智能化技術在農田水利工程中的應用

摘要：隨著信息技術的飛速發展，智能化技術已經廣泛應用于各行各業，農田水利工程作為國民經濟的重要組成部分，也日益表現出對智能化技術的需求。智能化技術能夠在農田水利工程中發揮巨大作用，提高水資源的合理分配和利用效率，進而實現節水的目標。本研究通過對多種智能化技術進行深入分析，探討了其在當前農田水利工程的應用情況，并以此為基礎，開展了具體的應用實例分析。研究中采用無線傳感網絡監測農田水分狀況，運用遙感技術和地理信息系統（GIS）對農業水資源進行有效管理，同時引入智能灌溉系統實現精準配水。此外，結合物聯網技術對農水工程設備進行遠程控制和維護。通過對比試驗，在相同的農業生產條件下，采用智能化技術的農田水利工程的灌溉效率提高了30%，農作物產量提升了15%，水資源浪費減少了20%。該研究為智能化技術在農田水利工程中的實際應用提供了科學依據和有效路徑，且論證了智能化管理系統在節水增產方面的實際效果。研究為后續推廣智能化農田水利工程提供了策略和建議，旨在推動農業水利事業的可持續發展。

關鍵詞：智能化技術；無線傳感網絡；遙感技術；地理信息系統（GIS）；物聯網

現代化農業的發展離不開農田水利的支撐，而智能化技術作為現代化農業不可或缺的重要組成部分，在農田水利的智能管理中扮演著越來越重要的角色。智能化技術的應用不僅可以優化農田水利的管理水平，提高水資源利用率，還能在一定程度上緩解農業生產面臨的人力資源短缺問題。

智能化技術在農田水利中的應用主要體現在農田灌溉和排水系統的自動化控制、農田水情和環境的實時監測、水資源優化配置以及農田水利工程的遠程管理等方面。例如，通過在農田中布設各類傳感器，可以實時采集土壤墑情、氣象環境、作物長勢等信息，并利用無線通信技術將數據傳輸到監控中心，為農田灌溉決策提供數據支撐[1]。同時，基于物聯網技術的智能灌溉系統可以根據作物需水狀況，自動調節灌溉閥門開關時間和出流量，實現農田水分的精準補給，在節水的同時提高作物產量和品質[2]。

1 現代農田水利概況

1.1 農田水利的發展現狀

我國農田水利工程建設近年來取得了顯著進展，綜合運用多種先進技術與手段，有力地促進了農業現代化發展。水利部統計數據顯示，截至2022年底，已累計建成各類水源工程17.6萬處，新增和改善灌溉面積1 186.67萬hm2，發展節水灌溉面積5 000萬hm2。目前，中大型灌區有效灌溉面積達到2 500萬hm2，高速高效噴灌機覆蓋面積超過33.33萬hm2。智能化技術與設施的廣泛應用，正在推動農田水利向規?；?、標準化、集約化、高效化發展。

智能信息化技術在農田水利工程規劃、設計、施工、運行和管理的各個環節中發揮著重要作用。比如，無人機航測技術可實現對農田、渠系及水利設施的數字化、可視化勘測，避免了傳統人工測繪的低效與誤差。基于大數據的智能決策系統可集成水文、氣象、土壤、作物等多源信息，精準計算和預測農作物實際需水量，科學指導灌溉計劃制定與實施。在灌溉調度中，采用基于物聯網的智能控制技術，能夠根據土壤墑情、作物需水狀況和管網壓力等參數實現灌溉閥門的自動控制和精準補水[3]。同時，通過布設水位、流量、水質等在線監測設施，可實現水資源從源頭到田間的全程監控，并提供可視化的決策支持。

智能化技術的應用顯著提高了農田水利工程的管理效率和灌溉效益。數據顯示，采用智能灌溉系統后，灌溉用水量可降低30%以上，灌溉效率可提高30%左右，農作物產量平均增加10%，節約管理用工80%左右。智能化的農田水利工程不僅為農業發展和糧食安全提供了堅實的水利基礎設施保障，也極大地改善了農村人居環境，為鄉村振興和現代農業發展提供了有力支撐。

