智慧灌溉系統設計與應用
——以鹽邊縣桐子林鎮智慧灌溉試點項目為例

□沈燕 蔣輝霞 陳爽 何清燕 鄭宇

/1.鹽邊縣農業農村局 2.四川省農業機械研究設計院

1 項目概況

項目位于鹽邊縣金河村、納爾河村——金河（納爾河）“萬畝芒果基地”，該基地大規模種植芒果，集中連片產業化程度高，具備良好的水源條件和便利的交通、電力等設施條件。該基地具有以下特點。

1）通過政府主導，全力支持動員農民發展芒果產業，基地現有芒果種植戶77戶，涉及農民3000余人。基地現有省級農業龍頭企業1家，市級農業龍頭企業4家，農民專業合作社3個。

2）基地通過與中國農業科學院、省市農林科學院合作，選育推廣了凱特、吉祿、金煌等主產品種。

3）成功創建國家級出口芒果質量安全示范區，突出龍頭企業帶動，“攀枝花”芒果獲綠色食品認證，基地生產的芒果獲歐洲良好農業規范（GAP）認證。

4）2016年，基地芒果產量突破2萬t，產值實現15億元，芒果產業促農民人均增收近3萬元。項目區占地面積為72hm2，為大田種植模式，種植行距為5m，株距為4m，其小型水源工程采用山頂原有高位水池，以管道自流的形式將水肥（藥）灌入田間，實現了整個系統的無線遠程控制。

2 系統設計

針對項目區芒果的生長規律、種植密度以及土壤情況制定了灌水制度和工作制度。經計算，系統設計灌水周期為7d，項目區分為7個輪灌區，每日工作時間為17.7h，根據擬定的灌溉制度自動為每個輪灌片區供水，每行芒果樹設一根直徑25mm、壁厚2mm的滴灌毛管，毛管上按果樹株距4m設置穩流器，穩流器工作壓力為0.2MPa，單個穩流器流量為20L/h，接環形分流管環繞樹根，單根分流管長度6m，每米均布3個分流孔，滴灌管道采用PE管材，現場熱熔焊接。系統采用一臺管道循環泵機組，項目區高位水池的灌溉水源到各個地塊的高差較大，最大高差約200m，因此采用管道自流的形式，水泵只需突破過濾器工作壓力，設計參數為流量100m3/h，揚程15m，功率7.5kW。首部過濾系統采用砂石加網式二級過濾系統，過濾精度為120目，設計流量100m3/h，壓力等級為1.0MPa，灌溉施肥采用水肥一體化系統，使用水溶性肥料，通過EC/PH比例施肥機自動輸入灌溉管網系統。

智慧灌溉系統包含6部分：水源工程與水工建筑物、首部樞紐、輸配水管網、灌水器、智能控制系統、智能管理與物聯網平臺。系統從水源取水，經過首部樞紐的加壓系統、施肥（藥）系統、過濾系統、量測系統、控制系統，利用輸配水管網系統，通過灌水器將水肥（藥）輸送到需要灌溉的小地塊，由智能控制系統、智能管理與物聯網平臺對整個智慧灌溉系統的運行進行管理和控制。

智能管理與物聯網平臺包含中央管理平臺、田間氣象監測站、物聯網感知系統、遠程監控系統等，其中，中央管理平臺可對田間氣象監測站、物聯網感知系統、遠程監控系統發送的信息進行分析處理并發出指令；田間氣象監測站可對空氣溫度、空氣濕度、照度、風向、風速、雨量、光合總輻射、大氣壓等氣象環境要素進行全天候現場精確測量。每個輪灌區設置1套物聯網感知系統，進行分區土壤墑情長時間連續監測，系統采用三合一傳感器進行信息監測，可實施測量土壤溫度、土壤濕度及土壤電導率信息，采用433M無線傳輸，GPRS/無線局域網絡將所有數據傳輸到中央管理平臺；遠程監控系統可進行全天候連續監控，實時動態觀察作物生長狀況及設備的運行狀況，既對大田、設備起到防盜的作用，又可以通過攝像頭獲取作物葉片上的病蟲害發生情況。

圖 1 系統示意圖

3 系統運行

整個灌溉系統實現智能控制，智能控制系統包括軟件載體控制器及中控柜，能夠實現對田間閥門控制系統、施肥系統、過濾系統的監測及控制，并通過智能管理與物聯網平臺中的中央管理平臺顯示并存儲，具備遠程與云服務的數據存儲及數據交換功能。整個系統具有無線通信功能，利用GSM/GPRS/CDMA網絡、Internet網絡技術、ZigBee無線通信技術實現監測數據、控制指令、系統運行情況等信息的傳輸，并在發生事故時進行報警。智能控制系統控制多個閥門，根據需要把電磁閥門編進相應的輪灌組，編訂7個輪灌組，調控每個電磁閥的啟閉時間，編制施肥程序，預計時間和水量進行自動灌溉控制等，每個地塊具有中文可視化界面，無線RTU單元與電磁閥配套，接收上位機主站或田間站的指令，對電磁閥的啟閉進行控制。灌溉控制器系統可通過簡單操作實現對每個地塊電磁閥的控制、控制灌溉泵、根據壓差控制過濾器、利用計算機或手機通過云平臺實現遠程控制、通過本地控制器或云平臺實時查詢水肥實施情況，并以波形圖方式體現。系統示意圖見圖1。

4 效益分析

智慧灌溉系統具有增產、節水、省工等綜合效益。通過智慧灌溉技術可減少水分的滲漏和蒸發，提高水資源利用率，使灌區內灌溉水利用系數由原來的0.40提高到0.95以上，大大改善了項目區農田水利基礎設施，提高了抗旱能力；此外，通過智慧灌溉系統實現按需、適量精準施肥（藥），可提高芒果的品質和產量，并且有效解地決了農業面源污染問題；項目實施后對于種植面積成規模的園區大大節約了勞動力成本；同時，還可促進農業種植結構調整、農業增產及農民增收，推進當地現代農業發展，改善生態環境，有顯著的經濟效益、社會效益和生態效益。

5 結語

攀枝花市鹽邊縣桐子林鎮金河（納爾河）“萬畝芒果基地”以2018年農業智慧灌溉試點項目的實施為契機，依靠物聯網等新一代信息技術，實現了農業生產地智能感知、智能分析、智能預警和智能決策，切實降低了勞動力成本，提高了生產效率，增加了農業產量，獲得了更大的經濟效益。業主通過物聯網平臺或手機遠程控制環境調節設備，實時精準地采集種植區域的環境參數等，再結合種植經驗，能有效、適時地對作物進行精準水肥一體化灌溉，大大提高了農業生產效益。因此，智慧灌溉系統的研究和應用示范具有重要意義。