智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，農(nóng)田水利工程作為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也日益表現(xiàn)出對智能化技術(shù)的需求。智能化技術(shù)能夠在農(nóng)田水利工程中發(fā)揮巨大作用，提高水資源的合理分配和利用效率，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)水的目標(biāo)。本研究通過對多種智能化技術(shù)進(jìn)行深入分析，探討了其在當(dāng)前農(nóng)田水利工程的應(yīng)用情況，并以此為基礎(chǔ)，開展了具體的應(yīng)用實例分析。研究中采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測農(nóng)田水分狀況，運用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）對農(nóng)業(yè)水資源進(jìn)行有效管理，同時引入智能灌溉系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)配水。此外，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)水工程設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和維護(hù)。通過對比試驗，在相同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下，采用智能化技術(shù)的農(nóng)田水利工程的灌溉效率提高了30%，農(nóng)作物產(chǎn)量提升了15%，水資源浪費減少了20%。該研究為智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的實際應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)和有效路徑，且論證了智能化管理系統(tǒng)在節(jié)水增產(chǎn)方面的實際效果。研究為后續(xù)推廣智能化農(nóng)田水利工程提供了策略和建議，旨在推動農(nóng)業(yè)水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能化技術(shù)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；遙感技術(shù)；地理信息系統(tǒng)（GIS）；物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)田水利的支撐，而智能化技術(shù)作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)不可或缺的重要組成部分，在農(nóng)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(shù)的應(yīng)用不僅可以優(yōu)化農(nóng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的人力資源短缺問題。

智能化技術(shù)在農(nóng)田水利中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在農(nóng)田灌溉和排水系統(tǒng)的自動化控制、農(nóng)田水情和環(huán)境的實時監(jiān)測、水資源優(yōu)化配置以及農(nóng)田水利工程的遠(yuǎn)程管理等方面。例如，通過在農(nóng)田中布設(shè)各類傳感器，可以實時采集土壤墑情、氣象環(huán)境、作物長勢等信息，并利用無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，為農(nóng)田灌溉決策提供數(shù)據(jù)支撐[1]。同時，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能灌溉系統(tǒng)可以根據(jù)作物需水狀況，自動調(diào)節(jié)灌溉閥門開關(guān)時間和出流量，實現(xiàn)農(nóng)田水分的精準(zhǔn)補給，在節(jié)水的同時提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。

1 現(xiàn)代農(nóng)田水利概況

1.1 農(nóng)田水利的發(fā)展現(xiàn)狀

我國農(nóng)田水利工程建設(shè)近年來取得了顯著進(jìn)展，綜合運用多種先進(jìn)技術(shù)與手段，有力地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。水利部統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(fā)展節(jié)水灌溉面積5 000萬hm2。目前，中大型灌區(qū)有效灌溉面積達(dá)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(shù)與設(shè)施的廣泛應(yīng)用，正在推動農(nóng)田水利向規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、高效化發(fā)展。

智能信息化技術(shù)在農(nóng)田水利工程規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行和管理的各個環(huán)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。比如，無人機航測技術(shù)可實現(xiàn)對農(nóng)田、渠系及水利設(shè)施的數(shù)字化、可視化勘測，避免了傳統(tǒng)人工測繪的低效與誤差。基于大數(shù)據(jù)的智能決策系統(tǒng)可集成水文、氣象、土壤、作物等多源信息，精準(zhǔn)計算和預(yù)測農(nóng)作物實際需水量，科學(xué)指導(dǎo)灌溉計劃制定與實施。在灌溉調(diào)度中，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的智能控制技術(shù)，能夠根據(jù)土壤墑情、作物需水狀況和管網(wǎng)壓力等參數(shù)實現(xiàn)灌溉閥門的自動控制和精準(zhǔn)補水[3]。同時，通過布設(shè)水位、流量、水質(zhì)等在線監(jiān)測設(shè)施，可實現(xiàn)水資源從源頭到田間的全程監(jiān)控，并提供可視化的決策支持。

智能化技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了農(nóng)田水利工程的管理效率和灌溉效益。數(shù)據(jù)顯示，采用智能灌溉系統(tǒng)后，灌溉用水量可降低30%以上，灌溉效率可提高30%左右，農(nóng)作物產(chǎn)量平均增加10%，節(jié)約管理用工80%左右。智能化的農(nóng)田水利工程不僅為農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全提供了堅實的水利基礎(chǔ)設(shè)施保障，也極大地改善了農(nóng)村人居環(huán)境，為鄉(xiāng)村振興和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。

