新型農田水利工程中智能化系統的應用

摘要：本文詳細探討新型農田水利工程中智能化系統的應用，介紹農田水利工程的背景與需求，重點闡述智能化系統的關鍵技術，包括傳感器技術、智能控制技術以及地理信息系統與遙感技術。深入分析智能化技術在農田水利工程中的具體應用方法，如智能灌溉、水情監測與預警等方面，旨在推動農田水利工程的現代化與智能化發展。

關鍵詞：新型農田水利工程；智能化系統；智能灌溉；水情監測；水資源配置

隨著科技的不斷進步，智能化系統在農田水利工程中的應用日益廣泛，在提高農業生產效率、節約水資源、改善生態環境等方面發揮重要作用。當涂縣作為安徽省的農業大縣，近年來在新型農田水利工程中積極探索智能化系統的應用，促進農業水利工程的現代化推廣，對推動農田水利工程智能化具有重要意義。

1 當涂縣農田水利工程概況

1.1 基本情況

當涂縣地處長江下游、水陽江下游，周邊水系豐富，包括長江、黃池河、青山河、運糧河、姑溪河、塘溝河以及石臼湖等，這些水系為當地的農業生產提供了豐富的水資源。當涂縣擁有大小圩口15個，其中，萬畝以上圩口9個，防汛堤防總長320.88 km，這些水利工程設施在防洪抗旱方面發揮著重要作用。當涂縣地形地貌豐富多變，其地表坡度相對較為平和。圩區地面的高度大致在7～9 m，而塘溝的密度則差異較大，介于4%～17%。山丘區域的高度通常在20～300 m，這樣的地形特征給當涂縣在農田水利工程的建設以及水資源的合理調配方面帶來獨特的挑戰與需求。

1.2 現有農田水利工程建設成就

經過長期的規劃與建設，當涂縣在農田水利工程領域取得了令人矚目的成果，水利工程的防災抗災能力也得到顯著提升。在防洪方面，大公圩堤防的堅固程度足以抵御20年一遇的洪水侵襲。同時，團結圩、軍民圩、湖陽圩、江心圩、連千圩、下六圩、南圩、北圩等萬畝以上的圩口堤防，也具備抵御15年一遇洪水的安全防御能力。這些堤防工程的不斷建設與加固，如同堅實的屏障，有效阻擋洪水并保護圩區內的農田、村落和各類基礎設施，極大地減輕洪水災害對農業生產和民眾日常生活的負面影響。

在排澇方面，當涂縣通過新建和改造排澇泵站、徹底疏通排澇溝渠等一系列舉措，顯著提升了圩區的排澇效能。即便遭遇暴雨等極端天氣，也能迅速排除田間積水，有效降低內澇風險，確保農作物健康生長。在抗旱方面，圩區的灌溉保證率達到了80%，而山丘區也達到了75%。為實現這一目標，當涂縣積極修建水庫、塘壩，實施引水工程，并不斷完善灌溉渠道等水利設施，為農田提供穩定可靠的灌溉水源，增強抗旱能力。即使在干旱季節，農作物也能得到充足的水分滋養，保障農業生產的持續穩定發展。然而，隨著氣候變化的加劇和農業生產需求的不斷增長，傳統的農田水利工程管理模式已難以適應現代農業的發展步伐。因此，當涂縣正積極探索引入智能化系統，為農田水利工程的發展探索出了新的發展方向。

2 智能化系統的關鍵技術

2.1 傳感器技術

通過在農田中布設各類傳感器，實時捕捉土壤濕度、溫度、養分含量以及氣象參數等關鍵信息，為灌溉決策提供精準的數據支撐。具體而言，高精度土壤濕度傳感器能夠監測土壤0～50 cm內的含水量，其測量精度高達±3%，確保數據的準確性。這些傳感器每隔10分鐘便會將數據傳送至控制中心，使得灌溉決策能夠依據最新、最精確的土壤濕度信息進行調整。同時，氣象傳感器的溫度測量范圍覆蓋-40～60℃，濕度測量范圍則為0%～100%RH，風速測量范圍可達0～60 m/s，降雨量測量范圍為0～200 mm/h。

