喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代高效節(jié)水示范項目的實踐與探索

胡萍，曹林霞*，陳勇

（新疆怡林實業(yè)股份有限公司，新疆烏魯木齊830063）

喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代高效節(jié)水示范項目的實踐與探索

胡萍，曹林霞*，陳勇

（新疆怡林實業(yè)股份有限公司，新疆烏魯木齊830063）

南疆喀什地區(qū)營造節(jié)水新技術(shù)機制，努力建立節(jié)水技術(shù)新的科學(xué)管理機制，創(chuàng)造新技術(shù)推廣普及新的環(huán)境，全面解決生態(tài)環(huán)境存在的不足問題。喀什地區(qū)是糧棉生產(chǎn)的重要基地之一，是灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，具有灌溉水源（尤其是夏季水源）豐富（達133.44億m3），水源相對穩(wěn)定性高，易于重復(fù)利用等有利條件。但是也存在著春水嚴重不足、蒸發(fā)滲漏嚴重、利用率低、灌溉方式落后、土壤保蓄水能力低、灌溉水的礦化度較高等不利因素。以喀什地區(qū)麥蓋提縣示范區(qū)為例，只有不斷完善水利設(shè)施，采用先進的灌溉技術(shù)和方法，加強灌溉管理，合理開發(fā)利用地下水，做好作物種植布局規(guī)劃，發(fā)展喀什地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉，才能提高水資源的利用率，減少水資源的浪費，這將會對本地區(qū)的環(huán)境保護及農(nóng)業(yè)發(fā)展起到非常重要的作用。

高效節(jié)水；現(xiàn)代化；灌溉管理；智能化；喀什地區(qū)

1 喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題

喀什地區(qū)水資源分布不均勻，季節(jié)水量變化較大，春季氣溫低，來水不足；沒有足夠的大壩和水庫進行貯存，使得夏季汛期洪水大多下滲流失，導(dǎo)致水資源匱乏。

喀什地區(qū)地域廣闊，土地面積分散，經(jīng)濟發(fā)展水平低，水利設(shè)施落后，依舊采用傳統(tǒng)的土渠輸水，大量的水資源在流動中下滲，蒸發(fā)。喀什地區(qū)氣候干燥，溫差大，農(nóng)業(yè)用水采用傳統(tǒng)的大水漫灌方式，導(dǎo)致大量水資源浪費，在水資源嚴重匱乏的情況下，如何解決水資源的浪費問題，將是喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的一大問題。

隨著國家不斷對喀什地區(qū)經(jīng)濟的大力支持，工業(yè)城市化的發(fā)展，喀什地區(qū)人口不斷增加，而供水總量將不會增加的前提下，供水總量已遠遠不能滿足今后人口的持續(xù)增長[1～2]，而節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展將勢在必行。

2 示范區(qū)高效節(jié)水系統(tǒng)的先進性

在當前國內(nèi)范圍內(nèi)應(yīng)用的節(jié)水灌溉自動控制技術(shù)按照其從田間控制中心到控制終端（閥門控制器）的通訊方式劃分主要有4種：總線控制技術(shù)、基于GSM/GPRS公用網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)、基于2.4G自主組網(wǎng)的自動控制技術(shù)和“三網(wǎng)合一”技術(shù)。

總線控制技術(shù)的特點是系統(tǒng)不易受到干擾，可靠性高，數(shù)據(jù)傳輸快捷，可以進行各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳送。缺點是設(shè)計、施工、操作復(fù)雜，通訊的電纜容易受到耕作的損壞，系統(tǒng)后期維護成本高。

基于GSM/GPRS公用網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)的特點是系統(tǒng)覆蓋范圍大，可靠性高，數(shù)據(jù)傳輸距離遠，可以進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送，設(shè)計和施工簡單，但是運營成本高，通訊容易受到公用網(wǎng)絡(luò)的影響（如2009年7月以后，基于GSM/GPRS公用網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)影響巨大）。

