智能化管理系統(tǒng)在農(nóng)田水利灌溉中的應(yīng)用分析

中圖分類號 S274.2 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1007-7731(2025)17-0119-03

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.17.029

Application analysis of intelligent managementsystem in agricultural water conservancyirrigation

GU Rongping

(Management Ofce of Yuejin Main Canal in Minqin County，Wuwei 7333OO， China）

AbstractTo explore approaches for improving irrigation efciency and conserving water resources through intelligent technologies，therebypromotingthemodernizationof farmland waterconservancy，thedefinitionof this system was introduced，anditsapplication practiceof intelligent management system inagricultural water conservancy from theaspects of irrigation system，data detection，etcwasanalyzed.This system was anew type of management system based on modern information technologies such as the Internet of Things，big data，and cloud computing.The system was integrated with the irrigation system to automatically adjust theirigation amount，achieving precise irrigatinand eficientmanagement.Throughreal-timedatamonitoring andanalysis，farmland irigationdemands were predicted，andsientificand rationalirrigationplans were formulated toreduce water waste.Intellgent control improved theoperational effciencyandreliabilityof the irigation system.The constructionof smart irrigation districts enabled effcientallocationand inteligentregulationof waterresources，enhancing the modernization leveloffarmland water conservancy.This study provides areference forthedevelopmentofintellgent management system inagricultural water conservancy irrigation smart agriculture.

Keywordssmart agriculture; water resources; agricultural water conservancy; irrigation channels

灌溉渠道是農(nóng)田水利系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是將灌溉水輸送到農(nóng)田，確保農(nóng)作物得到充足的水分。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展與技術(shù)的進步，智能化管理系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了快速推廣與應(yīng)用。智能化管理系統(tǒng)為灌溉渠道的精準(zhǔn)控制和水資源的高效利用開辟了新的技術(shù)路徑，通過集成現(xiàn)代信息技術(shù)，實現(xiàn)了對灌溉過程的全面監(jiān)測和智能調(diào)控，提高了水資源利用效率。

相關(guān)學(xué)者對智能化灌溉技術(shù)展開了一系列研究，Mohammed等研究了一種應(yīng)用于農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的實時、全自動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）原型，能夠根據(jù)土壤濕度等自動調(diào)整灌溉策略，避免了水資源浪費。Jia等2研究了基于樹莓派(RaspberryPi)的嵌入式智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，提升了灌溉施肥系統(tǒng)的智能化水平，提高了灌溉水和肥料的利用效率。Sharifnasab等研究發(fā)現(xiàn)，在智能灌溉管理條件下，植物的敏感物候階段提前出現(xiàn)，使收獲時間提前了約30d，灌溉用水量節(jié)省了 35% 。李增煥等4構(gòu)建了基于B/S架構(gòu)的大型灌區(qū)通用智慧化灌溉系統(tǒng)，實施后較常規(guī)管理模式節(jié)水 15.3% 。付少華等設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動采集數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測控制、可視化等功能，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、響應(yīng)快，經(jīng)濟效益明顯提升。賀日升等設(shè)計了基于ARM的多流道明渠測流系統(tǒng)，能夠快速反映測流面水的流速分布情況，提高了明渠測流的準(zhǔn)確性和測流效率。相關(guān)研究和實踐經(jīng)驗為智能化灌溉系統(tǒng)的發(fā)展提供了參考。

本文介紹了智能化管理系統(tǒng)的基本內(nèi)涵，分析了智能化管理系統(tǒng)在灌溉渠道農(nóng)田水利中的應(yīng)用實踐，為智能化灌溉系統(tǒng)的研究與推廣提供參考。

1智能化管理系統(tǒng)的基本內(nèi)涵

智能化管理系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)的新型管理系統(tǒng)。其通過安裝在灌溉渠道上的傳感器、控制器等設(shè)備，實時采集灌溉過程中的各項數(shù)據(jù)，如土壤濕度、氣象條件、灌溉水量等，并通過數(shù)據(jù)分析、模型預(yù)測等手段，實現(xiàn)對灌溉渠道的精準(zhǔn)控制和高效管理。魏瑋等研究表明，大棚內(nèi)環(huán)境溫度和濕度較不穩(wěn)定，智慧農(nóng)業(yè)自動化灌溉技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對灌溉渠道的精準(zhǔn)調(diào)控，避免浪費，并確保作物獲得適量的水分。武開福研究表明，在小麥種植中引入智能化管理系統(tǒng)，其水分利用效率和產(chǎn)量均有所提升。利用智能化管理系統(tǒng)將現(xiàn)代信息技術(shù)與灌溉設(shè)備進行整合，實現(xiàn)了對灌溉渠道的精準(zhǔn)控制和高效管理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)注入了新的活力。

2在灌溉渠道農(nóng)田水利中的應(yīng)用

隨著智能化管理系統(tǒng)在灌溉農(nóng)田水利中的應(yīng)用日益廣泛和深入，智能化灌溉管理系統(tǒng)成為推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水增效的核心技術(shù)。其應(yīng)用主要包括精準(zhǔn)灌溉、數(shù)據(jù)監(jiān)測、智能控制等方面。

