實(shí)施自動(dòng)化灌溉技術(shù)存在的問題與對策探討

段守明，廖 源

（1.兵團(tuán)第五師九〇團(tuán)水利科，新疆 博樂 833409；2.新疆東方遠(yuǎn)潤信息科技股份公司）

實(shí)施自動(dòng)化灌溉技術(shù)存在的問題與對策探討

段守明1，廖 源2

（1.兵團(tuán)第五師九〇團(tuán)水利科，新疆 博樂 833409；2.新疆東方遠(yuǎn)潤信息科技股份公司）

農(nóng)業(yè)灌溉采用自動(dòng)化控制技術(shù)是國家發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要舉措。為推進(jìn)九〇團(tuán)自動(dòng)化滴灌技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮現(xiàn)有節(jié)水設(shè)備的作用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉管理自動(dòng)化，本文對九〇實(shí)施滴灌自動(dòng)化控制技術(shù)過程中存在的問題和當(dāng)前我國滴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)的不足之處進(jìn)行了探討，提出了實(shí)施自動(dòng)化滴灌技術(shù)的對策。

自動(dòng)化灌溉技術(shù)；存在的問題；對策

信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的大趨勢，也是我國產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我國國防、交通、土地等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)。農(nóng)業(yè)灌溉信息化是國家以信息化改造提升傳統(tǒng)灌溉的具體體現(xiàn)，是帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的重要措施之一。農(nóng)業(yè)灌溉信息化就是指充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用農(nóng)業(yè)、水利灌溉信息資源，包括農(nóng)業(yè)、水利信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù)，全面提升農(nóng)業(yè)、水利事業(yè)活動(dòng)效率和效能的歷史過程。農(nóng)業(yè)灌溉信息化可以提高信息采集、傳輸?shù)臅r(shí)效性和自動(dòng)化水平，是農(nóng)業(yè)、水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志。適應(yīng)農(nóng)業(yè)灌溉信息化建設(shè)、信息技術(shù)發(fā)展趨勢和農(nóng)業(yè)水利灌溉管理的要求，大力推進(jìn)九〇團(tuán)農(nóng)業(yè)、水利信息化的進(jìn)程，全面提高水利管理工作科技含量，是保障團(tuán)場水利與團(tuán)場經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的必然選擇，是貫徹國家水資源使用管理核定紅線的根本保證，是降低農(nóng)業(yè)成本、能耗，改善職工勞動(dòng)條件，增加職工經(jīng)濟(jì)收入的根本途徑。

新疆博樂第五師九〇團(tuán)位于祖國的最西邊，阿拉山口前沿，氣候條件十分惡劣，年最高氣溫42.6℃，最低氣溫35.0℃，蒸發(fā)比1∶15.6 mm。8級以上大風(fēng)180 d，屬于沙漠干旱氣候，九〇團(tuán)農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠地下水進(jìn)行灌溉，水資源是制約九〇團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模和生產(chǎn)水平的關(guān)鍵因素。節(jié)水灌溉已在九〇團(tuán)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活中廣泛開展。1988年九〇團(tuán)開始利用噴灌技術(shù)進(jìn)行土地開發(fā)，土地面積由初期的0.17萬hm2增加到現(xiàn)在的0.73萬hm2。由于受到水資源的約束，1999年九〇團(tuán)對16 hm2棉田進(jìn)行了膜下滴灌試驗(yàn)，當(dāng)年棉花單產(chǎn)達(dá)到430 kg/667 m2。2001年開始大面積推廣膜下滴灌種植棉花，目前九〇團(tuán)膜下滴灌面積達(dá)0.73萬hm2。在節(jié)水、增產(chǎn)、增效方面已取得了較好的成效。2002年，為探索新的節(jié)水技術(shù)，九〇團(tuán)進(jìn)行了地埋滴灌高效灌溉技術(shù)試驗(yàn)，2006年地埋滴灌棉花種植面積達(dá)到400 hm2。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，特別是現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)的普遍應(yīng)用，如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化灌溉管理成為新的研究課題。本文就今后如何大面積發(fā)展自動(dòng)化灌溉技術(shù)進(jìn)行探討。

