虎海波，范洪梅

（攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院，四川攀枝花 617061）

自動化灌溉控制系統(tǒng)在攀枝花市高效節(jié)水灌溉中的應(yīng)用探討

虎海波，范洪梅

（攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院，四川攀枝花 617061）

四川省攀枝花市米易縣、鹽邊縣和仁和區(qū)中央小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣建設(shè)高效節(jié)水灌溉試點(diǎn)縣項(xiàng)目中，對已建成的自動化灌溉控制系統(tǒng)使用中存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的建議。

自動化灌溉 高效節(jié)水 四川攀枝花

自動化灌溉控制系統(tǒng)是將計算機(jī)技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)以及通訊技術(shù)結(jié)合起來，能夠檢測土壤墑情、環(huán)境特征，并依據(jù)檢測結(jié)果來決定灌水量與灌溉時間。其擺脫了傳統(tǒng)的全憑經(jīng)驗(yàn)灌溉的灌溉模式，并且將灌溉節(jié)水技術(shù)、農(nóng)作物栽培技術(shù)及節(jié)水灌溉工程的運(yùn)行管理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過計算機(jī)通用化和模塊化的設(shè)計程序，構(gòu)筑供水流量、壓力、土壤水分、作物生長信息、氣象資料的自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行水、土環(huán)境因子的模擬優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)灌溉節(jié)水、作物生理、土壤濕度等技術(shù)控制指標(biāo)的逼近控制，從而將農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的理論研究提高到新的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用水平。

自動化灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對作物的科學(xué)灌溉，與原有的節(jié)水灌溉系統(tǒng)相比提高了灌水量的精準(zhǔn)性，提高了作物產(chǎn)量，致使灌溉的合理性得到進(jìn)一步的提高。作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向與趨勢，2011年以來，攀枝花市已實(shí)施1.666 7萬hm2高效節(jié)水灌溉面積，并分別在鹽邊縣、米易縣和仁和區(qū)建設(shè)了自動化灌溉項(xiàng)目區(qū)，自動化灌溉控制系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用將極大地提高攀枝花市現(xiàn)有節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的技術(shù)與管理水平，對展示高新技術(shù)，引領(lǐng)節(jié)水產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)攀枝花市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展意義重大。為了解項(xiàng)目的運(yùn)行和使用情況，攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院水利與農(nóng)機(jī)所的技術(shù)人員對3個區(qū)縣自動化灌溉項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行了實(shí)地走訪和調(diào)研，現(xiàn)就存在的一些問題探討如下。

1 項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)狀

攀枝花市3個區(qū)縣（鹽邊縣、米易縣和仁和區(qū)）通過高效節(jié)水灌溉試點(diǎn)縣項(xiàng)目建設(shè)，共實(shí)施高效節(jié)水自動化灌溉面積268.67 hm2，涉及作物主要是蔬菜與芒果。其中芒果面積184.67 hm2，蔬菜面積84 hm2。3個區(qū)縣自動化灌溉控制系統(tǒng)建設(shè)情況，詳見表1。

鹽邊縣、米易縣和仁和區(qū)的自動化灌溉控制系統(tǒng)都是由以色列進(jìn)口的夢幻控制系統(tǒng)和田間灌溉系統(tǒng)組成。其中夢幻控制系統(tǒng)由夢幻控制器和田間控制終端（RTU）組成。夢幻控制器和RTU通過2芯電纜線進(jìn)行通訊，RTU控制田間電磁閥實(shí)現(xiàn)夢幻控制器的指令。整個系統(tǒng)中夢幻控制器是中樞系統(tǒng)，發(fā)出灌溉指令和收集田間的灌溉等信息；RTU為控制系統(tǒng)的終端，接收夢幻控制器的指令并傳遞給電磁閥，完成整個灌溉系統(tǒng)的指令傳送。