基于2.4GHz無線自組網(wǎng)絡(luò)（LAN）技術(shù)和微功耗的無線通訊技術(shù)性能穩(wěn)定、無通訊費、成本低、布點靈活、安裝拆卸方便，而且傳輸距離達到10km，可滿足農(nóng)業(yè)需求。但無論是基于總線技術(shù)、基于GSM/GPRS技術(shù)，還是基于2.4G自組網(wǎng)技術(shù)，其控制中心受限于技術(shù)原因布置位置有限，信息發(fā)布不通暢。“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)總結(jié)前人經(jīng)驗，完善了組網(wǎng)方案，采用2.4G小無線自組網(wǎng)+GSM/GPRS公用網(wǎng)+Internet網(wǎng)三網(wǎng)合一技術(shù)，完善了設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)，有效的保證了設(shè)備通訊的可靠性。

農(nóng)田環(huán)境復(fù)雜、操作人員管理水平參差不齊，設(shè)備保管維護難度比較大。“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)總結(jié)前人經(jīng)驗，建立了強大的系統(tǒng)故障自診斷系統(tǒng)，可遠程解決系統(tǒng)常見問題。故障自診斷系統(tǒng)有效的降低了“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)運行期間維護的難度，保證了管理系統(tǒng)能可靠運行。

智能化滴灌系統(tǒng)由首部控制系統(tǒng)和田間無線控制電磁閥組成。灌溉智能化由田間脈沖電磁閥、無線閥門控制器、遠程水泵智能控制器、云服務(wù)器、主控制中心和村級（企業(yè)）控制中心、移動控制終端等組成灌溉無線控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)地?zé)o線遙控、遠程隨時隨地監(jiān)控、輪灌組定時自動輪灌等控制方式，并且實時監(jiān)測機井和閥門狀態(tài)，灌溉流量和管網(wǎng)壓力，保障運行安全，及時提示報警信息。

首部智能化監(jiān)控系統(tǒng)包括水泵控制系統(tǒng)、首部信息采集系統(tǒng)。田間智能化控制系統(tǒng)包括灌溉單元管理、輪灌組管理、灌溉制度生成、灌溉制度管理、遠程參數(shù)設(shè)置查詢管理、遠程控制及查詢、遠程流量壓力采集、遠程墑情采集等功能。

2.1 遠程智能管理技術(shù)

“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)具備有設(shè)備狀態(tài)自診斷功能。“智能化”高效節(jié)水灌溉管理平臺能自診斷設(shè)備電壓、設(shè)備通訊情況、設(shè)備連接情況、管網(wǎng)運行壓力狀況、閥門啟閉狀態(tài)；在診斷出系統(tǒng)中設(shè)備電壓不足、設(shè)備通訊不暢、管網(wǎng)運行壓力不足、設(shè)備連接不通、閥門啟閉狀態(tài)和命令不符時系統(tǒng)自動報警，提示管理員采取相應(yīng)的應(yīng)對預(yù)案。系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)自診斷技術(shù)的應(yīng)用正真做到了發(fā)現(xiàn)問題于前，防患于未然，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。

“智能化”高效節(jié)水灌溉管理平臺可以做到遠程無線調(diào)試設(shè)備，更新設(shè)備程序、變更設(shè)備信道，技術(shù)人員真正做到了不用下地的遠程技術(shù)維護。

2.2 計算機軟件管理平臺

計算機版軟件管理平臺主要包括用水計量和首部狀態(tài)監(jiān)測模塊、滴灌田間閥門控制、墑情氣象監(jiān)測模塊和基礎(chǔ)管理模塊。其中，田間閥門自動控制功能模塊是計算機版軟件管理平臺的重點功能模塊。