1 實(shí)施滴灌技術(shù)為推廣自動(dòng)化灌溉奠定了基礎(chǔ)

新疆兵團(tuán)第五師九〇團(tuán)實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉經(jīng)歷了從大水漫灌到溝畦灌，再從噴灌到膜下滴灌的3個(gè)階段，走出了一條適合本地區(qū)使用和自主創(chuàng)新相結(jié)合的節(jié)水灌溉發(fā)展之路，已成為本地區(qū)在大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用節(jié)水滴灌技術(shù)范圍最廣、面積最大、發(fā)展最快的地區(qū)之一。在近幾年實(shí)施的節(jié)水滴灌項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)地埋供系統(tǒng)過程中，九〇團(tuán)就考慮到了今后發(fā)展實(shí)施自動(dòng)化技術(shù)的需要，通過多年滴灌技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)形成了一套比較完整的各種農(nóng)作物栽培技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，為推廣自動(dòng)化灌溉技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

2 采用自動(dòng)化滴灌控制系統(tǒng)是今后農(nóng)業(yè)向規(guī)模化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化方向發(fā)展的必然趨勢

自動(dòng)化滴灌控制系統(tǒng)將覆膜種植技術(shù)、滴灌灌溉技術(shù)、農(nóng)作物栽培技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行綜合配套應(yīng)用，可有效提升本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化管理水平。綜合配套技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)（精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)灌水、精準(zhǔn)施肥等）、高效（勞動(dòng)效率高、增產(chǎn)幅度大）、節(jié)約（節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、節(jié)肥等）、環(huán)保（環(huán)境友好、鹽漬土改良利用等）、易控（機(jī)械化、自動(dòng)化、集約化）等目標(biāo)。采用自動(dòng)化滴灌控制系統(tǒng)也是隨著本地區(qū)勞動(dòng)力的不斷減少和國家土地政策的不斷調(diào)整，在本地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)、農(nóng)機(jī)服務(wù)的公司，灌溉服務(wù)公司，勞動(dòng)力服務(wù)公司對新的種植管理方式的探索，也促進(jìn)了本地區(qū)未來農(nóng)業(yè)向規(guī)?；?、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化方向發(fā)展，必將成為實(shí)現(xiàn)本區(qū)作物農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之路。

3 九〇團(tuán)自動(dòng)化灌溉控制系統(tǒng)應(yīng)用概況

2013年，九〇團(tuán)自動(dòng)化灌溉試驗(yàn)在9連1號(hào)棉田進(jìn)行，試驗(yàn)面積64 hm2，該試驗(yàn)的地埋供水系統(tǒng)采用原來的灌溉系統(tǒng)，水泵流量為230 m3/h，揚(yáng)程80 m，首部配套自動(dòng)反沖洗式過濾器1臺(tái)，施肥罐1臺(tái)。棉花種植品種選擇903，行距配置為13 cm +66 cm+13 cm。選用本地產(chǎn)一次性邊縫式滴灌帶，流量為1.6 L/h，滴孔間距0.3 m，電磁閥安裝在原來的2個(gè)分干上，每個(gè)分干上安裝24個(gè)，該試驗(yàn)地共計(jì)安閥門控制器12個(gè)，變頻控制柜及數(shù)據(jù)采集、傳輸1套，超聲波流量計(jì)1臺(tái)，團(tuán)級監(jiān)控系統(tǒng)為遠(yuǎn)程無線系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸采用電信CDMI數(shù)字無線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，2014年，九〇團(tuán)與新疆東方遠(yuǎn)潤信息科技股份公司進(jìn)行合作，在9連實(shí)施了自動(dòng)化灌溉試驗(yàn)項(xiàng)目，在灌溉管理上采用無線遠(yuǎn)程控制管理技術(shù)，2014年6月5日至9月20日，通過開通無線遠(yuǎn)程水泵的開和關(guān)、供電網(wǎng)上的電流、電壓、水泵的開和關(guān)時(shí)間以及灌溉累計(jì)水量、隨時(shí)水量、首部壓力等數(shù)據(jù)（2 h記錄1次）的傳輸，通過自動(dòng)化灌溉控制系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用，與常規(guī)灌溉相比，節(jié)水15.34%，氮肥利用率達(dá)到43.4%，磷肥利用率達(dá)到18.85%，灌水均勻度提高到95.8%，職工灌溉管理面積較現(xiàn)在增加了2～5倍，棉花可增產(chǎn)8%～15%。

