移動式全自動節水裝備在農業科技中的應用

包慶山　康金福

摘 要：根據青海省政府編制的《柴達木循環經濟試驗區總體規劃》，要求青海省以轉變經濟發展方式為主線，以體制、機制創新和科技進步為動力，按照循環經濟的基本原則，綜合考慮資源優勢、環境承載能力、現有開發強度和發展潛力，統籌傳統產業的改造升級和新興產業的健康發展，切實加強柴達木循環經濟產業園區的規劃和建設，積極培育循環經濟產業鏈和循環經濟骨干企業，加大循環經濟支撐技術的研發、推廣力度，努力把試驗區建成國家循環經濟的示范區。結合柴達木試驗區干旱少水的實際情況，為提高水的利用率，節能降耗研發出一種可移動式的全自動施肥（加藥）節水裝備，有效解決了目前灌溉技術水平落后的問題。

關鍵詞：節水裝備；移動撬塊；自動施肥；灌溉

中圖分類號：F320 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2015）16-0024-03

針對青海省氣候條件和人類生存環境惡劣，地廣人稀、干旱缺水的自然情況，為促進農業及牧業的發展，加快高效節水灌溉技術的研發及推廣勢在必行，緊緊抓住國家新一輪西部大開發戰略的實施和水利部與青海省政府簽簽署加快青海藏區水利發展與改革《合作備忘錄》的歷史機遇。全局青海省各縣發展節水灌溉的需求，參考《青海省“十二五”發展高效節水灌溉實施方案》，青海省規劃在2013—2017年發展高效節水灌溉面積110萬畝，為節約水源及避免水的污染，擬定節水灌溉工藝的研發及制造，輸水材料選用PVC管道。在青海省格爾木市進行350畝節水灌溉裝置的研發和制造，待研發出適合青海省特殊地理環境的節水灌溉裝置及標準規程后，以便將來在全省范圍內大面積推廣該技術，從而真正解決青海省干旱缺水的實際問題。

結合青海省地廣人稀、勞動力缺乏的實際情況，在研制節水裝置的同時，結合青海鹽湖工業股份公司在自動化控制方面所取得的成績，著重開發水肥一體化、水藥一體化及自動控制系統的研發與探索，使節水裝置與施肥、施藥實現同步自動化，大大減少工作量。

一、節水裝備選擇優越性

1.本節水裝置首部裝置擬采用移動撬塊式首部裝置，即將過濾器、施肥器、儀表控制箱、動力控制箱、水箱、自控閥門、壓力表、傳感器、流量計等相關部件集中布置在一個撬塊上。既便于安裝又便于集中控制。

節水裝置首部一般由輸送水泵、過濾器、加藥（肥）裝置、計量儀表、控制閥門、儀表/電氣控制系統及連接管路及輔助部分發電機、帶車輪的撬塊、驅動馬達等構成，現在大部分該首部裝置的布置為輸水泵和電氣控制柜放置在一個廠房，過濾器及加藥裝置布置在一個廠房，每個廠房的布置都比較凌亂，不便于控制；節水裝置灌溉系統首部投資占灌溉系統總投資的60%，若農田占地面積小，單獨上一套首部裝置得不償失，所以很多小面積農戶無法實現節水灌溉；青海省地處高原，多山丘，很多可耕種地塊位于偏僻地段，沒有可用動力電源，未解決這一問題，在移動撬塊灌溉裝置首部安裝發電機，利用驅動馬達帶動發電機可以滿足用電需求。

為更好地規范節水裝置首部的布置，現開發出移動撬塊式灌溉系統首部，將首部裝置的各設備、電儀控制系統及連接管路等集中布置在一個可移動式的撬塊上，通過驅動馬達可以將灌溉系統的首部移動到不同的農田部位，無論農田面積的大小，需灌溉部位是否有動力電源均可以實現農田灌溉。該移動撬塊式節水裝置首部移動動力為馬達，此馬達可用于移動首部裝置，并可用于發電機的動力。該裝置結構簡單、灌溉成本低，有效地解決了無電地塊、面積小地塊無法灌溉的問題，規范節水灌溉措施，提供灌溉系統首部的利用率，保證了所有干旱缺水農田的灌溉，同時為農田增收提供了有力保障。

2.采用自壓補水系統。即設置高位水箱，根據水箱的液位下限和上限的設定，水泵自動啟停。

3.全自動施肥系統。即在泵出口管道安裝（文丘里或是射流器），并在管道上安裝流量計和調節閥，在化肥儲罐的出口管道也增加流量計及調節閥，根據PLC組態設定肥和水的比例，實現自動施肥程序。