2.3 基礎(chǔ)功能模塊

軟件管理平臺的基礎(chǔ)功能模塊主要包括數(shù)據(jù)庫、通訊服務(wù)、后臺管理、報表輸出等幾項功能。

數(shù)據(jù)庫：“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)將實時監(jiān)控到的墑情、氣象、電壓、電流、水位、水壓、狀態(tài)、電量、視頻、管網(wǎng)壓力等數(shù)據(jù)匯總、存儲到軟件管理平臺數(shù)據(jù)庫中。在數(shù)據(jù)庫中可以不同方式調(diào)用到實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)。

通訊服務(wù)：“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)中涉及到無線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)，軟件管理平臺管理融合3種網(wǎng)絡(luò)使之能順暢、可靠地運行。

后臺管理：管理員通過后臺管理功能添加、修改、刪除項目及項目中的設(shè)備，為指定設(shè)備更新程序變更參數(shù)。

報表輸出：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以根據(jù)用戶需求以Excel表格的形式導(dǎo)出軟件管理平臺。

2.4 用水計量及首部監(jiān)控模塊

用水計量及首部監(jiān)測模塊主要有用水計量統(tǒng)計功能、管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測功能、首部電壓電流監(jiān)測功能。

用水計量統(tǒng)計：“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)中，對首部水源的水位、首部出水口的流量、過濾器前后水壓進行計量統(tǒng)計，將計量到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。軟件管理平臺通過對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理統(tǒng)計出灌溉用水的瞬時、累計用量，每周、每月、每季的累計用水量。

管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測：“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)中，對分干管首末兩端的壓力進行了監(jiān)測，精確地監(jiān)控管網(wǎng)壓力實時變化顯示在軟件管理平臺中。

首部電機監(jiān)控：“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)中，對水泵電機的電流電壓進行了實時監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲到了軟件管理平臺中，而軟件管理平臺將電壓店里數(shù)據(jù)進行處理、對電機的缺項、高低電壓、高低電流進行報警，對電機的功率變化隨時監(jiān)測，對電機累計的功耗進行統(tǒng)計。軟件管理平臺可以遠程對電機進行啟閉控制。

報警功能：軟件管理平臺具有報警功能。“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)中將監(jiān)測到的設(shè)備通訊數(shù)據(jù)、閥門狀態(tài)數(shù)據(jù)、水壓數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)、設(shè)備電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)存儲入軟件管理平臺中，軟件管理平臺將對這些數(shù)據(jù)進行處理并對能影響灌溉效果的數(shù)據(jù)進行報警。

2.5 田間灌溉自動控制模塊

該模塊主要用于對自控系統(tǒng)的控制管理主要包括灌溉管理、水分監(jiān)測、統(tǒng)計分析功能。

灌溉管理：“智能化”高效節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)中田間灌溉自動控制系統(tǒng)中可以將灌溉分為2種：輪灌和補灌。

輪灌是指預(yù)先在系統(tǒng)中將閥門編組，當需要輪灌灌溉時，直接啟動輪灌，按照預(yù)算設(shè)定好的灌溉程序，系統(tǒng)自動按照編組開啟或者關(guān)閉閥門進行系統(tǒng)灌溉。輪灌模式下軟件管理平臺可以管理閥門編組、灌溉時間、閥門開啟關(guān)閉間隔時間、輪灌定時啟動時間。

