济宁市无井房智能灌溉系统的推广与应用

何 昆 ，张 梅 ，张海腾 ，赵跃伦 ，刘 鹏

（1.山东省济宁市水利局，272019，济宁；2.山东省济宁市国土资源局，272001，济宁）

山东省济宁市位于鲁西南腹地，地处黄淮海平原与鲁中南山地交接地带，全市现辖任城区、兖州区、曲阜市、泗水县等 11个县（市、区），拥有太白湖新区、济宁经济技术开发区和1处济宁国家高新技术开发区、1处省级自然保护区、1处国家农业科技园区。济宁市土地总面积11 187 km2，其中农用地7 748 km2，占总面积的69.26%；耕地面积 6 092.35 km2，占农用地面积的78.63%；水利设施用地181.81 km2，占农用地的2.35%。多年平均年降雨量为694.7 mm，多年平均水资源总量为46亿m3（其中地下水资源量17.7亿m3），人均占有水资源量558 m3，仅相当于全国平均水平的1/4，远低于联合国制定的人均占有水资源1000m3的水危机区标准。随着全市经济社会的快速发展，水资源供需形势严峻，按照习总书记提出的“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期治水思路，坚持和落实节水优先方针，大力发展节水灌溉成为济宁市缓解水资源供需矛盾的必然选择。

一、济宁市农业节水灌溉现状

济宁市的农业灌溉用水占全市总用水量的78%以上，农业是第一用水大户，也是节水最具潜力的行业。多年来，济宁市立足水资源供需矛盾不断加剧的实际，坚持把节水灌溉当作一项革命性措施来抓，因地制宜，在经济条件较好、规模化经营程度较高的地方推广喷灌，在果树、高效经济作物、大棚等种植面积区推广滴灌、微灌、小管出流系统，在渠灌区实施渠道防渗和渠系建筑物配套建设，在井灌区发展无井房智能灌溉系统。全市综合灌溉水利用系数达到0.63，2013年年底有效灌溉面积达到468470hm2，占耕地面积的76.7%，节水灌溉面积达到264 330 hm2，占有效灌溉面积的52.6%，其中无井房智能灌溉面积47 730 hm2。

二、无井房智能灌溉系统在济宁市的应用情况

1.无井房智能灌溉系统的推广使用过程

近年推广使用的无井房智能灌溉系统，即机井周围不需再搭建井房，将管道输水灌溉系统和射频IC卡灌溉控制系统有机结合，实现灌溉用水智能控制、水量水费自动计量及水费预交等功能。其中管道输水灌溉系统包括水源与取水工程、输配水管网系统和田间灌水系统。水源与取水工程除机井和适宜的机泵外，还应安装压力表等；输配水管网系统指PVC管道输水灌溉系统中的干管、支管、分支管等多级管道，以及分水设施、保护设施和其他附属设施；田间灌水系统是节水灌溉的重要部分，指分水口以下的田间部分，灌溉田块应进行平整，畦田长宽适宜。射频IC卡灌溉控制系统包括控制器、管理机和射频IC卡三部分，控制器采用脉冲水表来计量控制机井水泵供水，管理机完成对用户的供水写卡、信息管理功能，射频IC卡作为信息传输的介质在下位机实现水泵的开启及关闭、水量计量等控制功能，在上位机实现购水、查询、统计等管理功能。用户在控制器上刷卡，控制器按用户所购水量启泵抽水灌溉、自动计量用水量、再次刷卡或无费自动停机终止抽水。