4 目前自動(dòng)化灌溉技術(shù)應(yīng)用存在的問題

4.1 水含泥沙較大，沉淀池、過濾設(shè)備配置不合理

目前實(shí)施的滴灌系統(tǒng)灌溉水源采用自然水和井水，采用自然水灌溉比較多，有些沉淀池設(shè)計(jì)的面積和有效深度不合理，自然水?dāng)?shù)量小于水泵的出水量，泥沙沒有有效的沉淀時(shí)間，在項(xiàng)目區(qū)沒有蓄水調(diào)節(jié)工程，滿足不了灌溉需求，特別是在灌溉高峰期和洪水期。過濾設(shè)備陳舊，過濾精度低，農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度大。在清洗過程中需要停機(jī)，嚴(yán)重影響灌溉時(shí)間，由于沉淀池和過濾問題在灌溉中把泥沙帶入管道和滴灌帶內(nèi)部，造成滴灌帶內(nèi)部流道堵塞，滴水不均，嚴(yán)重影響作物生長，導(dǎo)致減產(chǎn)。

4.2 滴灌帶單孔出水量大，滴灌自動(dòng)化成本偏高

目前，滴灌帶大部分選用的是本地區(qū)生產(chǎn)的一次性邊縫式滴灌帶，單孔出水量為2.8～3.0 L/h，滴頭間距25～30 cm，造成地埋管道管徑增大，地面支管間距較近，數(shù)量增多，田間電磁閥、閥門控制器數(shù)量相應(yīng)增加。

4.3 滴灌帶質(zhì)量和可靠性差

目前，生產(chǎn)一次性邊縫式滴灌帶的企業(yè)都是私人企業(yè)，滴灌帶的合格率較低，達(dá)不到國家規(guī)定的工作壓力，工作壓力稍高一點(diǎn)，就會(huì)有爆管的情況發(fā)生，目前使用的滴灌系統(tǒng)或多或少的存在低壓運(yùn)行狀態(tài)，一旦實(shí)行自動(dòng)化灌溉，整個(gè)系統(tǒng)處于正常的壓力下，地面設(shè)備包括一些連接管件的質(zhì)量問題就會(huì)暴露出來，損壞和漏水情況就會(huì)加重。很多用戶可能誤認(rèn)為是自動(dòng)化系統(tǒng)帶來的問題，這樣會(huì)給滴灌自動(dòng)化的推廣造成負(fù)面影響。

4.4 自動(dòng)化灌溉配套產(chǎn)品缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

在自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)中，田間使用的電磁閥有進(jìn)口和國產(chǎn)之分，進(jìn)口電磁閥價(jià)格高，國產(chǎn)電磁閥相對較低，但由于產(chǎn)品沒有針對農(nóng)用水質(zhì)進(jìn)行專業(yè)性開發(fā)和改進(jìn)，在功能上不能完全滿足農(nóng)戶的需求。國內(nèi)自主研發(fā)的產(chǎn)品由于公司規(guī)模、研發(fā)能力等限制其產(chǎn)品性能良莠不齊，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對其規(guī)范，不同廠家的灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)信息共享，導(dǎo)致產(chǎn)品在更新和安裝方面不能統(tǒng)一，在一定程度上給用戶造成了很大的麻煩[1]。

