新型節水灌溉自動化控制系統應用

摘要 ? ?滴灌是我國尤其是干旱區新疆農業高效節水灌溉的主要模式，隨著滴灌技術規模化應用及提質增效的要求，大力發展應用滴灌自動化技術提升灌溉運行管理水平顯得十分迫切。針對目前國內滴灌自動化灌溉系統關鍵技術之一的終端控制閥在田間應用過程中存在對灌溉水質和雜物處理運行能力不足等問題，研發出了基于互聯網的新型節水灌溉自動化控制系統技術。本文利用這一新型自動化灌溉控制技術，在新疆博州灌溉試驗站進行了為期2年的技術示范應用。結果表明，①新型節水灌溉自動化控制系統田間終端控制閥有明顯的結構優勢，對現有終端控制閥改進成為較大口徑的過水通道，解決了灌溉水質含沙量較大難處理困境;②具有灌溉系統故障自動檢測推送功能，保障了灌溉系統及時更換部件，提升了灌溉運行時效性;③對灌溉系統控制器模塊斷電、太陽能電池、存儲器、電機及電纜等故障具有診斷檢測推送功能，為自動化灌溉控制系統運行管護提供了技術保障。

關鍵詞 ? ?節水灌溉;終端控制閥研發;自動化灌溉;技術應用

中圖分類號 ? ?TP273 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）12-0188-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Application ?of ?New ?Water ?Saving ?Irrigation ?Automation ?Control ?System

GAO Jian-xin

（Xinjiang Institute of Water Resources and Hydropower， Urumqi Xinjiang 830049）

Abstract ? ?Drip irrigation is the main mode of agricultural efficient water saving irrigation in China， especially in the arid area of Xinjiang. With the large-scale application of drip irrigation technology and the requirement of improving quality and efficiency， it is very urgent to develop the application of drip irrigation automation technology to improve the level of irrigation operation and management. In view of the problems of terminal controlvalve， which is one of the key technologies of drip irrigation automation system in China， in the field application process， such as the insufficient ability to deal with irrigation water quality and sundries， a new type of water saving irrigation automation control system technology based on Internet is developed. The results showed that the field terminal control valve of the new type water saving irrigation automation control system had obvious structural advantages. The existing terminal control valve was improved into a large-diameter water passage， which solved the difficult problem of large sediment concentration in irrigation water. It had the function of automatic detection and push of irrigation system faults， which ensured the timely replacement of irrigation system components and improved the timeliness of irrigation operation. It had the function of diagnosis， detection and push of irrigation system controller module power failure， solar cell， memory， motor and cable faults， which provided technical support for the operation and management of automatic irrigation control system.

Key words ? ?water saving irrigation; terminal control valve research and development; automatic irrigation; technical application

以滴灌為主要模式的高效節水灌溉技術在新疆的應用不斷推進，預計2020年推廣應用累計面積達406.67萬hm2。隨著節水灌溉“提質增效”要求的提出，大力發展滴灌自動化控制灌溉技術應用提升節水灌溉自動化管理水平，成為高效農業節水灌溉技術發展的重要方向[1-5]。田間終端控制閥是滴灌自動化灌溉應用的關鍵技術之一，目前引進和國內生產的電磁閥以及電動閥具有輕便耐用和啟閉功率小等優點[6-8]，但由于現狀電磁閥及電動閥對灌溉水質潔凈度要求高，以及部件內部結構原因時常發生因田間雜物而影響運轉等問題，從而使自動化灌溉設施運行過程時常發生導流孔易堵塞、影響啟閉開度而無法調節灌溉水量，以及出現田間開啟與關閉時農田作物揚花、農田防風林木柳絮等纖維狀雜物進入球狀閥芯與閥體之間接縫影響球狀閥芯在閥體內正常轉動等[9-11]。針對節水灌溉自動化系統終端控制閥這一關鍵技術問題，對現有PE截止閥進行電動改造研發，形成了電動PE截止閥，將其接入互聯網，形成了基于互聯網+新型節水灌溉自動化控制系統的田間終端控制閥，解決了自動化控制系統田間終端控制閥的技術困境[12]。本技術研發成果于2017年在新疆博州水利灌溉試驗站田間中試，于2018年在試驗站滴灌棉花農田進行推廣應用。本文就新型節水灌溉自動化控制系統技術應用進行了分析，旨在為應用推廣提供技術支撐。

