn)流按扣三通，使流量分布均勻有保證。自控系統(tǒng)的田間，使用用GSM短信控制器替代電纜線傳輸信號，使成本投入大為降低。通過濕度傳感器測定出土壤中的水分含量;由計算機發(fā)送指令給GSM短信控制裝置，指揮電磁閥自動開啟實施灌水。田間中斷器、解碼器，是通過信號控制電磁閥的開關(guān)，反饋信號到首部控制操作臺。氣象信息實時監(jiān)測系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)氣象信息實時監(jiān)測系統(tǒng)是以微型計算機技術(shù)為核心，集傳感器技術(shù)、GPRS組網(wǎng)技術(shù)、WEB互聯(lián)技術(shù)以及數(shù)據(jù)資料管理為一體的農(nóng)業(yè)氣象信息采集處理系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)由溫度、濕度、氣壓、風速、風向、降雨量、太陽輻射、土壤溫度/濕度、葉面溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、RAM存儲器(或存儲卡)TC－7500無線調(diào)制解調(diào)器、太陽能電池板和后備電池組成。

3.4 自控首部技術(shù)要求

在此工程中增壓泵結(jié)構(gòu)采用四級電機轉(zhuǎn)遞1 480轉(zhuǎn)/min，直聯(lián)式單級離心泵(無聯(lián)軸)，這種設(shè)備抗汽蝕性好，自吸性強。采用自動化控制后，系統(tǒng)水源為渠水灌溉，必須有首部自動灌溉器，沉沙池容積以配水量和灌溉面積的多少而定，具備四級過濾網(wǎng)，確保水質(zhì)清潔。自動化控制，使用變頻方式，保證用電高峰期的電壓、電流的穩(wěn)定，使水泵的操作過程期間能按照預設(shè)的程序額定流量正常工作，流量的穩(wěn)定有保障。選用超聲波電磁流量計，使滴灌種植戶任何時候均可了解到灌水的流量、時間、累計水量及流速。做到計量公正、準確、透明公開灌溉。選用無石英沙的自吸式自動網(wǎng)式過濾器，水頭損失控制在最少數(shù)量，并且過水截面大，穩(wěn)定性也強。

4 滴灌自動化技術(shù)的應用效果

此工程自實施以來得到了良好的廣泛應用效果:方便了系統(tǒng)的管理。自動化控制實施后，由中央監(jiān)控站對田間192個電磁閥按設(shè)計輪灌制度進行灌溉，杜絕了人工開啟閥門的隨意性，方便了系統(tǒng)的管理;達到了節(jié)水效果。由于采用自動化控制灌溉，灌溉時間得以保證，從而使灌灌水量得到有效控制，達到了預期的節(jié)水效果;為滴灌模式下的不同土質(zhì)的棉花各生育期需水量提供了科學依據(jù)。從推行滴灌開始，科研人員對滴灌模式下的不同土質(zhì)的棉花各生育期需水量進行了大量的研究，但因為人為操作的隨意性及滴溉時間、滴量及灌水周期的不確定性而無法拿出科學的依據(jù)。自動化控制的實施確保了滴灌時間、滴量及灌水周期，為滴灌模式下的不同土質(zhì)的棉花各生育期需水提供了科學依據(jù);提高了人工管理定額。由于滴灌系統(tǒng)運行是采用程序化管理，所有電磁閥的開啟均由中央監(jiān)控室統(tǒng)一管理，節(jié)省了大量的勞動力。實施自動化控制后，人工管理定額由原來的2 hm2地增加到6.67 hm2;增產(chǎn)明顯。由于提高了灌水均勻度，棉花長勢良好，有明顯的增產(chǎn)性。

5 應用體會

興奮村自動化滴灌工程是自動化控制系統(tǒng)在節(jié)水灌溉領(lǐng)域的應用和推廣。膜下滴灌自動化控制系統(tǒng)，集成了棉田膜下滴灌技術(shù)和無線信號傳輸?shù)膬?yōu)點:將膜下滴灌的手動閥門更換為電磁閥，杜絕了人為操作的隨意性，節(jié)省了開啟閥門的人力;用GSM短信控制器替代電纜線傳輸信號，使成本投入大為降低。通過濕度傳感器測定出土壤中的水分含量;由計算機發(fā)送指令給GSM短信控制裝置，指揮電磁閥自動開啟實施灌水。工程中自動化控制系統(tǒng)的應用提升了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的檔次，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)發(fā)展新模式，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)質(zhì)的飛躍，在自治區(qū)內(nèi)達到先進水平。

6 結(jié)語

沙灣縣金溝河鎮(zhèn)興奮村自動化滴灌工程中采用的膜下滴灌技術(shù)與自動化應用技術(shù)的結(jié)合，把全天候棉花生長影像觀測與自動土壤檢測相結(jié)合，提高了水肥的利用率，實現(xiàn)了灌溉智能化。目前，自動化應用技術(shù)在新疆許多地區(qū)的廣大農(nóng)工中已漸漸得到接受，因此棉花的單產(chǎn)與總產(chǎn)也將會出現(xiàn)一個新的飛躍與突破，這將會讓新疆地區(qū)的農(nóng)業(yè)走上更高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)的道路。

［1］馬衛(wèi)兵.棉花膜下滴灌自動化技術(shù)設(shè)計應用的探討［J］.中國科技信息，2008(08):83－84.

［2］李春燕，馬申潔，邢彥偉.智能決策系統(tǒng)在棉花膜下滴灌中的應用［J］.中國棉花，2006，33(6):37－43.

［3］房衛(wèi).智能化技術(shù)在棉花膜下滴灌中的應用初探［J］.新疆農(nóng)墾科技，2007(03):77－78.