這些氣象傳感器每15 min將數據上傳至系統平臺，通過對這些數據的深入分析，系統能夠預測未來24 h或7 d的天氣變化情況，從而確保作物能夠獲得適時、適量的灌溉[1]。

2.2 智能控制技術

智能灌溉系統運用模糊控制、神經網絡控制等先進的智能算法，依據實時的土壤溫濕度、氣象數據等信息，自動調節灌溉的水量和時間，以確保農作物在各生長階段均能得到恰當的水分滋養。數據顯示，智能灌溉系統的實施使得水分利用效率提升了大約20%，并且作物產量也隨之增長了10%～15%。另外，智能控制技術也被應用于水利工程設施的管控中，比如實現泵站的自動化運行、閘門的遠程操控等，從而有效增強了設施的運行效率和安全性能[2]。

2.3 地理信息系統與遙感技術

通過建立農田水利工程地理信息系統（GIS）平臺，實現農田、灌溉渠道、泵站等設施的空間位置與屬性信息的數字化管理。具體而言，該平臺整合了農田的地塊信息、灌溉渠道的網絡布局及泵站的技術參數等，使得管理人員能夠便捷地進行工程布局的優化與資源的合理調配。此外，遙感技術以其快速、大范圍的監測能力，利用衛星遙感影像進行定期分析，可以迅速獲取農作物的生長狀況、土壤濕度的實時分布以及灌溉用水的動態情況等信息，為實施精準灌溉提供可靠的數據依據。

3 智能化系統應用的案例分析

3.1 在智能灌溉系統中的應用

智能灌溉技術融合了傳感器、物聯網與智能控制技術，實現農田灌溉的精確調控與自動化管理。浙江省湖州市南潯區作為全國農業水價綜合改革與現代化灌區建設的先行試點，對農田水利灌溉設施進行了大規模的智能化升級。截至目前，已提升改造農村機埠超過1 000座，這些機埠均配備智能電表、流量計等先進設備，實現用水的在線計量與實時監控。同時，南潯區鋪設數百公里的低壓灌溉管道，每隔15～20 m設置一個閥門，替代了傳統的“U形渠”灌溉方式，全面實現精準低壓管道灌溉，顯著提高灌溉水的利用效率。

智能化精準灌溉技術的應用，使南潯區的灌溉水有效利用系數從較低水平躍升至2023年的0.634，接近發達國家的0.7水平。過去6年間，共節約用水約

2億m3，平均節水率達到13%。此外，精確的灌溉控制為農作物提供適宜的水分條件，改善其生長環境，降低因水分不足導致的減產風險，從而提高農作物的產量和品質。智能化精準灌溉還使得灌溉費用降低了10%～15%，有效降低農業生產成本，提升農業生產的經濟效益。在南潯區，放水員可以通過泵機在線監控系統的大屏幕實時查看各機埠的灌水排水情況，遠程操控機埠開關，實現一鍵式的灌溉和排水管理。這種智能化的管理模式提高農業生產的科技含量和管理水平，促進了農業產業結構的優化升級，為農業現代化的發展奠定堅實的基礎[3]。

甘肅金昌一冶農場，坐落于甘肅省金昌市，以小麥、玉米、娃娃菜等農作物種植為主。傳統灌溉方式依賴人工，勞動強度大，水資源浪費嚴重，土壤墑情難以掌控，作物產量受影響。為解此難題，旭瑞智能引入智能電動球閥灌溉方案，覆蓋農場20余hm2土地。該方案集傳感器、物聯網、人工智能技術于一體，提供單控、定時、定量、輪巡四種灌溉模式，實現灌溉智能化。智能電動球閥具備高度穩定性、精準灌溉、節能環保及數字化控制等特點。該智能電動球閥具備IP67級高級防護，采用耐用UPVC材料打造，其開閥比例可靈活調節，實現水壓的精準控制，融入高效節能技術，有效降低能耗。同時，支持手機APP遠程操控，可以隨時隨地輕松管理灌溉事務。

