濟寧市無井房智能灌溉系統的推廣與應用

何 昆 ，張 梅 ，張海騰 ，趙躍倫 ，劉 鵬

（1.山東省濟寧市水利局，272019，濟寧；2.山東省濟寧市國土資源局，272001，濟寧）

山東省濟寧市位于魯西南腹地，地處黃淮海平原與魯中南山地交接地帶，全市現轄任城區、兗州區、曲阜市、泗水縣等 11個縣（市、區），擁有太白湖新區、濟寧經濟技術開發區和1處濟寧國家高新技術開發區、1處省級自然保護區、1處國家農業科技園區。濟寧市土地總面積11 187 km2，其中農用地7 748 km2，占總面積的69.26%；耕地面積 6 092.35 km2，占農用地面積的78.63%；水利設施用地181.81 km2，占農用地的2.35%。多年平均年降雨量為694.7 mm，多年平均水資源總量為46億m3（其中地下水資源量17.7億m3），人均占有水資源量558 m3，僅相當于全國平均水平的1/4，遠低于聯合國制定的人均占有水資源1000m3的水危機區標準。隨著全市經濟社會的快速發展，水資源供需形勢嚴峻，按照習總書記提出的“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時期治水思路，堅持和落實節水優先方針，大力發展節水灌溉成為濟寧市緩解水資源供需矛盾的必然選擇。

一、濟寧市農業節水灌溉現狀

濟寧市的農業灌溉用水占全市總用水量的78%以上，農業是第一用水大戶，也是節水最具潛力的行業。多年來，濟寧市立足水資源供需矛盾不斷加劇的實際，堅持把節水灌溉當作一項革命性措施來抓，因地制宜，在經濟條件較好、規模化經營程度較高的地方推廣噴灌，在果樹、高效經濟作物、大棚等種植面積區推廣滴灌、微灌、小管出流系統，在渠灌區實施渠道防滲和渠系建筑物配套建設，在井灌區發展無井房智能灌溉系統。全市綜合灌溉水利用系數達到0.63，2013年年底有效灌溉面積達到468470hm2，占耕地面積的76.7%，節水灌溉面積達到264 330 hm2，占有效灌溉面積的52.6%，其中無井房智能灌溉面積47 730 hm2。

二、無井房智能灌溉系統在濟寧市的應用情況

1.無井房智能灌溉系統的推廣使用過程

近年推廣使用的無井房智能灌溉系統，即機井周圍不需再搭建井房，將管道輸水灌溉系統和射頻IC卡灌溉控制系統有機結合，實現灌溉用水智能控制、水量水費自動計量及水費預交等功能。其中管道輸水灌溉系統包括水源與取水工程、輸配水管網系統和田間灌水系統。水源與取水工程除機井和適宜的機泵外，還應安裝壓力表等；輸配水管網系統指PVC管道輸水灌溉系統中的干管、支管、分支管等多級管道，以及分水設施、保護設施和其他附屬設施；田間灌水系統是節水灌溉的重要部分，指分水口以下的田間部分，灌溉田塊應進行平整，畦田長寬適宜。射頻IC卡灌溉控制系統包括控制器、管理機和射頻IC卡三部分，控制器采用脈沖水表來計量控制機井水泵供水，管理機完成對用戶的供水寫卡、信息管理功能，射頻IC卡作為信息傳輸的介質在下位機實現水泵的開啟及關閉、水量計量等控制功能，在上位機實現購水、查詢、統計等管理功能。用戶在控制器上刷卡，控制器按用戶所購水量啟泵抽水灌溉、自動計量用水量、再次刷卡或無費自動停機終止抽水。

