應用于農業水利工程的電氣自動化技術研究

陳星克 王 炯 劉一鳴 李建盛

（1.鄭州順安機電設備有限公司，河南 鄭州 450000；2.南陽市鴨河口灌區管理局白桐干渠管理站，河南 南陽 473000）

農田水利工程作為我國水利工程建設的重要內容之一，對于保障我國農業發展的持續性與安全性有著十分重要的意義。農田水利工程不僅可以發揮抗洪、抗旱、蓄水等宏觀層面的作用，而且是保障農業生產正常用水、優化農業發展條件、促進農業轉型升級的前提與基礎。農田水利工程從總體上可以分為中小型河流保護、農用水庫建設、灌溉渠基礎設施完善等多種類型。電氣自動化技術經過百年的發展，已廣泛應用于社會生產建設的諸多領域，并隨著時代的發展，被賦予了新的應用內涵［1］。現階段，我國各地區已逐步將電氣自動化技術廣泛引入到農業水利工程的規劃以及實踐應用當中，并有力地推動了農業水利設施的完善與發展，但從總體來看，依然存在著諸多問題與不足，突出表現為實踐應用涉及面不夠廣泛、設計理念落后等［2］。因此，進一步加強與完善農業水利工程建設中電氣自動化技術的應用，應當引起水利工程界的廣泛關注與重視。

1 電氣自動化技術的特點

對電氣自動化技術所依托的技術原理進行研究可知，這一技術具有明顯的系統性與復雜性特征。這一技術運用了不同領域的理論學說以及技術，其中智能控制、計算機技術以及網絡技術最具代表性。得益于上述技術的融合化運用，電氣自動化技術的科技水平達到了更高層次，為實現應用工程運行的總體目標奠定了堅實基礎。伴隨電氣自動化技術迭代，資源利用率得到顯著提升，資源消耗量明顯降低。同時，電氣自動化技術的出現與應用在諸多領域已經產生了巨大影響，而農業水利工程對這項技術的運用，讓電氣自動化技術的價值得到進一步展現［3］。種種事例表明，充分利用電氣自動化技術，可以幫助農業水利工程以更高效率與綠色化的方式運轉。進一步加強電氣自動化技術在農業水利工程中的應用，不僅有利于提高農業水利工程的總體功效，而且有助于推動現代化農業的發展。

2 電氣自動化技術在農業水利工程中的應用價值

2.1 提升農業水利工程的效率

農業水利工程中充分運用電氣自動化技術幫助其工作效率邁上新臺階，整個工程得以順利運轉，降低了資源消耗量，避免相關資源的浪費。同時，在自動化技術的帶動下，無論是勞動環境還是勞動強度均有所改善，工程效率明顯提升［4］。就農業水利工程而言，其運用的自動化系統和高精尖的監測技術與計算機技術具有相似之處，可以動態對水利工程的實際運行情況展開及時記錄與分析，還會借助自動化系統監測工程的整體運行狀態，厘清其中的潛在風險點，及時排除故障和盲區。

2.2 提升農業水利工程的智能化水平

實現智能化操作目前已成為電氣自動化技術發展的重要方向之一，尤其在大型復雜的農業水利設施當中，通過引入具備智能化操作特征的電氣自動化技術，不僅可以有效地節約人工成本和經濟成本，而且可以大幅提升設備運行的效率。相比于傳統的以電氣自動化技術為基礎的農業水利設施，具備智能化操作特征的農業水利工程，可以通過智能化指令，實現對不同電氣設備之間的協調性控制，從而降低工程運行的總體能耗，并保障各個設備在平穩安全的環境下運行［5］。尤其對于處于受季節、水文環境等外界因素影響較大的農業水利工程而言，提升電氣自動化設備的智能化水平，更有利于實現工程運行的可持續性。