1 ? ?應用區概況

研發技術成果中試區在新疆博州水利灌溉試驗站實施，試驗站位于精河縣境內，距精河縣城約20 km，東距新疆首府烏魯木齊市425 km。試驗站區承擔節水灌溉試驗、節水灌溉技術示范推廣、土地經營等工作。試區處于新疆天山之北西部境內，山勢低矮，山體狹窄，干熱效應強烈，光照充足，冬夏冷熱懸殊，干旱少雨、風大沙多，平原區年均氣溫7.4 ℃，最高溫13.7 ℃，最低溫5.3 ℃;極端最高氣溫41.3 ℃，極端最低氣溫-36.4 ℃。年均無霜期171 d，最長為194 d，最短135 d。平原區年均降水量99.7 mm，降水多集中在春、夏季，達70.9 mm，占年降水量的71.33%。冬季空氣濕度大，夏季炎熱干燥，平原區年均蒸發量1 626.0 mm，其中4—9月蒸發量1 423.9 mm，占全年的88%。試區屬典型的大陸性降水稀少蒸發強烈干旱農業區。

2 ? ?應用區灌溉主要問題

棉花是試驗站大田的主要作物之一，滴灌棉花生長期灌水次數一般達到10次以上，灌溉用水時間比較長，灌溉用水為井水抽取，井水中含沙量多達0.2 kg/m3，經過一段時間的灌溉之后，滴灌帶末端常常會被井水攜帶的泥沙淤滿（圖1），嚴重影響田間灌溉效果。出現此種情況時，工作人員只有將淤滿泥沙的末端滴灌帶剪斷，拼接新的滴灌帶為作物輸水灌溉。

3 ? ?技術應用效果

3.1 ? ?田間終端控制閥的結構優勢

新型節水灌溉自動化控制系統田間終端控制閥，突破了傳統的節水灌溉自動化終端控制閥思路，在PE截止閥基礎上進行電動化改造，并接入新疆節水灌溉自動化控制平臺實現遠程控制。首先，電動PE截止閥具有較大口徑過水通道（圖2），即使灌溉水含沙量大，也不會在截止閥過水通道內沉積，避免了傳統電磁閥結構易堵塞的狀況。除此之外，目前傳統的其他球形電動閥在關閉情況下，灌溉水泥沙易沉積在閥體內側表面，球形電動閥啟閉時轉動球體，沉積在閥體內側表面泥沙會阻滯球體轉動，致使球體無法轉動，同時，沉積在閥體內側表面泥沙在球體轉動時，會對球體表面造成擦痕，影響球形電動閥封水效果。試驗站棉花灌溉2年，灌溉控制36 hm2滴灌棉花，總計灌溉20余輪72個田間終端電動控制閥。應用期間沒有出現一次因灌溉水質含有泥沙而發生故障，該節水灌溉自動化控制系統電動控制閥，解決了灌溉水質含沙量較大影響控制閥運行的問題。

3.2 ? ?灌溉運行故障檢測推送自動功能

新型節水灌溉自動化控制系統具有運行設備故障自動檢測及故障推送功能，可將系統運行中各功能部件出現的故障即時推送至管理人員智能終端處，管理人員根據智能終端上功能部件故障信息推送提示，及時進行更換部件保障系統正常運行，改變了過去出現故障由專業技術人員實地排除的狀況，提高了灌溉系統運行管理時效性。2018年5月12日，試驗站農戶手機收到灌溉系統推送的田間終端功能部件故障信息“十一號終端1號閥電機脫銷故障”，意思是電機與傳導電機動力驅動閥體蓋板啟閉的聯軸器脫離，無法驅動截止閥運行啟閉閥門。農戶趕至田間十一號終端處將1號電動閥拆解后，發現電機軸斷裂，與農戶的手機收到故障信息一致。農戶根據手機提示及現場檢查情況，采用備用電機更換故障電機及時排除了運行故障。2018年7月15日，灌溉系統十七號田間終端1號電動閥控制區域棉花灌溉結束自動關閉閥門的過程中，管理該地塊的農戶手機收到了“十七號終端1號閥異物堵塞故障”信息，農戶趕至系統十七號田間終端拆解一號電動閥檢查發現，閥體內有一塊PVC碎片，對電動閥封水閥蓋的關閉形成了阻塞，見圖3。

系統田間終端控制器檢測到該故障后，即將該故障對應的代碼0x04通過集中控制器上傳至新疆節水灌溉自動化控制云平臺，平臺將數字代碼翻譯成文字信息推送至農戶手機，提示農戶十七號終端1號閥閥體內有異物堵塞，致使閥門不能正常關閉，工作管理人員及時準確方便地解決處理好了這一問題。新型節水灌溉自動化控制系統除了能準確檢測、推送技術設備運行故障外，還能準確檢測、推送集中控制器模塊斷電、太陽能充電模塊故障、電池模塊故障、存儲器模塊故障、電機及電機線纜等故障，為滴灌自動化灌溉控制系統運行管理可持續應用提供了技術保障。

4 ? ?參考文獻

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