1.2 智能化技術(shù)對農(nóng)田水利的影響

智能化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用極大地改變了農(nóng)田水利工程的面貌。傳感器、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的引入，使得農(nóng)田水利設(shè)施實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，提高了水資源利用效率。典型的應(yīng)用包括：土壤水分實時監(jiān)測系統(tǒng)通過部署在農(nóng)田的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可持續(xù)獲取土壤水分狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象預(yù)報等信息優(yōu)化灌溉決策，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉；農(nóng)業(yè)用水計量和管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)田水利設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化改造，通過智能水表和閥門等實現(xiàn)用水量的自動計量和調(diào)控，減少了水資源浪費。此外，衛(wèi)星遙感、無人機等技術(shù)為大范圍農(nóng)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(nóng)田水利規(guī)劃、設(shè)計、運行維護(hù)等提供數(shù)據(jù)支撐。總之，智能化技術(shù)與農(nóng)田水利的深度融合，正在推動農(nóng)業(yè)水利由傳統(tǒng)的經(jīng)驗式管理向數(shù)字化、精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，大幅提升農(nóng)田水利工程現(xiàn)代化水平，為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全提供有力支撐。不過，智能化技術(shù)在農(nóng)田水利領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)，如農(nóng)業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變對設(shè)備適應(yīng)性提出較高要求，農(nóng)民接受度和操作技能有待提高等，需產(chǎn)學(xué)研用多方合力持續(xù)推進(jìn)。

2 智能化技術(shù)應(yīng)用實例

2.1 智能灌溉系統(tǒng)案例分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)+智慧農(nóng)業(yè)的深度融合發(fā)展，智能灌溉系統(tǒng)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用越來越廣泛。某地區(qū)某農(nóng)場利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，開發(fā)了一套集氣象、土壤墑情監(jiān)測、灌溉控制及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理于一體的智能灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)在

80 hm2試點田塊內(nèi)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(shè)備、土壤墑情傳感器、氣象監(jiān)測站、RTK定位終端組成。智能水肥一體化設(shè)備集成了電磁閥、流量計、施肥箱等部件，可根據(jù)作物需水需肥模型，結(jié)合土壤墑情與氣象數(shù)據(jù)實現(xiàn)精準(zhǔn)的灌水與施肥。系統(tǒng)設(shè)定了小麥生長發(fā)育各階段的墑情閾值，土壤含水量低于閾值時灌溉系統(tǒng)自動啟動。灌溉時長通過流量計反饋的實時流量數(shù)據(jù)計算得出，流量達(dá)到預(yù)設(shè)值時電磁閥自動關(guān)閉。通過系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，不同農(nóng)田區(qū)塊土壤肥力與墑情差異顯著，需水量相差達(dá)30%以上。系統(tǒng)根據(jù)各區(qū)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(xiàn)了精準(zhǔn)變量管理。經(jīng)測算，與常規(guī)的大水漫灌方式相比，系統(tǒng)可節(jié)水36%，節(jié)肥18%，小麥平均產(chǎn)量提高12%。該案例為智能灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用提供了良好的示范，展現(xiàn)出巨大的節(jié)水增效潛力。但從實際推廣應(yīng)用來看，目前仍面臨設(shè)備成本高、管理維護(hù)難度大等問題，需要政府、企業(yè)、農(nóng)民等多方協(xié)同創(chuàng)新，加快技術(shù)產(chǎn)品的迭代優(yōu)化，因地制宜制定推廣政策，促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的深度融合，助力農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。

2.2 水資源管理智能化改進(jìn)案例

某水庫智慧水利管理中心通過采用水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)、水庫重點部位視頻監(jiān)控系統(tǒng)等五套管理系統(tǒng)，實現(xiàn)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(tǒng)，通過數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)\"一張網(wǎng)\"的泛在互聯(lián)，改變了原有的多系統(tǒng)分散布局，各成體系、獨立運行的格局，有效解決了設(shè)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(yù)警雷達(dá)、雙光譜視頻跟蹤儀、地理信息系統(tǒng)，以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，在一幅電子地圖上實現(xiàn)了水利可視化指揮調(diào)度。指揮控制平臺通過控制雷達(dá)光電預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)廣域搜索，對目標(biāo)周邊進(jìn)行全時空預(yù)警和可視化管控；同時融合其他監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)地理信息和通用監(jiān)控攝像機互聯(lián)互通。平臺還結(jié)合無人機系統(tǒng)對庫區(qū)周邊及上下游流域進(jìn)行巡查監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)垃圾傾倒、污染活動、自然災(zāi)害等問題并進(jìn)行處置；無人船系統(tǒng)則用于庫區(qū)水質(zhì)檢測、汛期流量監(jiān)測、水庫測繪、搶險救援等任務(wù)。

該智慧水利管理中心的建設(shè)運行，充分利用了當(dāng)前先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，將原本分散的各類管理系統(tǒng)進(jìn)行了有機整合，形成了“一張網(wǎng)”“一幅圖”“一平臺”的智慧管理新模式。通過對水庫及周邊環(huán)境的全方位感知、實時分析、可視化呈現(xiàn)、智能預(yù)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(xì)化管理和應(yīng)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(shù)實施與效果評估

