喀什地区农业现代高效节水示范项目的实践与探索

胡萍，曹林霞*，陈勇

（新疆怡林实业股份有限公司，新疆乌鲁木齐830063）

喀什地区农业现代高效节水示范项目的实践与探索

胡萍，曹林霞*，陈勇

（新疆怡林实业股份有限公司，新疆乌鲁木齐830063）

南疆喀什地区营造节水新技术机制，努力建立节水技术新的科学管理机制，创造新技术推广普及新的环境，全面解决生态环境存在的不足问题。喀什地区是粮棉生产的重要基地之一，是灌溉农业区，具有灌溉水源（尤其是夏季水源）丰富（达133.44亿m3），水源相对稳定性高，易于重复利用等有利条件。但是也存在着春水严重不足、蒸发渗漏严重、利用率低、灌溉方式落后、土壤保蓄水能力低、灌溉水的矿化度较高等不利因素。以喀什地区麦盖提县示范区为例，只有不断完善水利设施，采用先进的灌溉技术和方法，加强灌溉管理，合理开发利用地下水，做好作物种植布局规划，发展喀什地区的农业灌溉，才能提高水资源的利用率，减少水资源的浪费，这将会对本地区的环境保护及农业发展起到非常重要的作用。

高效节水；现代化；灌溉管理；智能化；喀什地区

1 喀什地区农业发展面临的主要问题

喀什地区水资源分布不均匀，季节水量变化较大，春季气温低，来水不足；没有足够的大坝和水库进行贮存，使得夏季汛期洪水大多下渗流失，导致水资源匮乏。

喀什地区地域广阔，土地面积分散，经济发展水平低，水利设施落后，依旧采用传统的土渠输水，大量的水资源在流动中下渗，蒸发。喀什地区气候干燥，温差大，农业用水采用传统的大水漫灌方式，导致大量水资源浪费，在水资源严重匮乏的情况下，如何解决水资源的浪费问题，将是喀什地区农业发展面临的一大问题。

随着国家不断对喀什地区经济的大力支持，工业城市化的发展，喀什地区人口不断增加，而供水总量将不会增加的前提下，供水总量已远远不能满足今后人口的持续增长[1～2]，而节水灌溉农业的发展将势在必行。

2 示范区高效节水系统的先进性

在当前国内范围内应用的节水灌溉自动控制技术按照其从田间控制中心到控制终端（阀门控制器）的通讯方式划分主要有4种：总线控制技术、基于GSM/GPRS公用网络的控制技术、基于2.4G自主组网的自动控制技术和“三网合一”技术。

总线控制技术的特点是系统不易受到干扰，可靠性高，数据传输快捷，可以进行各项监测数据的实时传送。缺点是设计、施工、操作复杂，通讯的电缆容易受到耕作的损坏，系统后期维护成本高。

基于GSM/GPRS公用网络的控制技术的特点是系统覆盖范围大，可靠性高，数据传输距离远，可以进行监测数据的传送，设计和施工简单，但是运营成本高，通讯容易受到公用网络的影响（如2009年7月以后，基于GSM/GPRS公用网络的控制技术影响巨大）。

基于2.4GHz无线自组网络（LAN）技术和微功耗的无线通讯技术性能稳定、无通讯费、成本低、布点灵活、安装拆卸方便，而且传输距离达到10km，可满足农业需求。但无论是基于总线技术、基于GSM/GPRS技术，还是基于2.4G自组网技术，其控制中心受限于技术原因布置位置有限，信息发布不通畅。“智能化”高效节水灌溉管理系统总结前人经验，完善了组网方案，采用2.4G小无线自组网+GSM/GPRS公用网+Internet网三网合一技术，完善了设备通讯网络，有效的保证了设备通讯的可靠性。

农田环境复杂、操作人员管理水平参差不齐，设备保管维护难度比较大。“智能化”高效节水灌溉管理系统总结前人经验，建立了强大的系统故障自诊断系统，可远程解决系统常见问题。故障自诊断系统有效的降低了“智能化”高效节水灌溉管理系统运行期间维护的难度，保证了管理系统能可靠运行。

智能化滴灌系统由首部控制系统和田间无线控制电磁阀组成。灌溉智能化由田间脉冲电磁阀、无线阀门控制器、远程水泵智能控制器、云服务器、主控制中心和村级（企业）控制中心、移动控制终端等组成灌溉无线控制系统，能够实现地无线遥控、远程随时随地监控、轮灌组定时自动轮灌等控制方式，并且实时监测机井和阀门状态，灌溉流量和管网压力，保障运行安全，及时提示报警信息。

首部智能化监控系统包括水泵控制系统、首部信息采集系统。田间智能化控制系统包括灌溉单元管理、轮灌组管理、灌溉制度生成、灌溉制度管理、远程参数设置查询管理、远程控制及查询、远程流量压力采集、远程墒情采集等功能。