補灌是指人工在閥門控制界面上點擊控制閥門的開啟關(guān)閉。補灌時軟件管理平臺能實現(xiàn)閥門開啟、關(guān)閉、狀態(tài)查詢等功能。

3 示范區(qū)現(xiàn)代高效節(jié)水項目取得的效益

3.1 高效節(jié)水灌溉區(qū)建設(shè)取得的社會效益

灌溉區(qū)所在的克孜勒阿瓦提鄉(xiāng)在麥蓋提縣東南邊，南鄰莎車縣巴格阿瓦提鄉(xiāng)，西邊為葉爾羌河毗鄰莎車縣的荒地鎮(zhèn)，北邊為麥蓋提縣尕孜庫勒鄉(xiāng)，東邊為塔克拉瑪干沙漠。隨著人口不斷增加，經(jīng)濟高速發(fā)展，用水矛盾不斷加劇。（1）發(fā)展現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，將會大大緩解喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市用水的壓力，有效的保護生態(tài)平衡，更好更有效的保護水資源。（2）改變了傳統(tǒng)的大水漫灌方式，緩解了超量灌溉，導(dǎo)致地下水位上升、土壤漬害和鹽堿化，或沿田面發(fā)生跑水，造成水資源的浪費這一現(xiàn)象。（3）推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，在大幅度提高水資源利用率的同時，引發(fā)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革，改變了傳統(tǒng)的農(nóng)田水利建設(shè)方式，提高了土地利用率。

3.2 高效節(jié)水灌溉區(qū)建設(shè)取得的經(jīng)濟效益

改進傳統(tǒng)的溝、畦灌水技術(shù)，提高田間水利用率和灌水均勻度，減小灌水定額是一項投資小、操作簡便、效果顯著的農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)措施。大幅度降低了作業(yè)成本，提高了勞動生產(chǎn)率，農(nóng)民的經(jīng)濟收入將會大大提高，也將提高農(nóng)民發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的積極性。

4 喀什地區(qū)高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展對策及建議

4.1 加速建設(shè)現(xiàn)代節(jié)水灌溉面積，提升喀什地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平

噴、滴灌現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)具有節(jié)水潛力大、增產(chǎn)效益高的特點，這是喀什地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)中灌溉節(jié)水工程技術(shù)的發(fā)展方向。因此，應(yīng)在普及抓好先進地面節(jié)水技術(shù)的同時，向兵團系統(tǒng)學(xué)習(xí)，加速抓好噴、滴灌節(jié)水建設(shè)面積，滴灌發(fā)展的重點地區(qū)應(yīng)先向嚴重缺水的東疆地區(qū)、和田地區(qū)和天山北坡經(jīng)濟帶傾斜；發(fā)展的作物應(yīng)重點放在經(jīng)濟效益高的林果、瓜果、加工番茄、棉花和設(shè)施大棚的種植上；噴灌發(fā)展的重點地區(qū)應(yīng)以北疆山前種植帶有利于發(fā)展自壓噴灌的地區(qū)為主，噴灌作物以小麥和人工飼養(yǎng)草地為主。

4.2 因地制宜的選擇和推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)

目前，喀什地區(qū)大部分地區(qū)已經(jīng)進行了大壩，水庫的建設(shè)，減少了夏季河流水資源的流失，成功的蓄積冰雪融水、季節(jié)性洪水，具備一定的推廣技術(shù)，我們應(yīng)結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，制定一套完整的節(jié)水措施進行推廣。

4.3 樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念與節(jié)水意識

面對喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)用水的危機，要從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，全面的分析水資源的分布、開發(fā)、利用、山洪災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境保護的關(guān)系，建立經(jīng)濟型的高效節(jié)水模式，實現(xiàn)地表水、地下水，大氣降水之間良好的循環(huán)利用。

通過節(jié)水和提高水的利用效率來減少灌溉本身所產(chǎn)生的負效應(yīng)和旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的水土流失。發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是喀什地區(qū)水資源持續(xù)利用、農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境的根本出路。

5 結(jié)語

在水資源緊缺，供需平衡嚴重失衡與用水矛盾日益突出的今天，大力推廣高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)技術(shù)是對目前農(nóng)業(yè)用水緊張行之有效的緩解手段，改變?nèi)藗兦О倌陙韨鹘y(tǒng)的灌溉習(xí)慣，用較少的水獲得較高的產(chǎn)出效益，推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)是一項重任，也是緩解我國水資源緊缺的途徑之一，更是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇。

[1]謝芳.兵團綠洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式研究[D].石河子大學(xué)，2011.

[2]蘇薈.喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù)選擇研究[D].石河子大學(xué)，2013.

2016—06—07

*通訊作者：曹林霞（1969-），女，工程師，從事機械電子應(yīng)用工作。E-mail：372318919@qq.com。