2.1 精準(zhǔn)、節(jié)水灌溉

智能灌溉系統(tǒng)通過傳感器、控制器和執(zhí)行器等設(shè)備，實時監(jiān)測土壤濕度、作物需水量等信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的灌溉策略自動調(diào)節(jié)灌溉量。例如，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會自動啟動灌溉設(shè)備進行精準(zhǔn)灌溉。趙慶建等研究了智能灌溉系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，并對其組成、信號采集與控制、網(wǎng)絡(luò)通信及后臺應(yīng)用進行了設(shè)計開發(fā)，該系統(tǒng)可實時采集王壤溫濕度等數(shù)據(jù)，下發(fā)地塊灌溉指令，實現(xiàn)了自動灌溉和精準(zhǔn)灌溉。孟繁超等0研究表明，智能灌溉施肥技術(shù)能將土壤含水率控制在設(shè)定范圍內(nèi)，較漫灌減少 35.9%～78.4% 的用水量，使番茄增產(chǎn) 2.6% 224.3% 。智能灌溉系統(tǒng)還可結(jié)合氣象預(yù)報信息，提前調(diào)整灌溉計劃，以應(yīng)對干旱或持續(xù)強降水等極端天氣條件。鄭文生通過集成與示范，形成了高效灌溉綜合技術(shù)模式，提高了灌溉水利用效率和糧食產(chǎn)量。

2.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測與智能控制

智能化管理系統(tǒng)通過部署在灌溉渠道中的傳感器（如土壤濕度傳感器、氣象傳感器、水位計、流量計等）攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實時監(jiān)測水位、流量、水質(zhì)、土壤濕度、氣象數(shù)據(jù)等關(guān)鍵參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)通過無線通信技術(shù)（如4G/5G、Wi-Fi、LoRa等）傳輸至云端或本地數(shù)據(jù)中心，進行存儲和分析。利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，可對海量數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析，揭示水資源的時空分布規(guī)律、變化趨勢及潛在風(fēng)險[12]。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析，可對未來一段時間內(nèi)農(nóng)田的灌溉需求進行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果制訂更加科學(xué)合理的灌溉計劃，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的灌溉管理策略，能夠減少水資源的浪費，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

建立遠(yuǎn)程監(jiān)測中心，配備顯示器、計算機工作站等設(shè)備，用于實時展示灌溉渠道的運行狀態(tài)、水質(zhì)情況、氣象信息等。監(jiān)測人員可通過移動終端設(shè)備隨時查看灌溉渠道的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對灌溉作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況或設(shè)備故障時，系統(tǒng)可以自動發(fā)出報警，并提示管理人員及時處理。田甜等3通過傳感測量、電氣控制等技術(shù)研發(fā)了可編程邏輯控制器(PLC)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的測控一體化閘門系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備高精度計量、穩(wěn)定啟閉運行等特點，實現(xiàn)了甘肅中型灌區(qū)明渠輸配水的遠(yuǎn)程監(jiān)測與智能控制。李科[14對甘城子中型揚水灌區(qū)現(xiàn)代化試點改造項目進行研究，該項目成功引入智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了灌溉渠道的遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能控制，極大提高了水資源利用率，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。遠(yuǎn)程監(jiān)測與智能控制能夠明顯提高灌溉系統(tǒng)的運行效率和可靠性，減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的灌溉中斷。此外，該系統(tǒng)還可以根據(jù)預(yù)設(shè)的灌溉策略自動調(diào)節(jié)灌溉設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能控制，進一步提升了水資源的利用效率。

2.3智慧灌區(qū)建設(shè)

智慧灌區(qū)通過現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)水利工程的深度融合，實現(xiàn)對水資源的高效配置、精準(zhǔn)管理和智能調(diào)控。智能化灌溉系統(tǒng)依托于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等前沿技術(shù)，提高灌溉效率、節(jié)約水資源，推動農(nóng)田水利工程的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展。在智慧灌區(qū)內(nèi)廣泛安裝傳感器、攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，形成覆蓋全面的信息感知網(wǎng)絡(luò)，實時收集土壤濕度、水質(zhì)參數(shù)、氣象數(shù)據(jù)等關(guān)鍵信息，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。智能化管理系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對收集到的海量數(shù)據(jù)進行深度挖掘與分析，結(jié)合作物生長模型，預(yù)測灌溉需求，制訂科學(xué)合理的灌溉方案，并通過云計算平臺進行遠(yuǎn)程監(jiān)測與集中管理。該系統(tǒng)可根據(jù)作物生長情況自動調(diào)整灌溉時間、水量及方式，確保作物在最佳生長條件下得到充足而不過量的水分供應(yīng)。王茹[15研究了汾河灌區(qū)的智慧灌區(qū)建設(shè)情況，通過對調(diào)度中心、信息中心及基層分中心、分控中心等進行升級改造，引入智能感知網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析與決策支持系統(tǒng)等技術(shù)，實現(xiàn)了對灌區(qū)水資源的精準(zhǔn)管理和智能調(diào)控；王超群分析了疏勒河數(shù)字孿生灌區(qū)的建設(shè)實踐，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于水利管理，構(gòu)建高精度數(shù)字孿生平臺，解決了數(shù)據(jù)共享不及時、數(shù)字化模型構(gòu)建不全面等問題，提升了水利管理的智能化水平。智慧灌區(qū)建設(shè)能夠提高水資源的利用效率，減少水資源浪費，同時提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)；其能更好地適應(yīng)氣候變化和極端天氣條件，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

3結(jié)語

將智能化管理系統(tǒng)應(yīng)用于灌溉渠道農(nóng)田水利中，為提高水資源利用效率、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了重要支持。通過實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和智能調(diào)控等手段，該系統(tǒng)可制訂更加科學(xué)合理的灌溉計劃和水資源分配方案，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化管理系統(tǒng)在農(nóng)田水利領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。

綜上，本文介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算的智能化管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與灌溉系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)灌溉量、精準(zhǔn)灌溉與高效管理;通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，預(yù)測灌溉需求并制定科學(xué)計劃，減少水資源浪費；智能控制提高了系統(tǒng)運行效率與可靠性，智慧灌區(qū)建設(shè)實現(xiàn)了水資源高效配置與智能調(diào)控，為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

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(責(zé)任編輯：李媛)