灌區水稻農田水利工程閘門自動控制技術研究

中圖分類號：TV663文獻標志碼：A

文章編號：1673-6737（2025）03-0067-03

隨著全球糧食安全和水資源利用效率的日益提升，灌區水稻農田水利工程在現代農業中的作用愈加突出。傳統灌溉方式由于水資源浪費和灌溉不均等問題，難以滿足當下高產、節水、綠色發展的需求。智能化閘門控制技術的應用，通過整合先進的傳感器、自動化控制和智能算法，為灌區提供全新的管理方式，不僅優化灌區內水資源的配置，還實現精準灌溉，為農業生產的可持續發展帶來新的可能。

1灌區水稻農田水利工程的重要性

灌區水稻農田水利工程的建設具有重要作用，不僅是農業生產穩定性的基石，更是捍衛糧食安全與促進社會經濟可持續發展的核心要素。灌區水稻農田水利工程的核心使命，在于精細調控與高效利用水資源。水稻生長對水分有著嚴苛且穩定的需求，水利工程通過構建渠道、泵站及調蓄系統等基礎設施，確保在旱季時水資源能夠精準送達，保障水稻灌溉用水的連續供應與充足儲備，進而提升作物產量與品質。科學合理的水利設施布局，不僅能有效抵御洪澇災害對水稻生長的威脅，減少農田受災面積與糧食損失，還能構建以水利為核心的綜合農業保障體系。此外，通過對灌區水利設施的現代化改造與智能化管理，可實現水資源的節約使用與精確灌溉，大幅提升水資源利用效率，降低灌溉成本，為農業的可持續發展奠定基礎。灌區水稻農田水利工程的精心設計能夠促進區域內水資源的良性循環，有效涵養地下水資源，調節農田小氣候，為水稻生長創造更為適宜的微生態環境。

2灌區水稻農田水利工程閘門自動控制技術基礎

2.1 閘門類型與結構特點

在灌區水稻農田水利工程領域，閘門自動控制技術扮演著水資源精確管理的關鍵角色，其重要性不僅體現在對水位和流量的精準調節上，更在于通過智能化手段實現對水稻田間灌溉量的細致入微的管理。平面滑動閘門作為最為普及的一種類型，憑借其簡潔的結構設計，在流量大且需精確控制的灌溉場合展現出卓越性能。它由閘板、導軌及啟閉機構三大部件構成，閘板可沿導軌上下自如滑動。在水稻灌溉過程中，平面滑動閘門能夠靈活響應水稻在不同生長階段的水需求，實現水流的精細化調控。弧形閘門以其獨特的結構設計，能夠承受巨大的水壓力，成為高水位差和水流湍急灌區的理想選擇。弧形閘板的設計有效分散水流壓力，即便在大流量條件下，也能保持高精度的控制。這類閘門通常配備先進的自動化啟閉系統，借助傳感器與智能控制算法，根據實時水位動態調整閘板開度，確保水稻田間的灌溉需求得到精準滿足。

2.2 自動控制技術原理

在灌區水稻農田水利工程中，自動控制技術以智能化為核心理念，巧妙融合傳感器、數據采集技術、先進控制算法及高效執行機構，共同構建一個高度自動化且精細管理的灌溉系統。傳感器與數據采集技術作為這一系統的\"眼睛\"與“耳朵”，能夠實時捕捉水位、水流速度、環境溫濕度等關鍵信息，為灌溉系統的精準調控提供數據支撐。在數據采集的環節中，傳感器所采集的寶貴數據都能實時傳送至中央控制系統，實現數據的快速集成與智能分析，使得灌溉系統能夠根據水稻生長的不同階段，制定并實施針對性的灌溉策略。模型預測控制、模糊控制、神經網絡控制等先進控制算法的應用，使得灌區內的水資源得以優化分配。通過深入分析傳感器采集的數據，不僅能夠預測未來的水量需求，還能以最優的方式調節閘門的開閉狀態，從而實現精準的水位控制與水量調度。其中，模型預測控制通過建立灌區水文模型，結合歷史數據與當前實時數據，能夠準確預測未來的水文變化趨勢，并提前進行灌溉調度，有效避免水資源的浪費與洪澇災害的發生。模糊控制與神經網絡控制則更擅長處理非線性和復雜條件下的灌溉問題，使得灌溉系統在各種多變環境下都能保持高度的智能性與靈活性。

2.3 系統集成與通信技術

在灌區水稻農田水利工程領域，閘門控制系統作為智能化水利管理的中樞，其架構設計與通信技術的融合賦予系統卓越的自動化與遠程控制性能，不僅關乎整體運行效率的優化，更是水資源精準調配與穩定供給的重要保障。系統架構設計方面，智能化閘門控制系統巧妙融合集中控制與分布式控制的雙重優勢，以實現對不同區域閘門的精細化協同管理。集中控制層負責全面收集并處理灌區內的水位、水流速、氣象等多維度數據，依托中央控制系統的強大計算能力，制定出科學的水資源調度策略。分布式控制層則在每個閘門節點部署獨立的控制單元，通過先進的無線或有線通信技術，與中央控制系統保持實時數據同步，確保局部區域能夠根據即時水情迅速作出響應與調整，既保證中央控制系統對全局水資源的有效調控，又充分發揮各閘門控制節點的靈活性與自適應性，實現全局與局部的高效協同[12。系統集成過程中，數據傳輸與處理的效率至關重要。通過現代通信技術的強大支持，灌區水稻農田水利工程得以實現水文信息與控制指令在遠程控制中心與各閘門之間的即時傳輸。

