信息化在農(nóng)田水利工程管理中的應用

【摘要】通過對東阿縣小型農(nóng)田水利重點縣項目新設(shè)備和新技術(shù)應用探討，指出了加強新設(shè)備和新技術(shù)應用的必要性，進一步總結(jié)了新設(shè)備和新技術(shù)應用的成效。

【關(guān)鍵詞】信息化；農(nóng)田水利

水利科技創(chuàng)新是促進水利改革發(fā)展的強勁動力。近年，東阿縣水務局注重水利科技創(chuàng)新體系建設(shè)，緊緊圍繞農(nóng)田水利重點信息化工程建設(shè)，開展技術(shù)開發(fā)、轉(zhuǎn)化及推廣應用工作，農(nóng)村水利信息化建設(shè)工作取得了新突破。

東阿縣水務局自2012年開始，在農(nóng)田水利重點縣項目建設(shè)信息化管理上積極探索和創(chuàng)新，取得了較好的效果。特別是在東阿縣小型農(nóng)田水利重點縣2014年度項目建設(shè)中注重農(nóng)田水利信息化控制體系建設(shè)，繼2012年和2013年成功實施變頻恒壓供水泵站、微灌智能化控制工程后，又瞄準全國領(lǐng)先、全省一流的目標，投資200多萬元在2014年小型農(nóng)田水利重點縣建設(shè)項目中實施了土壤墑情信息采集及遠程監(jiān)控系統(tǒng)工程。該項目可對2.63萬畝灌溉面積實施智能化控制，大大提高了東阿縣農(nóng)村水利信息化整體水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗旱管理水平，建成了初具規(guī)模的節(jié)水灌溉示范區(qū)，引領(lǐng)周邊地區(qū)加快了農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)先進技術(shù)的推廣和應用，加快了農(nóng)村水利現(xiàn)代化建設(shè)進程。該項目的推廣有效的提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗旱管理水平，為快速掌握土地旱情動態(tài)，有效防旱、抗旱、減少旱災造成的各項損失提供了重要的基礎(chǔ)信息。

1、系統(tǒng)概述及主要特點

1.1 系統(tǒng)概述

為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗旱管理水平，快速掌握土地旱情動態(tài)，有效防旱、抗旱、減少旱災造成的各項損失，逐步建立起廣泛覆蓋的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為相應管理部門的重要任務之一。

土壤墑情信息采集及遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對土壤墑情（土壤濕度）的長時間連續(xù)監(jiān)測。用戶可根據(jù)監(jiān)測需要靈活布置土壤水分傳感器；也可將傳感器布置在不同的深度，測量剖面土壤水分情況。系統(tǒng)還提供了額外的擴展能力，可根據(jù)監(jiān)測需求增加對應傳感器，監(jiān)測土壤溫度、土壤電導率、土壤PH值、地下水水位、地下水水質(zhì)以及空氣溫度、空氣濕度、光照強度、風速風向、雨量等信息，從而滿足系統(tǒng)功能升級的需要。

土壤墑情信息采集及遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠全面、科學、真實地反映被監(jiān)測區(qū)的土壤變化，可及時、準確地提供各監(jiān)測點的土壤墑情狀況，為減災抗旱提供了重要的基礎(chǔ)信息。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、遠程監(jiān)測設(shè)備和土壤墑情檢測設(shè)備四部分構(gòu)成。

監(jiān)控中心：

硬件主要由服務器、計算機、交換機、打印機等組成。

軟件主要有操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成。

通信平臺：

包括中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET公網(wǎng)。

系統(tǒng)計劃采用公網(wǎng)專線的組網(wǎng)方式，監(jiān)控中心需具備可上外網(wǎng)的固定IP地址。

遠程監(jiān)測設(shè)備：

遠程監(jiān)測設(shè)備可根據(jù)供電類型分為市供電土壤墑情監(jiān)測終端、太陽能供電土壤墑情監(jiān)測終端和電池供電土壤墑情監(jiān)測終端。

針對土壤墑情監(jiān)測點分散分布、不易布線的特點，本次項目中選用太陽能供電型土壤墑情監(jiān)測終端。

土壤墑情監(jiān)測設(shè)備：

根據(jù)監(jiān)測需求，可采用1路土壤水分傳感器實現(xiàn)單點墑情檢測；也可采用多路土壤水分傳感器，并將傳感器布置在不同的深度，實現(xiàn)監(jiān)測點的剖面土壤墑情檢測。