項(xiàng)目建成后，通過近年來的使用，效果較好，與原有的灌溉方式相比實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)灌溉，一般可以節(jié)水40%以上，省工90% 以上，而且作物增產(chǎn)明顯，品質(zhì)得到有效改善。

2 存在的問題

2.1 山地自動化灌溉系統(tǒng)投入成本較高

從表1中可看出，在攀枝花市中山區(qū)實(shí)施自動化灌溉控制系統(tǒng)的667 m2均成本差不多是河谷平地的1倍。如果與常規(guī)節(jié)水灌溉相比，其667 m2均成本更是其3倍左右。究其原因，主要是由于：一是為確保灌溉系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，在山地實(shí)施灌溉自動化控制系統(tǒng)時需要安裝大量的電磁減壓閥。攀枝花市的特色水果如芒果、枇杷、石榴等一般均種植在中山區(qū)，該區(qū)域地形高差較大，實(shí)施自動化灌溉控制系統(tǒng)時，在大部分灌溉線路中均須安裝減壓閥，以避免地勢較低區(qū)域壓力過大對管道造成的損壞，同時有效保證各個區(qū)域的灌溉量和灌水均勻度；二是山區(qū)地形復(fù)雜，地塊不規(guī)則，果樹種植不規(guī)范，導(dǎo)致灌溉系統(tǒng)控制分區(qū)較多，相應(yīng)的管材、配件與電磁閥用量增加較多；三是水源工程造價偏高。為減少能耗，山地實(shí)施自動化灌溉系統(tǒng)一般均采用自壓方式，這樣蓄水池需建在系統(tǒng)的最高位置，建設(shè)施工時材料須二次搬運(yùn)，大量使用人工，導(dǎo)致蓄水池的造價較高。

2.2 系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)水肥一體化功能

表1 鹽邊縣、米易縣、仁和區(qū)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目建設(shè)自動化灌溉控制系統(tǒng)

攀枝花市由于獨(dú)特的地理氣候條件，農(nóng)產(chǎn)品畝均經(jīng)濟(jì)效益較高，使得土地利用集約化、規(guī)?；潭炔桓?，多是單家獨(dú)戶分散經(jīng)營，因此，實(shí)施自動化灌溉控制系統(tǒng)的村社，一個灌溉系統(tǒng)涉及眾多農(nóng)戶。因農(nóng)戶的種植管理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、文化水平均存在著一定的差異，在施肥上無法做到統(tǒng)一，因此，現(xiàn)有的自動化灌溉控制系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了水的自動化灌溉，原灌溉系統(tǒng)中設(shè)計的施肥系統(tǒng)未能發(fā)揮作用。

2.3 系統(tǒng)中部分控制樞紐的信號傳輸較弱，不靈敏

目前，已建的3個自動化灌溉控制系統(tǒng)中，在信號傳輸上均是采用無線傳輸方式。無線傳輸方式不需要埋設(shè)電線，施工安裝方便，也不影響農(nóng)戶田間耕作。但是鹽邊與仁和區(qū)的項(xiàng)目區(qū)均位于中山區(qū)，地形較復(fù)雜，因山勢的影響，部分控制樞紐存在著信號傳輸較弱，不靈敏的現(xiàn)象，有時需人工開啟電磁閥。

2.4 建后的用水機(jī)制不健全

高效節(jié)水灌溉工程是三分建，七分管，建是基礎(chǔ)，管是關(guān)鍵。它改變的不僅是灌溉模式，更是對農(nóng)業(yè)用水管理模式的一次革新，因此，建立與健全高效節(jié)水使用維護(hù)機(jī)制是確保項(xiàng)目良性與長久發(fā)揮效益的根本。