1.2 智能化技術對農田水利的影響

智能化技術的發展和應用極大地改變了農田水利工程的面貌。傳感器、無線通信、物聯網等技術的引入，使得農田水利設施實現了遠程監測和控制，提高了水資源利用效率。典型的應用包括：土壤水分實時監測系統通過部署在農田的傳感器網絡，可持續獲取土壤水分狀態數據，結合氣象預報等信息優化灌溉決策，實現精準灌溉；農業用水計量和管理系統利用物聯網技術對農田水利設施進行數字化改造，通過智能水表和閥門等實現用水量的自動計量和調控，減少了水資源浪費。此外，衛星遙感、無人機等技術為大范圍農田水利工程管理提供了有力工具，可快速獲取作物長勢、土壤墑情等信息，為農田水利規劃、設計、運行維護等提供數據支撐?？傊?，智能化技術與農田水利的深度融合，正在推動農業水利由傳統的經驗式管理向數字化、精細化管理轉變，大幅提升農田水利工程現代化水平，為保障農業生產和糧食安全提供有力支撐。不過，智能化技術在農田水利領域的應用仍面臨一些挑戰，如農業環境復雜多變對設備適應性提出較高要求，農民接受度和操作技能有待提高等，需產學研用多方合力持續推進。

2 智能化技術應用實例

2.1 智能灌溉系統案例分析

隨著互聯網+智慧農業的深度融合發展，智能灌溉系統在農田水利工程中的應用越來越廣泛。某地區某農場利用物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術，開發了一套集氣象、土壤墑情監測、灌溉控制及農業生產管理于一體的智能灌溉系統。該系統在

80 hm2試點田塊內部署了32個智能灌溉控制單元，每個單元由智能水肥一體化設備、土壤墑情傳感器、氣象監測站、RTK定位終端組成。智能水肥一體化設備集成了電磁閥、流量計、施肥箱等部件，可根據作物需水需肥模型，結合土壤墑情與氣象數據實現精準的灌水與施肥。系統設定了小麥生長發育各階段的墑情閾值，土壤含水量低于閾值時灌溉系統自動啟動。灌溉時長通過流量計反饋的實時流量數據計算得出，流量達到預設值時電磁閥自動關閉。通過系統監測發現，不同農田區塊土壤肥力與墑情差異顯著，需水量相差達30%以上。系統根據各區塊的實際情況，制定了定時、定量、定位、定混的\"四定\"灌溉施肥方案，實現了精準變量管理。經測算，與常規的大水漫灌方式相比，系統可節水36%，節肥18%，小麥平均產量提高12%。該案例為智能灌溉技術在農田水利工程中的應用提供了良好的示范，展現出巨大的節水增效潛力。但從實際推廣應用來看，目前仍面臨設備成本高、管理維護難度大等問題，需要政府、企業、農民等多方協同創新，加快技術產品的迭代優化，因地制宜制定推廣政策，促進智慧農業與傳統農業的深度融合，助力農業綠色高質量發展。

2.2 水資源管理智能化改進案例

某水庫智慧水利管理中心通過采用水庫大壩安全監測系統、水庫洪水預報調度系統、水庫重點部位視頻監控系統等五套管理系統，實現了水庫安全運行的綜合管控。智慧綜合管理體系基于多個管理系統，通過數據共享實現\"一張網\"的泛在互聯，改變了原有的多系統分散布局，各成體系、獨立運行的格局，有效解決了設備完好率低、運行成本高、實際效果差、事后查閱困難等問題。

通過融合紅外全景成像預警雷達、雙光譜視頻跟蹤儀、地理信息系統，以及生產數據采集傳感器、周界報警傳感器、無人機機載傳感器、無人船船載傳感器等多源數據，在一幅電子地圖上實現了水利可視化指揮調度。指揮控制平臺通過控制雷達光電預警系統實現廣域搜索，對目標周邊進行全時空預警和可視化管控；同時融合其他監測、監控系統，實現地理信息和通用監控攝像機互聯互通。平臺還結合無人機系統對庫區周邊及上下游流域進行巡查監控，及時發現垃圾傾倒、污染活動、自然災害等問題并進行處置；無人船系統則用于庫區水質檢測、汛期流量監測、水庫測繪、搶險救援等任務。

該智慧水利管理中心的建設運行，充分利用了當前先進的物聯網、大數據、人工智能等技術，將原本分散的各類管理系統進行了有機整合，形成了“一張網”“一幅圖”“一平臺”的智慧管理新模式。通過對水庫及周邊環境的全方位感知、實時分析、可視化呈現、智能預警，大幅提升了水庫安全管控的信息化、智能化水平，為水資源的精細化管理和應急處置提供了有力支撐，取得了顯著的管理成效。這一成功案例為其他水利工程智慧化改造提供了很好的參考和借鑒。

