自动化技术在新疆地区棉花滴灌中的推广与应用——以沙湾县金沟河镇自动化滴灌工程为例

陈子牛

(新疆沙湾县水利局，新疆沙湾832100)

农业作为新疆的基础产业，其自动化技术的发展，其重要性可谓是整个新疆经济发展的动脉;是实现高投入、高产出的集约经营和新疆农业现代化必经途径之一。充分利用新型实用的农业现代化技术—棉花膜下滴灌自动化控制，该项技术是我们在原膜下滴灌应用技术的基础上，结合气象技术的应用，植保和田间土壤测水测肥自测监测系统，运用现代信息产业、自动化控制技术与农业生产相结合的科学成果。此项技术在新疆沙湾县金沟河镇兴奋村140 hm2自动化滴灌工程的应用效果显著，是农业自动化技术的良好示范。

1 自动化控制技术示范项目概况

沙湾县金沟河镇兴奋村自动化滴灌工程位于金沟河镇兴奋村以东的农田，地块以北临近乌伊公路，以南紧贴宋圣宫火车站及铁路。地块设计流量320 m3/h，过滤器设计出口压力0.38 MPa，灌溉面积140 hm2。出水桩上安装电磁阀，由中央监控站进行无线控制，对站内电磁阀进行开、关管理。

2 棉田膜下滴灌自动化技术的特点

自动化滴灌工程的应用既节约了人力，是一项实用的、高科学的新型技术。有以下两个方面的特点。

2.1 应用协调

主要表现于:农业措施应用和长短支管轮灌方式、灌水管理方便的优点，也就是农业措施与系统水力学设计应用协调。

2.2 选择合理

体现在2个方面:①体现于系统灌溉设备的选择上。在结合现有作物种植模式、土壤的基础上，科学使用各种灌溉设备，把已经使用的滴溉系统实施改进，进一步降低了自控的投入;②表现在首部自控设备的选择上，首部控制配置设备合理，主要有超声波电磁流量计、变频柜、立式离心泵、灌溉操作控制触摸屏、自吸式自动化过滤器等，提高了系统的安全运行，把工程投入降低到了最大限度。此外，设备的合理配置，还把自控设备与系统的整体性能充分发挥出来，最后，设备的合理选择，给已进行了自动化控制设备应用的地块高产作了保障。

3 滴灌系统布置方法

3.1 田间总体布置

本项目采用有压膜下灌技术，根据机井分布和可供水量情况，布设1个灌溉系统。首部控制一独立灌溉系统，系统首部设过滤、施肥、量测设备;地面均采用PE薄壁支管+毛管布置方式，田间管道由地埋主干管—分干管—给水栓和地面支管—毛管组成。系统地埋主、分干管，均采用 PVC (0.4Mpa)管;地面铺设支管采用Ф75薄壁(0.25 MPa)PE管，辅管采用Ф40PE管，毛管采用16—400—1.8型单翼迷宫式滴灌带。综合考虑地块、可供水源，灌溉周期、所选用滴灌带技术参数，根据规范对滴灌质量要求的有关规定，经过水力计算，确定毛管双向布置，布置长度逆坡≤80 m，顺坡≤100 m，根据当地种植模式:棉花种植行距为(15+40+15+ 40+15)+55 cm，1膜6行，确定滴灌带铺设为1膜2管6行。

3.2 管网布置

管网布置包括:主干管—分干管—出地管—支管—毛管布置。干管、分干管质材为硬质聚氯乙烯管，干管未端处设排水井，在管道弯头和三通的节点处设混凝土镇墩，干管平均埋深0.8 m;支管垂直种植作物方向布置，材质为PE管，地面铺设，布置形式为长短支管，布置最大长度按≤120 m、最大间距按≤150 m控制，支管尾部采用人工绑扎;沿种植方向布置，本设计选用一膜两管的布置形式，膜下管滴孔流量为1.8 L/h，滴孔间距为0.4 m。滴灌带以支管为中心双向铺设，利用按扣和三通连接，为确保灌水均匀度在95%，毛管铺设长度按顺坡≤80 m，逆坡≤100 m控制。

