自動化技術在新疆地區棉花滴灌中的推廣與應用——以沙灣縣金溝河鎮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)

農業作為新疆的基礎產業，其自動化技術的發展，其重要性可謂是整個新疆經濟發展的動脈;是實現高投入、高產出的集約經營和新疆農業現代化必經途徑之一。充分利用新型實用的農業現代化技術—棉花膜下滴灌自動化控制，該項技術是我們在原膜下滴灌應用技術的基礎上，結合氣象技術的應用，植保和田間土壤測水測肥自測監測系統，運用現代信息產業、自動化控制技術與農業生產相結合的科學成果。此項技術在新疆沙灣縣金溝河鎮興奮村140 hm2自動化滴灌工程的應用效果顯著，是農業自動化技術的良好示范。

1 自動化控制技術示范項目概況

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

2 棉田膜下滴灌自動化技術的特點

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

2.1 應用協調

主要表現于:農業措施應用和長短支管輪灌方式、灌水管理方便的優點，也就是農業措施與系統水力學設計應用協調。

2.2 選擇合理

體現在2個方面:①體現于系統灌溉設備的選擇上。在結合現有作物種植模式、土壤的基礎上，科學使用各種灌溉設備，把已經使用的滴溉系統實施改進，進一步降低了自控的投入;②表現在首部自控設備的選擇上，首部控制配置設備合理，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，提高了系統的安全運行，把工程投入降低到了最大限度。此外，設備的合理配置，還把自控設備與系統的整體性能充分發揮出來，最后，設備的合理選擇，給已進行了自動化控制設備應用的地塊高產作了保障。

3 滴灌系統布置方法

3.1 田間總體布置

本項目采用有壓膜下灌技術，根據機井分布和可供水量情況，布設1個灌溉系統。首部控制一獨立灌溉系統，系統首部設過濾、施肥、量測設備;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。系統地埋主、分干管，均采用 PVC (0.4Mpa)管;地面鋪設支管采用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、所選用滴灌帶技術參數，根據規范對滴灌質量要求的有關規定，經過水力計算，確定毛管雙向布置，布置長度逆坡≤80 m，順坡≤100 m，根據當地種植模式:棉花種植行距為(15+40+15+ 40+15)+55 cm，1膜6行，確定滴灌帶鋪設為1膜2管6行。

3.2 管網布置

管網布置包括:主干管—分干管—出地管—支管—毛管布置。干管、分干管質材為硬質聚氯乙烯管，干管未端處設排水井，在管道彎頭和三通的節點處設混凝土鎮墩，干管平均埋深0.8 m;支管垂直種植作物方向布置，材質為PE管，地面鋪設，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，利用按扣和三通連接，為確保灌水均勻度在95%，毛管鋪設長度按順坡≤80 m，逆坡≤100 m控制。

3.3 田間自控技術要求

本項目根據滴灌帶的滴頭流量大小、間距長度，進行配備穩流按扣三通，使流量分布均勻有保證。自控系統的田間，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，反饋信號到首部控制操作臺。氣象信息實時監測系統。農業氣象信息實時監測系統是以微型計算機技術為核心，集傳感器技術、GPRS組網技術、WEB互聯技術以及數據資料管理為一體的農業氣象信息采集處理系統。該監測系統由溫度、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、數據采集器、RAM存儲器(或存儲卡)TC－7500無線調制解調器、太陽能電池板和后備電池組成。

3.4 自控首部技術要求

在此工程中增壓泵結構采用四級電機轉遞1 480轉/min，直聯式單級離心泵(無聯軸)，這種設備抗汽蝕性好，自吸性強。采用自動化控制后，系統水源為渠水灌溉，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，確保水質清潔。自動化控制，使用變頻方式，保證用電高峰期的電壓、電流的穩定，使水泵的操作過程期間能按照預設的程序額定流量正常工作，流量的穩定有保障。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式過濾器，水頭損失控制在最少數量，并且過水截面大，穩定性也強。

4 滴灌自動化技術的應用效果

此工程自實施以來得到了良好的廣泛應用效果:方便了系統的管理。自動化控制實施后，由中央監控站對田間192個電磁閥按設計輪灌制度進行灌溉，杜絕了人工開啟閥門的隨意性，方便了系統的管理;達到了節水效果。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，達到了預期的節水效果;為滴灌模式下的不同土質的棉花各生育期需水量提供了科學依據。從推行滴灌開始，科研人員對滴灌模式下的不同土質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。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的棉花各生育期需水提供了科學依據;提高了人工管理定額。由于滴灌系統運行是采用程序化管理，所有電磁閥的開啟均由中央監控室統一管理，節省了大量的勞動力。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;增產明顯。由于提高了灌水均勻度，棉花長勢良好，有明顯的增產性。

5 應用體會

興奮村自動化滴灌工程是自動化控制系統在節水灌溉領域的應用和推廣。膜下滴灌自動化控制系統，集成了棉田膜下滴灌技術和無線信號傳輸的優點: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的應用提升了現代化農業的檔次，開創了農業發展新模式，實現了農業質的飛躍，在自治區內達到先進水平。

6 結語

沙灣縣金溝河鎮興奮村自動化滴灌工程中采用的膜下滴灌技術與自動化應用技術的結合，把全天候棉花生長影像觀測與自動土壤檢測相結合，提高了水肥的利用率，實現了灌溉智能化。目前，自動化應用技術在新疆許多地區的廣大農工中已漸漸得到接受，因此棉花的單產與總產也將會出現一個新的飛躍與突破，這將會讓新疆地區的農業走上更高產與穩產的道路。

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