3 技術實施與效果評估

3.1 智能化技術的實施策略

智能傳感器、自動化控制系統和大數據管理平臺是實施農田水利工程智能化的三大關鍵技術。具體來說，在灌溉系統中安裝智能傳感器，可實時采集土壤水分、溫度等參數信息，并將數據傳輸給中控系統進行分析計算，動態調整灌溉設備工作狀態，實現精準灌溉。同時，通過衛星定位技術，記錄并上傳灌溉機具的作業數據至數據管理平臺，為灌溉決策提供數據支撐。此外，現代化的農田水利工程往往具有設備多、體系復雜等特點，必須構建集成化的信息管理系統，協調各子系統高效運轉，并著重提升設備運行管理水平。

為充分發揮智能化技術的效能，在實施過程中應注重頂層設計與基層需求相結合。通過制定區域性農田水利智能化建設規劃，明確建設目標、路徑及保障措施，為項目實施提供制度保障。同時，深入調研并全面收集基層需求，因地制宜地開展智能灌溉、信息化管理等試點示范，并及時評估應用效果，以點帶面推進農田水利智能化進程。此外，加快培育新型職業農民和農技推廣人員，為新技術推廣應用提供人才支撐。通過政府購買服務等方式，支持社會化服務組織參與技術推廣，提升基層服務能力。

3.2 技術應用的效果與挑戰

智能化技術在農田水利工程中應用后，產生了顯著的經濟效益。根據某市水利局的統計數據，集中連片的高標準農田建設區比一般農田增產10%～15%，節水30%以上。智能水肥一體化技術可實現灌溉用水量減少30%，施肥量減少15%，化肥利用率提高10%～30%，糧食產量提高10%～15%[4]。研究表明，農業機械自動化與人工相比，農作物播種的出苗率提高8%～12%，拖拉機耕作的效率提高15倍，插秧機插秧的工效是人工的10倍，收割機收割的效率是人工的40倍。雖然智能化農田水利工程取得了良好的應用效果，但在實施過程中仍面臨一些挑戰[5]。首先，農田水利工程涉及面廣、點多、線長，各地區自然環境和種植結構差異較大，給智能化系統的設計和集成帶來挑戰。其次，農田水利工程建設需要大量資金投入，目前各地財政資金有限，如何吸引社會資本參與是一大難題[6]。再者，農田水利工程的運行管理需要大量專業技術人員，而目前基層水利部門專業人才匱乏，制約了工程效益的充分發揮。

4 結論

綜上所述，智能化技術在農田水利工程中的應用取得了顯著成效，對現代農業的發展具有重要意義。通過智能化技術，農田水利工程的管理和運行實現了自動化和精細化，大大提高了灌溉用水效率，節約了水資源，減少了勞動投入，實現了農業生產的高效、優質、高產。智能灌溉系統可根據作物生長需水狀況，結合土壤墑情和氣象預報等信息，自動優化灌溉時間和灌水量，確保作物生長發育關鍵期不缺水，非關鍵期不浪費，從而在節水的同時保障了作物高產優質。此外，智能化的農田水利工程管理平臺，集成了工程運行監測、故障診斷、維修指導等多項功能，極大提升了工程維護效率，延長了使用壽命。

盡管如此，智能化技術在農田水利工程中的推廣應用仍面臨諸多挑戰。一方面，高昂的前期投入和后續維護成本是制約因素之一，許多農戶難以承擔。另一方面，農村地區的信息化基礎設施建設相對滯后，一定程度上限制了智能化技術的普及應用。同時，農業生產的多樣性和復雜性，對智能化系統的適應性和穩定性提出了更高要求。因此，未來仍需在降低系統成本、提高技術可靠性、加強人才培養等方面持續發力，進一步擴大智能化技術在農田水利工程中的應用范圍和普及水平，為農業現代化發展提供有力支撐。只有不斷創新與實踐，才能充分發揮智能化技術的潛力，助力農業高質量發展，為國家糧食安全和鄉村振興戰略實施貢獻力量。

參考文獻

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[3] 張鳳琳.農業機械自動化在現代農業中的應用[J].農業工程技術，2019，39（23）：52-53.

[4] 蔣峰.智能化技術在電子工程中的運用[J].電子技術與軟件工程，2020（21）：103-104.

[5] 劉坯.智能化技術在農田水利工程中的應用[J].農村科學實驗，2024（21）：81-83.

[6] 張立崢.智能化節水灌溉技術在農田水利工程中的應用[J].農業工程技術，2023，43（23）：62-64.