濟寧市在井灌區最初使用井房式機井直接啟動灌溉方式，2009年全國小農水重點縣項目實施后，濟寧市搶抓機遇積極參加競爭立項，在山東省率先實現了所轄縣市區小農水重點縣建設全覆蓋。在此基礎上，2010年首選兗州區、汶上縣井灌區進行了無井房智能灌溉系統試點。最初計劃是在井房內部配電系統上加裝IC卡控制系統，以實現對灌溉的計量，在應用過程中由于基層水利人員和農民群眾普遍認為機井房投資較高、占地較多，且門窗和機電設備易盜，不易管理，因此設計中取消井房，將逆止閥、安全閥等安裝在地下，地上安裝IC卡控制器。但因部分設備位于地下不便于檢修，建設中逐步將地下式改為現在的半地下式，由直徑1.4 m的預制高強度鋼筋混凝土管代替原井房，露出地面約0.7 m，上部為鋼筋混凝土蓋板，設置檢修孔，并安裝防盜鎖。逆止閥、安全閥、水表等設備安裝在混凝土管內部，考慮到保護控制系統，IC卡控制系統也安裝在內部。2013年年底全市應用無井房智能控制灌溉系統達到灌溉面積71.6萬畝（15 畝=1hm2，下同），其中，面積較大的主要有兗州區14.24萬畝、任城區10.99萬畝、汶上縣10.9萬畝。

2.無井房智能灌溉系統的優點

該灌溉系統不僅能減少勞動量，更重要的是可統籌調配當地水資源，實現水資源管理的科學化、規范化、節約化，結合灌溉系統的分布準確、定時、定量控制，達到了計劃用水、節約用水的目的。

（1）節水節電，省時省力省錢

以往農田灌溉時，農戶需攜帶水泵、泵管、電纜等設備，自己安裝潛水泵，并由村電工到現場進行供電調試，僅僅安裝潛水泵就要3個壯勞力半天時間，灌溉完成后還要收回自家設備，下次灌溉時再重新安裝。由于種植需求，一戶平均每年要灌溉5次以上。沒有電的地塊更麻煩，農戶需要攜帶柴油機、發電機等，費工、費時、不安全。采用無井房智能灌溉系統后，只要拿著一張卡片，打開出水口，在射頻控制器上輕輕一刷就能澆地，家庭婦女、老人也能完成，使用方便、快捷、安全，壯勞力也可以安心在外務工。該灌溉系統投資約為1 000元/畝，與傳統的井房式灌溉系統相比，約節省投資150元/畝。由于將用水量與農民自身利益直接掛鉤，大大調動了農民節水積極性，原來灌溉一畝需要2～3個小時，需灌溉水70 m3左右，使用該灌溉系統后，灌溉一畝地僅需1個小時，僅需灌溉水50 m3左右，年均節水120 m3/畝，節電約20 kWh，灌溉成本每畝由原來的20～30元降低到現在的10元左右，大大減輕了農民負擔，節約了地下水資源，實現了良性循環和可持續發展。濟寧市任城區老百姓在用上了無井房智能灌溉系統后，編出了順口溜：“婦女刷卡來澆田，騰出勞力去掙錢，省錢省力又安全，感謝政府送甘泉”，充分反映了農民群眾對該灌溉系統的歡迎和肯定。

（2）計量精確，運行安全可靠

原來灌溉采取的是電表計量或者按時收費的計量模式，先使用后交費。無井房智能灌溉系統采用的是非接觸式高頻觸發磁卡控制技術，一個控制器可供多個IC卡用戶使用，計量準確，計量電量精確到0.01 kWh，計量時間精確到秒。使用過程中自動扣減費用，動態顯示卡消費金額和卡內余額，一目了然，群眾易于接受。IC射頻卡采用先進加密技術，使用安全。運行過程中，自動啟動裝置能夠配合機器，實現水泵的自動控制，并對水泵的缺相、欠壓、過壓、過流以及其他不正常運行隨時檢測，確保水泵安全運行，較原來直接啟動機井延長了機電設備的使用壽命。

（3）減少占地，密切干群關系

無井房智能灌溉系統與傳統的機井房明渠灌溉系統相比，減少了井房占地，節省了明渠占地，原來井房及出水池占地約16 m2，現在的一眼井保護裝置和射頻控制器占地不足2 m2，每2 000畝可節約耕地1畝，節地率約0.5‰。該系統中PVC管道鋪設于地下，與傳統的明渠灌溉相比節省了渠道占地，節地率達1.2%左右，同時解決了渠道滲漏問題，改用管道輸水灌溉后比土渠灌溉節水40%。該系統采用預收費方式，收費標準公開，較以前更公平合理，較好地解決了村干部頻繁催交水費及因收費計量失真經常發生糾紛等突出問題，對密切農村干群關系、建設和諧社會具有重要意義。