數據分析顯示，智能電動球閥節水效果顯著，相比傳統方式節水30%以上。灌溉效率大幅提升，自動化、智能化管理降低人工勞作強度。作物產量與品質得到提升，土壤墑情穩定，滿足作物生長需求。經濟效益方面，降低灌溉成本，提高作物產量和品質，增加農場收益，同時降低環境成本，實現雙贏。甘肅金昌一冶農場的智能電動球閥應用案例，充分展示智能灌溉系統的優勢。隨著技術進步和應用范圍擴大，智能灌溉系統將在農業現代化發展中發揮更重要作用。

3.2 在水情監測與預警中的應用

測雨雷達作為監測降雨的關鍵工具，能夠實時掃描降雨云體，獲取降雨的強度和分布等詳盡信息。四川省首部水利測雨雷達已建成并投入使用，它被安裝在高山之上，24 h不間斷地掃描半徑45 km內的降雨云體，并將獲取的反射信號及時傳輸至防汛值班室。通過對雷達回波數據的深入分析，可以精確確定降雨的位置和強度，并提前預測降雨趨勢，為中小河流洪水預警提供更為精確的降雨數據支撐。在蘆山縣的一次山洪預警實踐中，水利測雨雷達成功探測到周邊地區強對流云團的生成，并準確監測到蘆陽街道白虎鷹溝上游無人區出現強烈回波，估算出小時雨量可達100 mm左右，為及時發布山洪預警提供關鍵信息。

地面雨量站和水文站是水情監測的基礎設施，它們能夠直接測量降雨量、水位、流量等核心水情參數。通過自動化的數據采集設備，這些站點能夠實時采集水情數據，并通過通信網絡將數據傳送至監測中心。地面站點的數據為水情分析提供了直接依據，與氣象衛星和測雨雷達的數據相互補充，共同構成了“空天地”一體化的數據采集網絡，顯著提升了水情監測的精度和可靠性。這一網絡實現了對中小河流降雨、水位、流量等水情信息的全方位、實時監測。氣象衛星、測雨雷達和地面站點的數據相互融合，使我們能夠更全面地了解水情變化情況，及時發現潛在的水情風險，為中小河流的防洪減災工作提供有力保障[4]。

3.3 智能化系統在農田水利工程中的應用措施

在智能化水利工程建設方面，工程人員需緊密結合當地農業發展技術實際，全面深入分析適合本地作物的灌溉需求，并據此進行科學合理的統籌規劃，精心部署智能化水利工程系統。同時，結合現有的灌溉技術和設備，制定高效、實用的節水灌溉標準。針對不同農作物，應采用最適宜的灌溉技術，并明確具體的標準用水量。通過建設一批示范性工程，為后續的大規模應用提供生動范例，不斷積累技術和管理經驗。在此過程中，將不斷完善智能化系統及其管理標準，為農田水利工程的持續、智能化發展提供有力支撐。

4 智能化系統在農田水利中的優勢

4.1 提高水資源利用效率

傳統的農田水利灌溉方式往往缺乏精確控制，容易造成水資源的大量浪費。而智能化系統則通過實時監測土壤濕度、氣象條件等關鍵要素，精準計算出作物的實際需水量，從而實現精準灌溉。眾多研究和實際應用案例均顯示，智能化灌溉系統相較于傳統灌溉方式，節水效果顯著，可節省水量高達30%～50%。通過應用智能化滴灌系統，能夠根據土壤的具體水分狀況和作物的生長需求，將水分精確輸送至作物根部，有效減少水分的蒸發和滲漏，極大地提高水資源的利用效率，使得有限的水資源能夠發揮出更大的作用和價值。