济宁市在井灌区最初使用井房式机井直接启动灌溉方式，2009年全国小农水重点县项目实施后，济宁市抢抓机遇积极参加竞争立项，在山东省率先实现了所辖县市区小农水重点县建设全覆盖。在此基础上，2010年首选兖州区、汶上县井灌区进行了无井房智能灌溉系统试点。最初计划是在井房内部配电系统上加装IC卡控制系统，以实现对灌溉的计量，在应用过程中由于基层水利人员和农民群众普遍认为机井房投资较高、占地较多，且门窗和机电设备易盗，不易管理，因此设计中取消井房，将逆止阀、安全阀等安装在地下，地上安装IC卡控制器。但因部分设备位于地下不便于检修，建设中逐步将地下式改为现在的半地下式，由直径1.4 m的预制高强度钢筋混凝土管代替原井房，露出地面约0.7 m，上部为钢筋混凝土盖板，设置检修孔，并安装防盗锁。逆止阀、安全阀、水表等设备安装在混凝土管内部，考虑到保护控制系统，IC卡控制系统也安装在内部。2013年年底全市应用无井房智能控制灌溉系统达到灌溉面积71.6万亩（15 亩=1hm2，下同），其中，面积较大的主要有兖州区14.24万亩、任城区10.99万亩、汶上县10.9万亩。

2.无井房智能灌溉系统的优点

该灌溉系统不仅能减少劳动量，更重要的是可统筹调配当地水资源，实现水资源管理的科学化、规范化、节约化，结合灌溉系统的分布准确、定时、定量控制，达到了计划用水、节约用水的目的。

（1）节水节电，省时省力省钱

以往农田灌溉时，农户需携带水泵、泵管、电缆等设备，自己安装潜水泵，并由村电工到现场进行供电调试，仅仅安装潜水泵就要3个壮劳力半天时间，灌溉完成后还要收回自家设备，下次灌溉时再重新安装。由于种植需求，一户平均每年要灌溉5次以上。没有电的地块更麻烦，农户需要携带柴油机、发电机等，费工、费时、不安全。采用无井房智能灌溉系统后，只要拿着一张卡片，打开出水口，在射频控制器上轻轻一刷就能浇地，家庭妇女、老人也能完成，使用方便、快捷、安全，壮劳力也可以安心在外务工。该灌溉系统投资约为1 000元/亩，与传统的井房式灌溉系统相比，约节省投资150元/亩。由于将用水量与农民自身利益直接挂钩，大大调动了农民节水积极性，原来灌溉一亩需要2～3个小时，需灌溉水70 m3左右，使用该灌溉系统后，灌溉一亩地仅需1个小时，仅需灌溉水50 m3左右，年均节水120 m3/亩，节电约20 kWh，灌溉成本每亩由原来的20～30元降低到现在的10元左右，大大减轻了农民负担，节约了地下水资源，实现了良性循环和可持续发展。济宁市任城区老百姓在用上了无井房智能灌溉系统后，编出了顺口溜：“妇女刷卡来浇田，腾出劳力去挣钱，省钱省力又安全，感谢政府送甘泉”，充分反映了农民群众对该灌溉系统的欢迎和肯定。

（2）计量精确，运行安全可靠

原来灌溉采取的是电表计量或者按时收费的计量模式，先使用后交费。无井房智能灌溉系统采用的是非接触式高频触发磁卡控制技术，一个控制器可供多个IC卡用户使用，计量准确，计量电量精确到0.01 kWh，计量时间精确到秒。使用过程中自动扣减费用，动态显示卡消费金额和卡内余额，一目了然，群众易于接受。IC射频卡采用先进加密技术，使用安全。运行过程中，自动启动装置能够配合机器，实现水泵的自动控制，并对水泵的缺相、欠压、过压、过流以及其他不正常运行随时检测，确保水泵安全运行，较原来直接启动机井延长了机电设备的使用寿命。

（3）减少占地，密切干群关系

无井房智能灌溉系统与传统的机井房明渠灌溉系统相比，减少了井房占地，节省了明渠占地，原来井房及出水池占地约16 m2，现在的一眼井保护装置和射频控制器占地不足2 m2，每2 000亩可节约耕地1亩，节地率约0.5‰。该系统中PVC管道铺设于地下，与传统的明渠灌溉相比节省了渠道占地，节地率达1.2%左右，同时解决了渠道渗漏问题，改用管道输水灌溉后比土渠灌溉节水40%。该系统采用预收费方式，收费标准公开，较以前更公平合理，较好地解决了村干部频繁催交水费及因收费计量失真经常发生纠纷等突出问题，对密切农村干群关系、建设和谐社会具有重要意义。