3.3 田间自控技术要求

本项目根据滴灌带的滴头流量大小、间距长度，进行配备稳流按扣三通，使流量分布均匀有保证。自控系统的田间，使用用GSM短信控制器替代电缆线传输信号，使成本投入大为降低。通过湿度传感器测定出土壤中的水分含量;由计算机发送指令给GSM短信控制装置，指挥电磁阀自动开启实施灌水。田间中断器、解码器，是通过信号控制电磁阀的开关，反馈信号到首部控制操作台。气象信息实时监测系统。农业气象信息实时监测系统是以微型计算机技术为核心，集传感器技术、GPRS组网技术、WEB互联技术以及数据资料管理为一体的农业气象信息采集处理系统。该监测系统由温度、湿度、气压、风速、风向、降雨量、太阳辐射、土壤温度/湿度、叶面温度传感器、数据采集器、RAM存储器(或存储卡)TC－7500无线调制解调器、太阳能电池板和后备电池组成。

3.4 自控首部技术要求

在此工程中增压泵结构采用四级电机转递1 480转/min，直联式单级离心泵(无联轴)，这种设备抗汽蚀性好，自吸性强。采用自动化控制后，系统水源为渠水灌溉，必须有首部自动灌溉器，沉沙池容积以配水量和灌溉面积的多少而定，具备四级过滤网，确保水质清洁。自动化控制，使用变频方式，保证用电高峰期的电压、电流的稳定，使水泵的操作过程期间能按照预设的程序额定流量正常工作，流量的稳定有保障。选用超声波电磁流量计，使滴灌种植户任何时候均可了解到灌水的流量、时间、累计水量及流速。做到计量公正、准确、透明公开灌溉。选用无石英沙的自吸式自动网式过滤器，水头损失控制在最少数量，并且过水截面大，稳定性也强。

4 滴灌自动化技术的应用效果

此工程自实施以来得到了良好的广泛应用效果:方便了系统的管理。自动化控制实施后，由中央监控站对田间192个电磁阀按设计轮灌制度进行灌溉，杜绝了人工开启阀门的随意性，方便了系统的管理;达到了节水效果。由于采用自动化控制灌溉，灌溉时间得以保证，从而使灌灌水量得到有效控制，达到了预期的节水效果;为滴灌模式下的不同土质的棉花各生育期需水量提供了科学依据。从推行滴灌开始，科研人员对滴灌模式下的不同土质的棉花各生育期需水量进行了大量的研究，但因为人为操作的随意性及滴溉时间、滴量及灌水周期的不确定性而无法拿出科学的依据。自动化控制的实施确保了滴灌时间、滴量及灌水周期，为滴灌模式下的不同土质的棉花各生育期需水提供了科学依据;提高了人工管理定额。由于滴灌系统运行是采用程序化管理，所有电磁阀的开启均由中央监控室统一管理，节省了大量的劳动力。实施自动化控制后，人工管理定额由原来的2 hm2地增加到6.67 hm2;增产明显。由于提高了灌水均匀度，棉花长势良好，有明显的增产性。

5 应用体会

兴奋村自动化滴灌工程是自动化控制系统在节水灌溉领域的应用和推广。膜下滴灌自动化控制系统，集成了棉田膜下滴灌技术和无线信号传输的优点:将膜下滴灌的手动阀门更换为电磁阀，杜绝了人为操作的随意性，节省了开启阀门的人力;用GSM短信控制器替代电缆线传输信号，使成本投入大为降低。通过湿度传感器测定出土壤中的水分含量;由计算机发送指令给GSM短信控制装置，指挥电磁阀自动开启实施灌水。工程中自动化控制系统的应用提升了现代化农业的档次，开创了农业发展新模式，实现了农业质的飞跃，在自治区内达到先进水平。

6 结语

沙湾县金沟河镇兴奋村自动化滴灌工程中采用的膜下滴灌技术与自动化应用技术的结合，把全天候棉花生长影像观测与自动土壤检测相结合，提高了水肥的利用率，实现了灌溉智能化。目前，自动化应用技术在新疆许多地区的广大农工中已渐渐得到接受，因此棉花的单产与总产也将会出现一个新的飞跃与突破，这将会让新疆地区的农业走上更高产与稳产的道路。

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