3.1 智能化技術(shù)的實施策略

智能傳感器、自動化控制系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)管理平臺是實施農(nóng)田水利工程智能化的三大關(guān)鍵技術(shù)。具體來說，在灌溉系統(tǒng)中安裝智能傳感器，可實時采集土壤水分、溫度等參數(shù)信息，并將數(shù)據(jù)傳輸給中控系統(tǒng)進(jìn)行分析計算，動態(tài)調(diào)整灌溉設(shè)備工作狀態(tài)，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。同時，通過衛(wèi)星定位技術(shù)，記錄并上傳灌溉機具的作業(yè)數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)管理平臺，為灌溉決策提供數(shù)據(jù)支撐。此外，現(xiàn)代化的農(nóng)田水利工程往往具有設(shè)備多、體系復(fù)雜等特點，必須構(gòu)建集成化的信息管理系統(tǒng)，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)，并著重提升設(shè)備運行管理水平。

為充分發(fā)揮智能化技術(shù)的效能，在實施過程中應(yīng)注重頂層設(shè)計與基層需求相結(jié)合。通過制定區(qū)域性農(nóng)田水利智能化建設(shè)規(guī)劃，明確建設(shè)目標(biāo)、路徑及保障措施，為項目實施提供制度保障。同時，深入調(diào)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(yīng)用效果，以點帶面推進(jìn)農(nóng)田水利智能化進(jìn)程。此外，加快培育新型職業(yè)農(nóng)民和農(nóng)技推廣人員，為新技術(shù)推廣應(yīng)用提供人才支撐。通過政府購買服務(wù)等方式，支持社會化服務(wù)組織參與技術(shù)推廣，提升基層服務(wù)能力。

3.2 技術(shù)應(yīng)用的效果與挑戰(zhàn)

智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中應(yīng)用后，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)某市水利局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，集中連片的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)比一般農(nóng)田增產(chǎn)10%～15%，節(jié)水30%以上。智能水肥一體化技術(shù)可實現(xiàn)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(chǎn)量提高10%～15%[4]。研究表明，農(nóng)業(yè)機械自動化與人工相比，農(nóng)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(nóng)田水利工程取得了良好的應(yīng)用效果，但在實施過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)[5]。首先，農(nóng)田水利工程涉及面廣、點多、線長，各地區(qū)自然環(huán)境和種植結(jié)構(gòu)差異較大，給智能化系統(tǒng)的設(shè)計和集成帶來挑戰(zhàn)。其次，農(nóng)田水利工程建設(shè)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(nóng)田水利工程的運行管理需要大量專業(yè)技術(shù)人員，而目前基層水利部門專業(yè)人才匱乏，制約了工程效益的充分發(fā)揮。

4 結(jié)論

綜上所述，智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用取得了顯著成效，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。通過智能化技術(shù)，農(nóng)田水利工程的管理和運行實現(xiàn)了自動化和精細(xì)化，大大提高了灌溉用水效率，節(jié)約了水資源，減少了勞動投入，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。智能灌溉系統(tǒng)可根據(jù)作物生長需水狀況，結(jié)合土壤墑情和氣象預(yù)報等信息，自動優(yōu)化灌溉時間和灌水量，確保作物生長發(fā)育關(guān)鍵期不缺水，非關(guān)鍵期不浪費，從而在節(jié)水的同時保障了作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。此外，智能化的農(nóng)田水利工程管理平臺，集成了工程運行監(jiān)測、故障診斷、維修指導(dǎo)等多項功能，極大提升了工程維護(hù)效率，延長了使用壽命。

盡管如此，智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的推廣應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，高昂的前期投入和后續(xù)維護(hù)成本是制約因素之一，許多農(nóng)戶難以承擔(dān)。另一方面，農(nóng)村地區(qū)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后，一定程度上限制了智能化技術(shù)的普及應(yīng)用。同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多樣性和復(fù)雜性，對智能化系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性提出了更高要求。因此，未來仍需在降低系統(tǒng)成本、提高技術(shù)可靠性、加強人才培養(yǎng)等方面持續(xù)發(fā)力，進(jìn)一步擴(kuò)大智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用范圍和普及水平，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供有力支撐。只有不斷創(chuàng)新與實踐，才能充分發(fā)揮智能化技術(shù)的潛力，助力農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為國家糧食安全和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 王春雨，張志民，劉靜.智能預(yù)警技術(shù)在水利安全管控方面的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2019，47（12）：160-164.

[2] 王慧.智慧農(nóng)機在數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2021（4）：116-117.

[3] 張鳳琳.農(nóng)業(yè)機械自動化在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2019，39（23）：52-53.

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

[5] 劉坯.智能化技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用[J].農(nóng)村科學(xué)實驗，2024（21）：81-83.

[6] 張立崢.智能化節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2023，43（23）：62-64.