2.3 提升農業水利工程的穩定性

將電氣自動化技術運用至水利工程領域，其核心在于把電氣自動化技術視作中心樞紐，借助模擬數字，及時動態地利用數字化信息對農業水利工程的整體情況進行觀測、分析與運作，使其得以安全、穩定地運轉。假如農業水利工程運轉不暢或者因故障停擺，此時電氣自動化系統會及時介入對其故障水平進行分析，隨即推送報警信號，幫助維修人員及時獲取故障信息，從而提升了整個工程的運轉穩定水平［6］。由于農業水利工程自身具有一定差異，其運用的各類機電設備同樣有所不同。所以，在篩選與購置機電設備環節，應將工程的實際規模考慮在內，以獲得更加理想的整體效益。

3 電氣自動化技術在農業水利工程應用中的主要方向

目前，應用于農業水利工程的電氣自動化技術發展十分迅速，所涵蓋的技術類型也十分廣泛。農田水利灌溉、農業蓄水工程、農用水質安全以及設施農業等諸多領域都可以看到電氣自動化技術應用的場景。這些技術的廣泛應用為促進現代農業的發展奠定了堅實的基礎。

3.1 在農業灌溉中的應用

在農作物的生產過程中，澆灌植被是其中的重要環節之一。特別對于水稻類作物而言，沒有及時澆灌或者澆灌量不符合要求，極易導致水稻產量下滑。在全面澆灌中引入電氣自動化技術有助于化解上述不足。依照澆灌的內容、要求與形式，進一步研發或者改善移動澆灌樁。具體而言，要結合種植區域與采光程度上的差異與變化，利用自動化設備進一步檢測與控制農作物整體需水量的波動情況。同時，由于可移動灌溉樁運用的是散噴模式，可以及時捕捉農田移動與澆灌情況調整噴灌方式，保證農田噴灌的合理化性以及有效性［7］。當前，電氣自動化技術已經在諸多農田灌溉中得以應用，例如，通過引入PLC 編程自動化技術，可以精準控制其灌溉密度與速度等要素。由此，農業水土灌溉無論是有效性還是便利性均有明顯提升，為實現農田全面豐收奠定了基礎。

3.2 在農業蓄水中的應用

蓄水是保證農作物生長所需用水的重要環節。以往蓄水方式通常利用的是水庫，然而這種方式表現出諸多不足甚至弊端，特別是嚴峻天氣狀況下，例如干旱與連續高溫，水庫會出現大面積蒸發的情況，這給滿足農業蓄水的任務帶來巨大挑戰。所以，科學合理解決農業蓄水問題，需要進一步運用電氣自動化技術，為干旱地區提供較為充分的水量支撐。從技術應用的角度來看，電氣自動化技術主要是通過設備反映數據進行分析判斷，及時通過傳感設備對農田蓄水量進行調節，例如流量滴灌設備、壓力補償式滴頭設備、傳感器探測技術設備、紅外線檢測技術設備等電氣自動化設備都在對農作物生理生長狀態進行識別與分析的基礎上，實現需水量的精準化調節。結合實踐狀況來看，國內部分科技型農業企業已基本實現了設施農業自動化蓄水、儲水以及灌溉的全流程控制，有效地提升了農田水資源的利用效率［8］。

3.3 在水質檢測中的應用

現階段，水質污染在一些地區還比較嚴重，少數地區還產生了酸雨，這一狀況并不利于農業水利工程的可持續性運行。另外，少數水源由于遭遇到了嚴重的重金屬污染問題，給農作物的生長進程造成不可逆的沖擊。而水質標準在短期內缺乏相應的檢測規范作為參考。通過電氣自動化技術的應用可以快捷準確地對水質狀況展開檢測與記錄，幫助農民更好地調整澆灌方式，也能提高水質檢測的準確性［9］。例如，通過GIS技術對土壤質量的監控，有助于實現對植物生理狀況的實時化監控，再結合大數據進行分析，可以判斷出與以往同時期數據的差異。如果差異過于明顯，則說明存在水質污染土壤的可能，那么GIS 技術就會引導系統對灌溉源頭水質數據進行監控，如果發現水質某一檢測指標出現異常，則會立即控制灌溉源頭停止供水，并向農田環保部門發出預警信息，便于農田環保部門更好地展開改善工作，準確定位污染源頭，并及時阻斷污染路徑。由此可見，利用電氣自動化技術對實現科學水質檢測以及優化農作物澆灌模式極具重要意義。