精裝修的施工周期管理、質(zhì)量要求等作為精細(xì)化管理的重要組成部分，與精裝修的施工工序順利開展存在較大關(guān)系。部分管理人員由于沒有意識到精細(xì)化管理的重要性，導(dǎo)致其沒有將質(zhì)量要求與相關(guān)規(guī)范作為基礎(chǔ)對施工質(zhì)量進(jìn)行控制，也沒有進(jìn)行有效的成本控制，使精裝修工程施工質(zhì)量無法獲得保障，還會浪費(fèi)施工成本。

為確保已建的高效節(jié)水設(shè)施系統(tǒng)能正常運(yùn)行與使用，當(dāng)?shù)卮迳缃M建了用水者協(xié)會，并安排專人負(fù)責(zé)。但是由于對本地作物灌溉制度的研究、栽培技術(shù)的研究等相關(guān)配套技術(shù)沒有跟上，導(dǎo)致用水者協(xié)會建立的用水機(jī)制不健全，用戶使用時主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)編制灌溉計劃，設(shè)定灌溉時間和灌溉量。同時，用水者協(xié)會在制定的管護(hù)機(jī)制中，對如何合理確定水價，水費(fèi)的收繳，水費(fèi)開支、使用的監(jiān)管，水費(fèi)中除管理費(fèi)用外維護(hù)費(fèi)用的收取等都還不健全，可操作性不強(qiáng)，導(dǎo)致實(shí)際使用中水費(fèi)收繳困難，用水機(jī)制還有待進(jìn)一步探索與完善。

2.5 管護(hù)人員的管理水平有待提高

高效節(jié)水技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可缺少的重要內(nèi)容，與常規(guī)的溝灌和漫灌相比，它要求農(nóng)民有較高的文化知識水平，特別是高效節(jié)水灌溉中的自動控制灌溉系統(tǒng)，它對農(nóng)民的文化素質(zhì)要求更高。而鹽邊縣、米易縣與仁和區(qū)這3個自動化灌溉系統(tǒng)的管護(hù)人員都是施工方在工程建設(shè)完后培養(yǎng)的本地村民。由于文化水平有限，只能通過夢幻控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單、固定的灌水操作，無法根據(jù)控制系統(tǒng)當(dāng)中采集到的溫度、土壤濕度等傳感器參數(shù)編制灌溉計劃，適時進(jìn)行灌溉。系統(tǒng)功能利用程度較低，“高效”還沒有得到充分體現(xiàn)。

2.6 出現(xiàn)故障時，維護(hù)困難

3個區(qū)縣自動化灌溉系統(tǒng)的施工方都是外地的，在該市無銷售人員與門市，而攀枝花市也沒有此類的專業(yè)技術(shù)人員。當(dāng)自動灌溉控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，只有打電話詢問施工方。在保修期內(nèi)，施工方還可及時派人來維修，而在保修期過后，這個問題就顯得更加突出。并且，因攀枝花市沒有相應(yīng)的電子產(chǎn)品與配件銷售，技術(shù)人員找到問題后，配件還需從外地運(yùn)輸或郵寄過來，致使維修時間較長。2015年，仁和區(qū)的自動灌溉控制系統(tǒng)因雷擊出現(xiàn)故障后，一個電容配件，修理花了近一個半月的時間。同時，山區(qū)自動灌溉控制系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時，須爬坡上坎去處理，與平坦地勢相比，維護(hù)與管理都較困難。

3 建議

3.1 加大對管護(hù)人員的高效節(jié)水技術(shù)培訓(xùn)工作

攀枝花市實(shí)施高效節(jié)水灌溉的每個村都成立了用水者協(xié)會，并選出了相應(yīng)的管護(hù)人員。鹽邊縣、米易縣與仁和區(qū)3個區(qū)縣的高效節(jié)水辦公室每年可聘請市農(nóng)林科學(xué)研究院的技術(shù)人員，組織1～2次針對管護(hù)人員高效節(jié)水技術(shù)知識的培訓(xùn)，以提高管護(hù)人員對高效節(jié)水技術(shù)知識的掌握，使其在管理與使用中能及時發(fā)現(xiàn)問題，并解決問題，確保系統(tǒng)良性、長久運(yùn)行。