3.無井房智能灌溉系統的缺點

該系統的主要缺點是控制系統損壞后維修不便。IC卡控制系統目前有兩種安裝方式：安裝在混凝土保護裝置外部，但是控制器容易被人為損壞，特別是機芯容易被盜；安裝在混凝土保護裝置內部，雖然安全防盜但是機芯容易受潮出現故障。一旦設備損毀出現問題，因射頻控制器科技含量較高，用戶無法自行維修，需供貨商派專業人員維修，等待時間較長。

三、推廣應用前景展望

水資源短缺和浪費并存是我國北方農業水危機的主要特征，一方面農業供水因水資源短缺難以增加，而工業和城市的發展進一步削減了農業用水；另一方面農業水資源嚴重浪費，有很大的節水潛力。濟寧市機井灌溉是農業灌溉的主要形式之一，現有農用機電井11.66萬眼，井灌面積達430萬畝，大部分農用灌溉機井沒有安裝該系統，仍然沿襲按畝或按電度收取水費方式，由于灌溉電費與用水量沒有直接掛鉤，造成農民節水意識不強，存在大水溝漫灌現象，造成水資源浪費、地下水水位下降形成漏斗區等水環境問題。該系統集水量計量、收費管理、控制于一體，特別適用于農用機井節水灌溉控制管理，隨著現代化灌溉控制技術的提高，可以預測將具有較好的應用前景。

1.大力推廣應用

采用“動靜”結合方式加大使用宣傳力度。“動”就是制作節水灌溉宣傳片，宣傳片力求緊貼濟寧市節水工作實際，大力宣傳節水知識及灌溉項目區成效，制作應圖像清新、聲音渾厚，樂于群眾收聽收看；“靜”就是制作宣傳畫冊，書寫濟寧市水資源現狀、節水措施及成效等，文字力求通俗易懂，圖文并茂，便于干部群眾閱讀。對適宜安裝該灌溉系統的地塊，水利部門確保在實施方案階段就得到落實，市政府財政和水利部門對推廣工作好的縣（市、區）在今后的資金、項目和技術等方面應給予重點支持，同時還要積極拓展該系統在泵站灌區的應用。

2.提高科技水平

提高節水灌溉技術應用和一站式墑情、降雨、小農水信息管理平臺技術，提高灌溉效率和管理水平。結合濟寧市農田經營模式、地塊大小、水井出水量和耕作習慣等，積極組織研發輕便、耐用、效率高、群眾易于接受的灌溉設備。現全市146個鄉鎮全部恢復和建立了水利站，均設有鄉鎮防汛抗旱供水專業服務隊伍，應經常聘請供貨商技術人員下鄉講解平時容易遇到的技術問題及解決方案，普遍提升水利站人員及農村用戶技術水平。

3.切實加強維護

切實落實山東省水利廳、省財政廳聯合出臺的《關于加強小型農田水利設施運行管護的指導意見》，以及濟寧市人民政府印發的《濟寧市小農水設施維護管理辦法》《項目資金使用管理暫行辦法》《項目績效考核辦法》等文件精神。濟寧市財政從2013年開始每年拿出不低于1 000萬元的資金投入小農水設施管護，縣（市、區）根據公共財政收入按照一定比例進行配套，發揮了財政資金引領作用。下一步應盡快出臺“濟寧市鼓勵和引導民間資本參與水利建設實施辦法”，調動農民、用水合作組織和家庭農場等主體的積極性、主動性，聚集民間資本興修小水利，變政府“獨唱”為社會“合唱”。進一步加強基層水利服務體系和水利服務熱線“116”建設，創新運行管護模式，多方籌集管護經費，定期對農田水利設施進行專業的維護保養，對損壞工程及時修復，確保工程長期發揮效益。

[1]濟寧市人民政府.濟寧市生態保護與建設示范區建設方案[R].2014.

[2]濟寧市水利局.濟寧市水利綜合統計年報[R].2013.

[3]馬耀光，等.旱地農業高效節水與灌溉技術 [M].北京：化學工業出版社，2012.

[4]王永喜，等.基于射頻IC卡的節水灌溉控制系統 [J].蘭州工業高等專科學校學報，2011，18(3).