3.4 在設施農業中的應用

設施農業作為近年來現代農業發展的重要方向，與農業水利工程的結合也越來越密切。尤其是將電氣自動化技術引入到農業水利設施的建設中后，設施農業建設的質量和效率獲得了明顯提升。例如，在溫室大棚的建設當中，通過引入電氣自動化技術，可以有效地實現對溫度、濕度、二氧化碳濃度等影響農作物生長的重要指標的調節與控制，從而使農作物在既定的條件下健康生長發育。再如，通過將電氣自動化技術引入到無土栽培設施農業當中，可以通過有效地控制水資源、營養液等農作物生長所必備要素的輸送，實現對農作物生長的精細化控制，同時也有助于農業科研人員在進行試驗的過程中，實現實驗數據對比、實驗環境設置等功能，進而加快農業科研試驗的進度。

4 完善電氣自動化技術在農業水利工程中應用的策略

4.1 強化工程運行的科學化管理

在進行電氣自動化技術應用于農業水利工程的研究、設計與試運行時，為了確保工程運行的科學性和合理性，也應當進一步強化農業水利工程運行的科學化管理。首先，應當從建立健全工程運行管理機制入手，通過明確電氣自動化設施設備的標準化操作方法，確保設施設備運行的安全性與可靠性；其次，要注重電氣自動化設施設備操作人員的培訓，通過提升操作人員的專業化素養，實現工程整體運行的可持續性；再次，要注重對電氣自動化設施設備的定期保養與維護，最大限度地延長設施設備的使用壽命。

4.2 優化電氣自動化控制系統的構建與實踐

在農業水利工程管理過程中，為了提升電氣自動化的應用水平，優化相應的控制方式，需要農業水利工程設計部門對信息技術、計算機網絡及控制理論等要素進行綜合考慮及整合利用，給予電氣自動化控制系統構建與應用足夠的重視，進而為高效開展具體的控制工作提供科學指導，促使電氣自動化的科學應用水平得以不斷提升，拓寬農業水利工程建設及設備運行管理方面工作思路。

4.3 注重引入現代信息化服務工具

隨著5G 時代的來臨，依托于互聯網技術應運而生的現代化信息服務軟件與工具越來越多地應用到了農業生產的各個環節當中，有力地促進了農業生產效率的提升。例如，新媒體平臺能夠配合電氣自動化系統實現對農業水利中生產數據的有效把控，從而促進相關信息的高效傳播。在實踐中，農業水利工程管理部門可以通過微信公眾號來面向合作社、農戶提供最基礎的農業水利生產信息，幫助他們及時對農業生產活動進行調整［10］。與此同時，農業水利工程管理部門還可以通過自主研發或委托研發的方式，開發與農業水利電氣自動化系統相關聯的App，借助移動互聯網渠道，在線實現對系統的控制和管理。

4.4 及時進行電氣自動化技術應用效果評估

科學合理地對應用于農業水利工程的電氣自動化技術進行評估，不僅是農業水利工程項目管理的必要環節，同時也是掌握電氣自動化技術應用效果，及時對技術進行完善、更新的前提與基礎。在開展評估工作之前，工程技術人員首先要制定科學、詳細、合理的評估方案，在通過專家的論證后，方可實施。評估工作應具有階段性和持續性，定時定期指定專門人員進行評估。評估結果生成以后，應當立即向農業水利工程負責部門進行反饋，以便及時進行技術的更新與完善。

5 結語

電氣自動化技術作為綜合性應用技術之一，越來越廣泛地融入到農業水利工程建設當中，并展現出了獨特的技術優勢。展望未來，我國農業水利工程建設者需要繼續秉持與發揚創新的精神，密切關注電氣自動化技術與農業水利工程建設的結合點，通過科學合理地應用高效能的電氣自動化技術，促進農業水利工程建設的全面進步與發展。