4.5 自動(dòng)化設(shè)備的管理、使用和維護(hù)問題

目前，很多自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的管理人員、使用人員沒有得到專業(yè)的培訓(xùn)，對設(shè)備的性能、特點(diǎn)和日常維護(hù)不甚了解，操作、維護(hù)不熟練。每年重復(fù)的拆卸和安裝工作，加上保管不善造成設(shè)備損壞、零部件丟失現(xiàn)象嚴(yán)重。

4.6 土地承包面積不統(tǒng)一，職工文化水平較低

目前，九〇團(tuán)職工承包的土地面積仍是20年前的定額，一直沒有進(jìn)行調(diào)整，職工在灌溉過程中仍然采用各自為戰(zhàn)模式，設(shè)備的利用率不能夠充分發(fā)揮，在某些程度上極大地浪費(fèi)了電能。團(tuán)場現(xiàn)有的職工文化水平普遍偏低，對自動(dòng)化灌溉的認(rèn)識(shí)不足，直接影響了自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的使用。

5 實(shí)施自動(dòng)化滴灌技術(shù)的主要對策

5.1 做好項(xiàng)目實(shí)施前的可行性論證工作

自動(dòng)化灌溉工程主要由水源、地下、地上供水系統(tǒng)、首部過濾系統(tǒng)、田間閥門、機(jī)井信號(hào)傳輸與控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成。自動(dòng)化項(xiàng)目工程成本控制的關(guān)鍵在于項(xiàng)目區(qū)的水質(zhì)，如果項(xiàng)目區(qū)內(nèi)水的含泥沙在要求范圍內(nèi)，首部沉淀池、過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，田間滴灌帶滴頭流量可以選擇在1.38 L/h以下，單向鋪設(shè)長度60～80 m，田間地上供水系統(tǒng)（田間閥門、機(jī)井信號(hào)傳輸與控制系統(tǒng)設(shè)備）的投入可以大大降低，因此，項(xiàng)目在規(guī)劃設(shè)計(jì)前應(yīng)首先考慮該地區(qū)的水質(zhì)情況，同時(shí)，首部沉淀池、過濾系統(tǒng)要作為重點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容。

5.2 加快自動(dòng)化灌溉專用灌水器產(chǎn)品的升級換代

目前，我國自動(dòng)化滴灌技術(shù)已相對成熟，大部分設(shè)備、材料都已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，造價(jià)大幅降低，初步具備大規(guī)模應(yīng)用的條件。要著力實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備的本地低成本生產(chǎn)，一方面可以更好地滿足市場的需要，另一方面使服務(wù)更加快捷方便。特別是使用者越來越趨向于普通農(nóng)戶，因此，灌溉自動(dòng)化的操作方式要向直觀、簡潔、實(shí)用的方向發(fā)展，推廣便于農(nóng)戶看得懂、會(huì)使用的操作界面。在配套產(chǎn)品研發(fā)上，今后應(yīng)重點(diǎn)推廣低壓補(bǔ)償式滴灌帶、小流量高抗堵滴灌帶、高效能水泵、低能耗過濾器和大管徑低壓系列管材等[1]。

5.3 加快智能化決策系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的研發(fā)

現(xiàn)階段的灌溉信息化建設(shè)以實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化為主，應(yīng)留有接收和執(zhí)行智能化決策信息的接口和能力。加大農(nóng)學(xué)、水利、信息化方面的專家對智能決策系統(tǒng)的研發(fā)力度，取得成果后為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供決策數(shù)據(jù)，形成自動(dòng)化推動(dòng)智能化促進(jìn)自動(dòng)化的良性循環(huán)。