4.2 增加農作物產量和質量

智能化系統能夠為農作物提供更為適宜的水分、養分及環境條件。通過精確的灌溉和施肥控制，確保作物在各個生長階段都能獲取到既充足又適量的水分和養分，有效避免因水分或養分不足、過量而對作物生長產生的不利影響。同時，系統能夠實時監測并調節農田的環境參數，包括溫度、濕度和光照等，為作物營造一個優越的生長環境，有力促進作物的健康成長。實踐表明，采用智能化農田水利系統后，農作物產量實現了10%～20%的提升，而且農產品的品質也得到顯著改善，如水果的甜度增加、色澤更鮮亮、口感更佳，糧食作物的籽粒也更加飽滿[5]。

4.3 降低生產成本

智能化系統憑借其自動化和智能特性，大幅減少了人工干預的需求，有效降低人力成本支出。以往傳統灌溉方式需要人工定時操作灌溉設備的開關，而智能化系統則能依據預設條件自動進行灌溉管理，無須人員值守。同時，系統實現的精準灌溉和施肥，避免水資源和肥料的無謂浪費，顯著節約資源成本。此外，系統還具備實時監測和智能預警功能，能夠迅速發現農田水利設施的潛在故障和問題，便于提前采取維護和修復措施，有效減少因設備損壞而產生的維修費用及生產損失，進一步提升農田水利設施的運行效率和使用年限。

4.4 增強農業抗災能力

智能化系統能夠實時追蹤氣象動態、水位波動等信息，對干旱、洪澇、臺風等自然災害進行提前預判，并及時發出預警信號。管理人員可依據系統提供的預警信息，在災害來臨前采取必要的防范措施，比如提前蓄積水源、加固水利工程設施、優化灌溉與排水計劃等，以減輕災害對農業生產的沖擊。在災害發生時，系統還能利用遠程控制功能，迅速調整水利設施的工作狀態，確保農田的排水和灌溉需求得到滿足，最大限度降低災害造成的損失，從而增強農業的防災抗災能力和穩定性[6]。

4.5 促進農業可持續發展

智能化系統憑借精確的資源調控與科學的決策支持，有效遏制對水資源、肥料等農業資源的過度開采與浪費，減輕農業生產對環境的負擔。通過精準施肥技術，減少肥料的無謂流失，降低對土壤和水體的污染風險，有力保護土壤生態和水資源安全。同時，合理的灌溉策略避免過度灌溉所引發的土壤鹽堿化、水土流失等問題。此外，智能化系統的廣泛應用，還促進農業生產方式的轉型升級，推動傳統粗放型農業向現代化、精細化、智能化的方向發展，為實現農業的可持續發展奠定堅實基礎。

5 結論

智能化系統能夠提高農業生產效率、節約水資源、改善生態環境，為當涂縣的農業現代化發展提供有力支持。然而，在應用過程中也面臨著技術成本高、維護難度大、數據安全與隱私問題、農民接受程度低等挑戰。未來，當涂縣應加強技術研發與創新、完善技術服務體系、加強數據安全與隱私保護、推動智能化系統與農業產業融合發展、加強政策支持與引導，進一步提高智能化系統在農田水利工程中的應用水平，為其他地區的農田水利工程智能化建設提供有益借鑒。

參考文獻

[1] 袁彥偉.智能化農田水利系統的設計與應用研究[J].糧油與飼料科技，2024（8）：189-191.

[2] 姚昌琴.智能化管理系統在灌溉渠道農田水利中的應用[J].河北農機，2023（24）：57-59.

[3] 佚名.水利工程建設智能化管理系統關鍵技術研究與推廣應用[J].江蘇水利，2024（1）：6.

[4] 張力，湯浩.現代農田水利灌溉系統智能化設計與實施策略研究[J].南方農機，2024，55（24）：162-164.

[5] 賴永彪.廉江市農田水利基礎設施建設和管理研究[D].湛江：廣東海洋大學，2021.

[6] 沈靜靜.高標準農田建后管護困境研究[D].合肥：安徽財經大學，2023.