自動灌溉控制系統(tǒng)的信號傳輸方式分為有線和無線。傳輸方式的選擇要根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地形條件來進(jìn)行，如是在地勢較平坦的地區(qū)，可選擇無線方式；但是在山區(qū)，因地形條件較復(fù)雜，如果面積較大，最好采用有線方式，或是增設(shè)信號傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站。電磁閥最好采用手自一體式的，以利于后期的長久使用，降低產(chǎn)品更換周期。同時為降低工程造價和后期的維護(hù)成本，最好用浮球閥式減壓罐替代電磁調(diào)壓閥。

3.3 因地制宜，積極探索管護(hù)措施

3個區(qū)縣的用水者協(xié)會要根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)的實(shí)際情況，積極探索與完善符合自身的先進(jìn)的用水管理模式和管護(hù)機(jī)制，要逐步改變農(nóng)民的用水模式和習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)從無償用水到有償用水，從無組織用水到科學(xué)管理用水。以推進(jìn)水利工程良性運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。

3.4 通過渠道建立直接維護(hù)關(guān)系

目前，國內(nèi)銷售的自動化控制產(chǎn)品與軟件主要是以色列耐特菲姆公司、普拉斯托公司和美國雨鳥公司的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在國內(nèi)都有代理商。由于這些自動化控制產(chǎn)品是組裝、配套的，因此國外產(chǎn)品的價格較高，而國內(nèi)企業(yè)大多只做整個控制產(chǎn)品中的部分，單個產(chǎn)品的價格較便宜。由于攀枝花市的市場較小，要相應(yīng)公司在攀枝花市設(shè)立門面較困難。為確保系統(tǒng)的良性長久運(yùn)行，在保修過后，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，用水者協(xié)會只有多渠道的建立各種維護(hù)關(guān)系，除與施工方保持聯(lián)系外，還可直接與國外產(chǎn)品的代理商以及成都、昆明可以安裝自動控制系統(tǒng)的節(jié)水灌溉公司聯(lián)系，請求技術(shù)支持。最好是提前與相應(yīng)公司取得聯(lián)系，避免用水高峰期出現(xiàn)故障時，遲遲無法解決問題，影響作物的正常灌溉。

3.5 以點(diǎn)帶面，建高標(biāo)準(zhǔn)自動控制灌溉示范點(diǎn)

節(jié)水灌溉在攀枝花市已經(jīng)大面積得到了推廣，應(yīng)用及管理技術(shù)也逐漸成熟。在此基礎(chǔ)上發(fā)展自動化灌溉技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但由于土地集約化規(guī)模化程度不高、工程造價較高等原因，致使該項(xiàng)技術(shù)在大面積推廣上較困難。針對攀枝花市農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，在節(jié)水工程大面積實(shí)施的前提下，為了達(dá)到該類工程可持續(xù)利用的目的，可適當(dāng)考慮在種植水平較高，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚的種植大戶、龍頭企業(yè)、專業(yè)合作社等中實(shí)施一定面積的自動化灌溉，建高標(biāo)準(zhǔn)自動化灌溉控制示范點(diǎn)，展示目前國內(nèi)與世界上最新的灌溉技術(shù)。同時通過高標(biāo)準(zhǔn)自動化灌溉示范點(diǎn)的帶動與輻射作用，促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在攀枝花市的進(jìn)一步推廣，逐步讓農(nóng)民接受該項(xiàng)技術(shù)。

4 結(jié)論

自動化灌溉控制系統(tǒng)代表了高效節(jié)水的發(fā)展方向，但是因?yàn)楣こ淘靸r高、農(nóng)民管理水平較低、使用維護(hù)存在問題等原因，目前攀枝花市還不能大面積的推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，只可做小、做精，起展示、帶動和引領(lǐng)作用。