5.4 加大對節(jié)水設(shè)備市場的管理

將產(chǎn)品認(rèn)證作為節(jié)水灌溉建設(shè)采購相關(guān)產(chǎn)品的必備條件，逐漸將簡陋、低水平的家庭式、作坊式企業(yè)摒棄出節(jié)水市場。逐步擴(kuò)大節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)在各種大田作物上的推廣應(yīng)用，政府在推廣過程中給予相應(yīng)的補(bǔ)貼。

5.5 研究土地承包政策，改變現(xiàn)有承包形式

隨著大田滴灌自動(dòng)控制灌溉試驗(yàn)的逐步進(jìn)行以及今后面臨的大面積推廣工作，目前的承包定額已不能適應(yīng)自動(dòng)化灌溉技術(shù)的實(shí)施與推廣，隨著團(tuán)場退休職工的增多，年齡的增大，農(nóng)業(yè)種植人員日益退減。必須探索新的團(tuán)場農(nóng)業(yè)種植承包政策。比如可以根據(jù)團(tuán)場每年職工退減數(shù)量，招錄一些具有一定文化程度的人員進(jìn)行土地集體承包集中管理，在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)五統(tǒng)一管理，工資采用基礎(chǔ)工資加產(chǎn)量工資模式，經(jīng)過2～3年技術(shù)學(xué)習(xí)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，使之成為生產(chǎn)的主要力量，為今后兵團(tuán)滴灌自動(dòng)控制技術(shù)的大面積推廣奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5.6 加強(qiáng)對基層農(nóng)戶的宣傳和培訓(xùn)

在常規(guī)滴灌模式下，灌水量和施肥都具有隨意性和主觀性，而進(jìn)行自動(dòng)化滴灌就要按設(shè)計(jì)的輪灌制度及作物本身的需求量進(jìn)行，輪灌制度的執(zhí)行剛性化了，這種管理方式的轉(zhuǎn)變，一般農(nóng)戶和基層管理者都不愿意接受這種監(jiān)督和控制，這種矛盾突出暴露出來，許多地方就演變成了手動(dòng)控制或廢棄掉。這就需要加強(qiáng)用戶培訓(xùn)，提高認(rèn)識(shí)，協(xié)調(diào)滴灌設(shè)計(jì)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理的關(guān)系，提高輪灌制度設(shè)計(jì)水平，將管理模式與自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一，充分發(fā)揮自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)的優(yōu)勢和潛力[1]。

[1]陳林.國家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心（新疆）：大田滴灌自動(dòng)化灌溉技術(shù)的應(yīng)用和存在問題及對策 [EB/OL].http：// www.jsgg.com.cn/Index/Display.aspNewsID=18890/2014-09-16.

兵團(tuán)新型城鎮(zhèn)化綜合改革試點(diǎn)工作啟動(dòng)

為給兵團(tuán)新型城鎮(zhèn)化體制機(jī)制創(chuàng)新提供可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)和模式，2015年3月5日，兵團(tuán)印發(fā)《兵團(tuán)城市（鎮(zhèn)）新型城鎮(zhèn)化試點(diǎn)工作方案》，正式啟動(dòng)鐵門關(guān)市、雙河市、五家渠市、石河子市、北泉鎮(zhèn)及芳草湖農(nóng)場6個(gè)單位的新型城鎮(zhèn)化綜合改革試點(diǎn)工作。

按照兵團(tuán)黨委要求，兵團(tuán)發(fā)改委會(huì)同民政局、人力資源和社會(huì)保障局、國土資源局和建設(shè)（環(huán)保）局，圍繞行政管理創(chuàng)新和行政成本降低的設(shè)市模式--團(tuán)鎮(zhèn)合一、農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化成本分擔(dān)機(jī)制、城鎮(zhèn)化土地節(jié)約集約利用、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃與國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃暨“三規(guī)融合”、多元化可持續(xù)的城鎮(zhèn)化投融資機(jī)制等試點(diǎn)任務(wù)，指導(dǎo)開展試點(diǎn)工作。

（《兵團(tuán)日報(bào)》）

2015—02—09