滴灌系統工程節水裝置施肥或是加藥一般采用人工攪拌溶解、用量估算等辦法進行施肥和加藥，存在藥或是肥的配比濃度不均勻的問題，造成有的地塊施肥或施藥過多，有的地塊肥料或施藥又較少，加量較多地塊可能導致秧苗燒死，加量較少地塊起不到肥或是藥的作用，造成產能下降。現在大部分過濾設備，沒有安裝壓力檢測設備，過濾器堵塞或是過濾效果下降無法發現，檢查出過濾器堵塞之后，一般采用人工清理的辦法進行清理。因為過濾器內部結構緊湊，且過濾器的密度較高，采用人工清理只能處理表面的雜質，對設備內部無法清理，導致過濾器頻繁堵塞，嚴重影響使用效率。該裝置通過安裝自動加藥系統和過濾器反沖洗系統，增加了藥或肥的配比濃度的均勻性和靈敏性，并能對過濾系統進行自動徹底清理、提高其使用效率等。

4.在支管的輸水管道增加電磁閥，在PLC系統設置時間繼電器，設置滴灌的時間和頻率。

5.根據枸杞的實際生長情況，在輸水主管抽頭設置噴灌設施，根據實際需要，通過時間繼電器控制噴灌次數。進而實現頁面的噴淋和施肥（施藥）的效果。

二、工藝特點及創新

原有生產工藝及存在問題。通過對新疆天業節水裝置有限公司及新疆昌吉市節水裝備示范區的考察發現，目前新疆95%的農作物均采用滴灌技術解決土地水分缺失的問題，從灌溉形式來看，基本采用膜下滴灌技術，此技術在新疆廣泛采用，節水效果明顯，且農作物產量大增，新疆所種農作物一般為棉花、小麥、玉米、大豆等，現使用過程中存在如下幾方面的問題：

1.每年收割一次，收割后為提高第二年農作物的產量需要對土地進行翻耕，所以鋪設的地膜及滴灌帶，每年都要更換一次，每年對于膜下滴灌都會產生相應的地膜和滴灌帶的費用。

2.節水裝置的首部布置分散，占地面積大，節水裝置首部所供土地面積小，設備閑置時間長。

3.施肥及施藥基本采用人工配比，自動化程度落后，水藥比、水肥比控制偏差較大，極大影響肥效和藥效。

4.采用明渠供水，水渠污染水質，水渠水蒸發量大，耗水量增加。

針對格爾木特殊的地理環境，土地適合種植枸杞而且產量高，品質好，因枸杞的結果期可以達到（十至十五年），建議采用膜下滴灌種植枸杞，比較新疆的地膜覆蓋技術，有如下改進措施：

首先，采用厚地膜（地膜厚度進行試驗研究），因枸杞的種植不需要每年對土地進行翻耕，所以延長地膜的使用年限到六年。

其次，根據格爾木可耕種面積比較分散的特點，開發研究可移動式的節水首部裝置，將每塊地的灌溉時間錯開，只需在集中地塊埋好輸水主管、直管及滴灌帶，做一個蓄水池既可以實現，將灌溉用的首部裝置集中布置于一個框架上，在框架的底部裝上可以移動的平板車，即將固定式節水裝置變成移動式積水裝置，可以供不同的灌溉區域。本節水裝置首部裝置擬采用移動撬塊式首部裝置，即將過濾器、施肥器、儀表控制箱、動力控制箱、水箱、自控閥門、壓力表、傳感器、流量計等相關部件集中布置在一個撬塊上，既便于安裝又便于集中控制。

再次，格爾木地區缺水干旱，水分蒸發量大的特點，由明渠輸水改為暗管輸水，根據相關統計，采用PVC管道輸送地下水，使用年限可以達到五十年以上。

最后，為提高肥料及農藥的效率，采用全自動水肥一體化控制系統

三、實施后取得的成效

1.采用節水灌溉裝備及管道輸水過程，減少水分的流失，解決農田灌溉缺水問題。

2.隨著節水灌溉裝備的逐漸完善，研發水肥一體化及水藥一體化節水灌溉裝置，提高水、肥及農藥的綜合利用率。隨著投資的不斷增加逐步實現節水灌溉裝置的自動化作業，解決肥料及農藥的流失問題。

3.隨著節水灌溉產業的逐步推廣，PVC產品管材及管件的需求量將逐步增加，能夠解決PVC粉料及PVC深加工產品銷售難的問題，從而實現農業帶動工業的發展趨勢。

[責任編輯 吳高君]endprint