1.3 主要特點

①高穩(wěn)定性，安裝維護操作方便。

②支撐的材料為環(huán)氧樹脂，強度和壽命得到保證。

③密封性好，可長期埋入土壤中使用，且不受腐蝕。

④采用標準的電流環(huán)傳送技術(shù)使其具有抗干擾能力強，傳送距離遠，測量精度高，響應速度快。

⑤土質(zhì)影響較小，應用地區(qū)廣泛，適合中國國情。

2、系統(tǒng)應用

為了有效地獲取農(nóng)田信息、降低勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率以及提高生產(chǎn)自動化程度，建立符合農(nóng)業(yè)信息高效獲取要求的自動化控制系統(tǒng)，是區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，無線移動通訊網(wǎng)絡(luò)已遍及城市、鄉(xiāng)村。采用基于GPRS的土壤墑情信息采集及遠程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅方便了農(nóng)民對農(nóng)田的日常管理，還減少了田間設(shè)備、降低了勞動強度、提高了勞動生產(chǎn)率，同時對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化有著重要的意義。

土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對土壤墑情（土壤濕度）的長時間連續(xù)監(jiān)測。土里的遠程監(jiān)測設(shè)備能自動分段采集0-80cm土壤墑情實時數(shù)據(jù)，包括土壤含水量和溫度，以及大氣溫度、濕度、風速風向、光照強度、降雨量等，并利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸。監(jiān)控中心自動接收、自動存儲各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中，如果土壤水分超過預先設(shè)定的限制時，會立刻上報警告信息。

3、經(jīng)濟評估

3.1 經(jīng)濟效益

系統(tǒng)經(jīng)過多年研究和開發(fā)，目前各項技術(shù)已經(jīng)基本完善，在全國多個地區(qū)得到了廣泛應用。如北京市共建38個土壤墑情監(jiān)測站，分布在北京13個區(qū)縣的山區(qū)與平原，覆蓋面積達16800萬km2，據(jù)北京水務局估算每年減少災害損失約5000萬元。在河南省焦作市廣利灌區(qū)，灌區(qū)作物為小麥，灌區(qū)面積約3.4萬km2也建立了30個土壤墑情監(jiān)測站為灌區(qū)的防旱抗旱提供依據(jù)。我單位在本次農(nóng)田水利項目規(guī)劃建設(shè)中作為新技術(shù)推廣建設(shè)土壤墑情測報系統(tǒng)1處，覆蓋面積2.63萬畝，本項目2014年10月開始實施，2015年4月完成，總工期歷時6個月，本工程竣工驗收完成到2016年6月份為止，據(jù)東阿縣水務局有關(guān)部門核算共減少災害損失50余萬元。

3.2 社會效益

①土壤墑情信息采集與遠程監(jiān)測系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)有線傳輸方式布線的限制，能夠滿足對多點土壤墑情進行遠程監(jiān)測，具有較好的實用價值和應用前景。

②通過對GPRS現(xiàn)代科技的應用使系統(tǒng)具有靈活的擴充性和伸縮性，實際運用表明，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對大面積區(qū)域的土壤墑情進行可靠的實時監(jiān)測。

③系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，軟硬件設(shè)計可行。將太陽能電源引入到土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)中，利用太陽能充電。因此，系統(tǒng)可實現(xiàn)無人值守并連續(xù)不間斷運行，大大降低了系統(tǒng)人力的投入。

④系統(tǒng)監(jiān)測區(qū)域土壤墑情的效果是否良好，取決于該區(qū)域內(nèi)土壤墑情站的數(shù)量。但建立較多的土壤墑情監(jiān)測站，將會導致系統(tǒng)的投資偏大，因而會影響系統(tǒng)的推廣，解決的措施，一方面系統(tǒng)可以和移動式土壤墑情測量儀表配合使用，建立土壤墑情巡測站；另一方面可以與遙感技術(shù)相結(jié)合，這樣可以進一步較少土壤固定監(jiān)測站的投入，并提高系統(tǒng)的可靠性和適用性。

4、結(jié)語

通過新設(shè)備和新技術(shù)的應用，東阿縣農(nóng)田水利工程安全運行的可靠度大幅度提高，經(jīng)濟運行得到較大改善，使農(nóng)田用水得到最大程度的降低，每年可節(jié)約用水154萬m3。通過各種新設(shè)備和新技術(shù)在實際中的應用，進一步推動了農(nóng)田水利工程新設(shè)備和新技術(shù)的推廣，并為農(nóng)田水利技術(shù)改造提供了成功經(jīng)驗。