贵州修文水资源供需平衡及自动化灌溉建设研究

付 杰

(贵州省水利科学研究院，贵州 贵阳 550002)

0 引 言

为了促进农业发展，农业灌溉工程建设是一个必不可少的内容。随着经济、科技发展，自动化灌溉系统已经成为可能。目前，我国已有多个地区进行了自动化灌溉系统建设，如：新疆、辽宁、黑龙江等。自动化灌溉系统建设大大提高了灌溉水利用率，节约了人力成本，具有十分重要的意义。水资源是制约农业发展的另一个因素，分析当地水资源供需平衡结果，可为灌区引水工程建设提供参考，是灌溉工程建设过程中比不可少的工作内容[1-3]。

1 工程概况

试点区水源为烂泥沟水库，水泥库位于乌江水系平寨河上游，集雨面积4.5 km2，多年平均径流量247万m3，多年平均流量0.8m3/s，实测最枯流量0.08 m3/s。“水肥一体”自动化灌溉系统的工程布局为：利用红星灌区管网系统中7号水池控制的21.33hm2猕猴桃灌面作为试点区，在试点区内布置滴灌管，并采用国内先进的自动化控制设施，实现试点区的“水肥一体”自动化灌溉。

2 水资源供需平衡分析

2.1 可供水量分析

项目区喷灌区灌溉保证率取90%，低压管灌区设计保证率取80%，滴灌区灌溉保证率取90%，根据计算，项目区各片区水量见下表1。

图1 试点区概况

表1 项目区可供水量成果表

2.2 需水量分析

红星灌区灌溉面积300hm2，采取滴灌灌水方式。拟规划种植猕猴桃，灌溉保证率取90%。采用定额法计算得项目区灌溉总需水量为27.50万m3，各月份灌溉需水量见图2。

人均综合用水定额按80L/人·天计算，水量利用系数取0.95(=管道输水利用系数0.95)。计算得:所涉区域年生活需水量为12.56万m3,年供水量为13.22万m3。

贵州省修文县2012年度小型农田水利重点县建设实施方案涉及谷堡乡和龙场镇共2个乡镇，按照水源和各片区灌区及人饮分布进行水量平衡计算，根据每个水源灌溉的项目区面积以及供水人口，对各片区进行了分析计算。经计算，各项目区的水量均能满足灌溉及生活需要。

图2 各月灌溉需水量

3 自动化灌溉工程建设

3.1 “水肥一体”工程建设

3.1.1 微灌工程

拟在21.33hm2试点区管网系统首部配套水肥设施，在田间铺设微灌施肥用滴灌管。滴灌管拟采用直径20mm，流量3.5L/h，间距50cm，壁厚1.0mm的以色列进口压力补偿滴灌管。该滴灌管具有出流量均匀、使用年限长、铺设距离长等优点。

图3 补偿滴灌管

3.1.2 “水肥一体”化工程

水肥一体化工程的核心是自动灌溉施肥机，见图4。该机器配备可编程控制器和监控设备。其可编程控制器为自动灌溉控制软件开发提供了平台，实现专家级灌溉、施肥控制。该机器可根据用户需求，设置灌溉、施肥程序，通过机器上的肥料泵可将作物所需养分和灌溉水注入灌溉管内，实现灌溉、施肥一体化作业，可提高水肥利用效率。利用计算机程序控制灌溉和施肥，可根据作物需求，精准施肥、灌溉，同时，机器灌溉流量、压力适应范围大，可在多种环境中使用。水肥一体化工程安装示意图见图5。

图4 自动施肥机

图5 水肥一体化安装示意图

3.2 自动化工程设计

3.2.1 灌溉远程控制系统

灌溉控制系统的核心内容是现场闸阀井控制系统。闸阀井安装在支管的分水处，21.33hm2试点工程共设置6个闸阀井。远程灌溉系统由：监控管理、现场控制多级控制方案，其中检测管理级位于展示厅，现场控制级位于灌溉区。在灌溉区现场设置18个不同尺寸的电磁阀，可实现不同灌溉方式的自动灌溉。

布置在试点区的6个现场控制级，通过支管对片区控制进行控制，可实现根据作物需水状况自适应灌溉的功能。

3.2.2 泵房水池控制系统

水泵房控制级主要由各种传感器和水泵控制器等组成，具有水位监测、报警、控制水泵启停和转速等功能，从而实现根据水位变化控制灌溉启停，根据作物需水量控制进、出水量等功能，可在无人的情况下实现自动化管理。基本原理如下：利用液位传感器实时监测水位，利用压力传感器控制灌溉流量，采用PID与模糊算法相结合的控制算法，实现泵房、水池、水处理的自适应控制功能。

图6 1#支管现场控制级组成图

图7 高位水池液位控制系统原理图

3.2.3 远程视频监控系统

修文县农业示范区区域大，布线难度高，采用无线网传输视频，同时可满足园区高效管理的需求。通过远程视频监控可保护园区生产设备、生产资料的安全，同时也可了解操作人员工作的规范性；也可对外展示植被生长、管理情况，展现食品安全性。

图8 视频监控效果示意图

3.2.4 远程气象监控系统

农业气象对农作物生长的影响极大。农业气象灾害的影响范围极大，是农业发展的极大威胁。实时监控农业气象数据，对灾害等级进行划分可为园区农业发展提供重要保障。气象站是远程气象监控系统的核心部件，利用各种传感器可收集温度、风俗、气压、壤情、雨量等信息，利用多种通信方式实现与气象中心计算机的数据共享，将监测数据传输至计算机进行分析。

3.2.5 中心管理系统

中心管理系统软件可实时查看各项信息，如：壤情、气温、水位等情况。通过监控管理实现对各控制级的远程控制，结合修文农业示范园区以及农作物种类设置不同的控制、报警参数，利用现场级的电磁控制阀，根据预设的要求，按时按量对农作物进行灌溉，同时可将灌溉信息上传至数据库，通过数据分析可实现预警预报功能。

通信方式：监控管理级和现场控制级(分站+扩展模块)之间采用GPRS无线通信方式。监控管理级需接入Internet，可实现管理用房和网络远程监控。现场控制级的分站和扩展模块、传感器和电磁阀与现场控制级之间采用RVVP6*1.0线缆，并外穿dn50的PE管材与土建部分一起埋入土层。

图9 管理房中心管理实时画面

4 结 语

通过水资源供需平衡分析，修文县农业示范区用水可由烂泥沟水库供给，无需从区外引水。为了提高园区管理水平，采用微灌技术，建设“水肥一体”自动化灌溉系统，通过计算机软件实现对各种传感器收集数据的分析，采用PID与模糊算法控制水泵启停、预报预警，实时监控作物生长情况，利用科学指导农业生产，可解放生产力，提高水资源利用效率和肥效。