摘要：農業(yè)的迅速發(fā)展使農業(yè)用水量越來(lái)越大，然而我國水資源嚴重不足，而傳統農業(yè)灌溉方式對水的有效利用率較低導致大量浪費水資源，發(fā)展節水灌溉迫在眉睫。本文提出了一種節水灌溉自動(dòng)控制系統的設計方案，該方案投資相對較小，既可一定程度實(shí)現農業(yè)灌溉自動(dòng)化，又能*大程度地利用水資源。
隨著(zhù)中國農業(yè)的迅速發(fā)展，農業(yè)用水量越來(lái)越大，然而我國水資源嚴重不足，且傳統農業(yè)灌溉方式對水的有效利用率僅在 45% 左右而導致水資源的大量浪費。所以，現階段不合理的傳統農業(yè)灌溉方式急需改變，發(fā)展節水灌溉，節約水資源。節水灌溉，是遵循農作物在不同生長(cháng)發(fā)育階段對水資源需求不同的客觀(guān)規律，進(jìn)行適時(shí)適量灌溉，盡可能少地利用水資源而盡可能多地獲得農作物產(chǎn)出的一種新型灌溉模式。本文提出了一種節水灌溉自動(dòng)控制系統的設計方案，該方案投資相對較小，既可一定程度實(shí)現農業(yè)灌溉自動(dòng)化，又能*大程度地利用水資源。
1 系統硬件設計
本系統主要通過(guò)監測稻田等灌溉區的土壤含水量，由系統判別何時(shí)灌溉多大程度的水，進(jìn)而節省稻田等灌溉區的用水量，從而提高水資源的利用率。系統主要由一個(gè)中央泵房、若干個(gè)灌溉小區和若干米的干渠及支渠組成。它的控制系統由中央計算機遠程控制若干臺水泵和相應的閥門(mén)，同時(shí)對灌溉區的若干臺儀表進(jìn)行數據采集，再由系統進(jìn)行相應處理，達到自動(dòng)控制節水灌溉系統的效果。
本系統采用由中央控制主機、對應的現場(chǎng)控制單元、若干個(gè)傳感器以及 RS-485 通訊線(xiàn)等組成的具有三級結構的集散型操作和控制系統，如圖 1 所示。該系統可以同時(shí)監測和控制若干個(gè)灌溉小區農作物的生長(cháng)水分狀況。其中中央控制級由一臺計算機構成，它的主要任務(wù)是控制灌溉小區的各種儀表；中間控制級由現場(chǎng)服務(wù)器構成，它主要承擔各個(gè)儀表和中央控制級計算機之間的通訊任務(wù)；在系統控制的各個(gè)灌溉小區，就地控制級由一套現場(chǎng)控制單元構成，其作用是存貯和預處理所采集到的數據，并且起到對現場(chǎng)水泵動(dòng)作和電動(dòng)閘閥實(shí)現控制的作用。經(jīng)過(guò)實(shí)際運行，結果表明本系統的硬件設計符合節水灌溉自動(dòng)控制系統的設計要求，性能穩定、施工簡(jiǎn)便、易于擴充、功能完善、性?xún)r(jià)比高。
2 系統數據采集
2.1 田間墑情采集
田間墑情采集主要是測定田間土壤的水分。采用探頭式土壤水分計來(lái)測量旱作物和低水分段；而采用探頭式土壤水分計測量高水分段，明顯精度不夠，所以要進(jìn)行試驗以建立淺層地下水埋深和稻田等灌溉區土壤水分的關(guān)系曲線(xiàn)。根據田間土壤的水分含量，系統根據不同農作物的需水量判定是否需要灌溉。
2.2 雨水利用與雨量觀(guān)測
充分地利用雨水，可以降低成本、節省水資源、減少灌水量，可以利用水質(zhì)好、污染少的雨水促進(jìn)作物生長(cháng)而增加農業(yè)產(chǎn)量，提高農產(chǎn)品質(zhì)量，是發(fā)展節水灌溉的重要環(huán)節。系統通過(guò)對雨水量的檢測，根據實(shí)際情況適時(shí)適量地對不同農作物進(jìn)行灌溉。
2.3 河、渠水位測量
河、渠水位的高低，是系統自動(dòng)判定是否需要對灌區內農作物進(jìn)行灌溉的重要條件。本系統主要采用由精密電阻和干簧管組成的浮球式磁感應水位傳感器對河、渠水位的高低進(jìn)行測量，然后系統根據河、渠水位的高低適時(shí)適量地對不同農作物進(jìn)行灌溉。經(jīng)過(guò)實(shí)際運用，效果良好。
2.4 計量供水
系統主要在泵站、渠系、田間這三個(gè)地方設置了兩種不同的水量計量設備。在泵站主要采用的是管道流量計；而在渠系和田間主要采用的是由帶遠傳磁翻板液位計、長(cháng)喉道量水槽、流量積算儀等部分組成的數字式長(cháng)喉道明渠量水計。實(shí)際測試表明，泵站所采用的管道流量計、渠系和田間所采用的數字式長(cháng)喉道明渠量水計，能滿(mǎn)足灌溉區域各種情況的量水精度要求，從而使節水灌溉自動(dòng)控制系統根據實(shí)際情況適時(shí)適量地對不同農作物進(jìn)行灌溉實(shí)現節水。
3 系統軟件設計
3.1 管理子系統
系統管理系統主要采用 Visual Basic 語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，共分為 4 個(gè)子系統：泵房管理子系統的功能是通過(guò)實(shí)時(shí)監測降雨量等數據控制水泵；土壤監測子系統記錄土壤的狀態(tài)，同時(shí)反映出田地對水的需求量，從而實(shí)現對土壤的監測；閘門(mén)控制子系統的功能是控制每個(gè)灌溉小區（每塊田地）閥門(mén)的開(kāi)關(guān)；數據庫管理子系統的作用是對各種采集過(guò)來(lái)的數據進(jìn)行處理，以曲線(xiàn)圖或柱狀圖顯示出來(lái)供用戶(hù)查看。
3.2 系統功能模塊
灌區用水自動(dòng)化管理系統分為 10 個(gè)功能模塊：泵站控制模塊主要實(shí)現灌區內大型泵站的計算機遠程控制操作；雨量采集模塊用于實(shí)時(shí)采集灌區內的降雨量；電量采集模塊主要完成灌區泵站用電的計量；閘門(mén)控制模塊主要是對灌區內的支渠閘門(mén)實(shí)現開(kāi)啟操作；稻田水位采集模塊主要用于測量灌區土壤水分；河水位和蓄水池水位采集模塊用于采集河流和蓄水池的水位；瞬時(shí)流量和累計流量采集模塊分別對各泵站和各閘門(mén)水口的瞬時(shí)流量和累計流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；關(guān)鍵設備運行檢測報警模塊可以保證整個(gè)系統能可靠、安全、不間斷地長(cháng)時(shí)間工作；數據庫查詢(xún)統計模塊主要用于記錄泵站的工作狀況以及統計灌區的用水量、水位水情等各類(lèi)信息；通信模塊主要用于系統各設備之間的通訊。
4 結語(yǔ)
通過(guò)對本文提出的節水灌溉自動(dòng)控制系統的實(shí)際運行，可見(jiàn)該系統性能穩定、結構簡(jiǎn)單、對操作員要求低，可比較全依據農作物的需水狀況進(jìn)行灌溉，節約成本，較為有效地實(shí)現了節水灌溉。