3.无井房智能灌溉系统的缺点

该系统的主要缺点是控制系统损坏后维修不便。IC卡控制系统目前有两种安装方式：安装在混凝土保护装置外部，但是控制器容易被人为损坏，特别是机芯容易被盗；安装在混凝土保护装置内部，虽然安全防盗但是机芯容易受潮出现故障。一旦设备损毁出现问题，因射频控制器科技含量较高，用户无法自行维修，需供货商派专业人员维修，等待时间较长。

三、推广应用前景展望

水资源短缺和浪费并存是我国北方农业水危机的主要特征，一方面农业供水因水资源短缺难以增加，而工业和城市的发展进一步削减了农业用水；另一方面农业水资源严重浪费，有很大的节水潜力。济宁市机井灌溉是农业灌溉的主要形式之一，现有农用机电井11.66万眼，井灌面积达430万亩，大部分农用灌溉机井没有安装该系统，仍然沿袭按亩或按电度收取水费方式，由于灌溉电费与用水量没有直接挂钩，造成农民节水意识不强，存在大水沟漫灌现象，造成水资源浪费、地下水水位下降形成漏斗区等水环境问题。该系统集水量计量、收费管理、控制于一体，特别适用于农用机井节水灌溉控制管理，随着现代化灌溉控制技术的提高，可以预测将具有较好的应用前景。

1.大力推广应用

采用“动静”结合方式加大使用宣传力度。“动”就是制作节水灌溉宣传片，宣传片力求紧贴济宁市节水工作实际，大力宣传节水知识及灌溉项目区成效，制作应图像清新、声音浑厚，乐于群众收听收看；“静”就是制作宣传画册，书写济宁市水资源现状、节水措施及成效等，文字力求通俗易懂，图文并茂，便于干部群众阅读。对适宜安装该灌溉系统的地块，水利部门确保在实施方案阶段就得到落实，市政府财政和水利部门对推广工作好的县（市、区）在今后的资金、项目和技术等方面应给予重点支持，同时还要积极拓展该系统在泵站灌区的应用。

2.提高科技水平

提高节水灌溉技术应用和一站式墒情、降雨、小农水信息管理平台技术，提高灌溉效率和管理水平。结合济宁市农田经营模式、地块大小、水井出水量和耕作习惯等，积极组织研发轻便、耐用、效率高、群众易于接受的灌溉设备。现全市146个乡镇全部恢复和建立了水利站，均设有乡镇防汛抗旱供水专业服务队伍，应经常聘请供货商技术人员下乡讲解平时容易遇到的技术问题及解决方案，普遍提升水利站人员及农村用户技术水平。

3.切实加强维护

切实落实山东省水利厅、省财政厅联合出台的《关于加强小型农田水利设施运行管护的指导意见》，以及济宁市人民政府印发的《济宁市小农水设施维护管理办法》《项目资金使用管理暂行办法》《项目绩效考核办法》等文件精神。济宁市财政从2013年开始每年拿出不低于1 000万元的资金投入小农水设施管护，县（市、区）根据公共财政收入按照一定比例进行配套，发挥了财政资金引领作用。下一步应尽快出台“济宁市鼓励和引导民间资本参与水利建设实施办法”，调动农民、用水合作组织和家庭农场等主体的积极性、主动性，聚集民间资本兴修小水利，变政府“独唱”为社会“合唱”。进一步加强基层水利服务体系和水利服务热线“116”建设，创新运行管护模式，多方筹集管护经费，定期对农田水利设施进行专业的维护保养，对损坏工程及时修复，确保工程长期发挥效益。

[1]济宁市人民政府.济宁市生态保护与建设示范区建设方案[R].2014.

[2]济宁市水利局.济宁市水利综合统计年报[R].2013.

[3]马耀光，等.旱地农业高效节水与灌溉技术 [M].北京：化学工业出版社，2012.

[4]王永喜，等.基于射频IC卡的节水灌溉控制系统 [J].兰州工业高等专科学校学报，2011，18(3).