3灌區水稻農田水利工程閘門自動控制關鍵技術

3.1精準灌溉策略制定

在灌區水稻農田水利工程領域，閘門自動控制的核心技術在于構建科學的精準灌溉策略，旨在全方位滿足水稻各生長階段的水分需求。通過細致剖析水稻在不同生長階段的水分需求及其敏感性，我們得以明確各階段所需的水量及對水分的特定要求[13]。育苗期需維持穩定水層，以促進幼苗均勻生長；分蘗期則需充足水分，以助力分蘗健壯形成；而拔節與灌漿期，則需在保持水層的同時，精細調控灌溉量，以防倒伏及水分不足對籽粒灌漿的影響。精準灌溉策略的實施，依托于對灌溉量與灌溉時機的精準把控，灌溉量的確定需綜合考慮氣候、土壤及水稻品種的需水特性，通過建立灌區水文與作物生長模型，實現灌溉需求的動態模擬與預測[14]。借助先進的傳感器技術與物聯網平臺，能夠實時采集田間土壤水分、氣象數據及水稻生長狀態，從而在確保土壤濕度適宜的前提下，精確調整灌溉水量，使田間水層深度始終與水稻當前生長階段的最優需求相匹配[5。灌溉時機的選擇，對于平衡水稻產量與水資源利用效率至關重要。通過對土壤水分與作物蒸騰量的持續監測，能夠在水稻生長的關鍵節點，實施精確的水分補給。閘門自動控制系統在精準灌溉策略的實施中扮演著舉足輕重的角色。智能化控制系統能夠根據實時監測數據與灌溉模型，自動調整閘門開閉，確保灌溉水量的精確投放。在灌溉高峰或干旱時期，智能化控制系統能優先保障關鍵生長階段的灌溉需求，防止因水資源分配不均導致局部缺水。

3.2 故障檢測與診斷技術

在灌區水稻農田水利工程的智能化管理進程中，故障檢測與診斷技術的運用是保證閘門控制系統持久高效運行的核心要素。閘門的故障形態多樣，主要包括機械部件的磨損、啟閉動作的遲緩、電氣控制系統的失效等。機械部件的磨損源于長期運行下閘板與導軌間摩擦的累積，可能引發閘門卡頓、啟閉不順，進而影響水流調控的精確度。啟閉動作的遲緩則常與環境因素掛鉤，例如，泥沙淤積或水生植物的纏繞，為閘門的操作平添額外阻力。電氣控制系統的失效，多是因電動或液壓啟閉裝置的老化、電氣線路的短路等問題，致使閘門無法準確響應控制指令。

針對這些紛繁復雜的故障，智能故障檢測與預警系統的融入，顯著增強閘門控制系統的可靠性與安全性。該系統依托深度學習與人工智能技術，對閘門運行數據進行深度剖析與實時監控，能夠在故障萌芽階段迅速捕捉異常信號，并觸發預警機制。智能故障檢測系統以大數據分析平臺為支撐，將歷史數據與實時數據進行細致比對，敏銳捕捉運行狀態的微妙變化與趨勢，從而預先揭露潛在的故障點。深度學習模型，通過訓練故障樣本數據，能夠自主識別各類異常信號，并給出精確的故障類型判斷，為維修人員提供精準的故障定位與及時處理方案。智能預警系統在識別異常后，會立即通過物聯網技術，將預警信息實時傳遞至控制中心和運維人員的移動終端，實現對故障的遠程監控與迅速響應。借助云計算與邊緣計算的協同，預警系統能夠即時分析故障原因，并提供具體的維修建議，如清理閘門周邊的泥沙、檢查電氣線路等，不僅大幅縮短故障檢測與處理的時間，還有效降低因故障導致的水資源調配障礙，確保灌區水稻農田的順暢灌溉[8]。

通過整合振動傳感器、溫濕度傳感器、視頻監控技術等，實現對閘門運行狀態的全方位、無盲區監控。振動傳感器，能夠檢測閘門啟閉過程中的異常震動；溫濕度傳感器，則監控環境變化對閘門控制系統的潛在影響；視頻監控技術，則直觀展示閘門及其周邊環境的動態變化，助力管理人員更準確地把握故障現場情況。這種多維度的數據分析方法，不僅賦予智能預警系統高精度的故障診斷能力，還使其能夠有效預測設備的健康狀況與潛在的運行風險。智能故障檢測系統不僅提升灌區水稻農田水利工程的自動化管理水平，也為水利工程未來的智能運維和遠程管理提供技術支撐，加速整個行業向智能化轉型的步伐。

4結語

智能化閘門控制技術的普及，使灌區水稻農田的水資源管理邁向高效、智能的新階段。通過先進的控制算法、實時數據采集和自動化故障檢測，灌區管理從傳統經驗走向科學決策，顯著提升灌溉效率和水稻產量。在應對未來氣候變化和水資源緊缺挑戰的過程中，智能水利工程技術將持續推動農業現代化，成為保障糧食生產穩定、實現生態友好型農業的有力支撐。

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