2.1 远程智能管理技术

“智能化”高效节水灌溉管理系统具备有设备状态自诊断功能。“智能化”高效节水灌溉管理平台能自诊断设备电压、设备通讯情况、设备连接情况、管网运行压力状况、阀门启闭状态；在诊断出系统中设备电压不足、设备通讯不畅、管网运行压力不足、设备连接不通、阀门启闭状态和命令不符时系统自动报警，提示管理员采取相应的应对预案。系统中设备状态自诊断技术的应用正真做到了发现问题于前，防患于未然，保证了系统运行的可靠性。

“智能化”高效节水灌溉管理平台可以做到远程无线调试设备，更新设备程序、变更设备信道，技术人员真正做到了不用下地的远程技术维护。

2.2 计算机软件管理平台

计算机版软件管理平台主要包括用水计量和首部状态监测模块、滴灌田间阀门控制、墒情气象监测模块和基础管理模块。其中，田间阀门自动控制功能模块是计算机版软件管理平台的重点功能模块。

2.3 基础功能模块

软件管理平台的基础功能模块主要包括数据库、通讯服务、后台管理、报表输出等几项功能。

数据库：“智能化”高效节水灌溉管理系统将实时监控到的墒情、气象、电压、电流、水位、水压、状态、电量、视频、管网压力等数据汇总、存储到软件管理平台数据库中。在数据库中可以不同方式调用到实时数据、历史数据。

通讯服务：“智能化”高效节水灌溉管理系统中涉及到无线自组网网络、GPRS网络、Internet网络，软件管理平台管理融合3种网络使之能顺畅、可靠地运行。

后台管理：管理员通过后台管理功能添加、修改、删除项目及项目中的设备，为指定设备更新程序变更参数。

报表输出：数据库中的数据可以根据用户需求以Excel表格的形式导出软件管理平台。

2.4 用水计量及首部监控模块

用水计量及首部监测模块主要有用水计量统计功能、管网状态监测功能、首部电压电流监测功能。

用水计量统计：“智能化”高效节水灌溉管理系统中，对首部水源的水位、首部出水口的流量、过滤器前后水压进行计量统计，将计量到的数据存储到数据库中。软件管理平台通过对数据库中的数据进行处理统计出灌溉用水的瞬时、累计用量，每周、每月、每季的累计用水量。

管网状态监测：“智能化”高效节水灌溉管理系统中，对分干管首末两端的压力进行了监测，精确地监控管网压力实时变化显示在软件管理平台中。

首部电机监控：“智能化”高效节水灌溉管理系统中，对水泵电机的电流电压进行了实时监测，将监测数据存储到了软件管理平台中，而软件管理平台将电压店里数据进行处理、对电机的缺项、高低电压、高低电流进行报警，对电机的功率变化随时监测，对电机累计的功耗进行统计。软件管理平台可以远程对电机进行启闭控制。

报警功能：软件管理平台具有报警功能。“智能化”高效节水灌溉管理系统中将监测到的设备通讯数据、阀门状态数据、水压数据、流量数据、水位数据、设备电压数据、电流数据、电压数据存储入软件管理平台中，软件管理平台将对这些数据进行处理并对能影响灌溉效果的数据进行报警。

2.5 田间灌溉自动控制模块

该模块主要用于对自控系统的控制管理主要包括灌溉管理、水分监测、统计分析功能。

灌溉管理：“智能化”高效节水灌溉管理系统中田间灌溉自动控制系统中可以将灌溉分为2种：轮灌和补灌。

轮灌是指预先在系统中将阀门编组，当需要轮灌灌溉时，直接启动轮灌，按照预算设定好的灌溉程序，系统自动按照编组开启或者关闭阀门进行系统灌溉。轮灌模式下软件管理平台可以管理阀门编组、灌溉时间、阀门开启关闭间隔时间、轮灌定时启动时间。

补灌是指人工在阀门控制界面上点击控制阀门的开启关闭。补灌时软件管理平台能实现阀门开启、关闭、状态查询等功能。

3 示范区现代高效节水项目取得的效益

3.1 高效节水灌溉区建设取得的社会效益

灌溉区所在的克孜勒阿瓦提乡在麦盖提县东南边，南邻莎车县巴格阿瓦提乡，西边为叶尔羌河毗邻莎车县的荒地镇，北边为麦盖提县尕孜库勒乡，东边为塔克拉玛干沙漠。随着人口不断增加，经济高速发展，用水矛盾不断加剧。（1）发展现代高效农业节水灌溉，将会大大缓解喀什地区农业、工业、城市用水的压力，有效的保护生态平衡，更好更有效的保护水资源。（2）改变了传统的大水漫灌方式，缓解了超量灌溉，导致地下水位上升、土壤渍害和盐碱化，或沿田面发生跑水，造成水资源的浪费这一现象。（3）推广应用高效节水灌溉技术，在大幅度提高水资源利用率的同时，引发了农业生产方式的变革，改变了传统的农田水利建设方式，提高了土地利用率。

3.2 高效节水灌溉区建设取得的经济效益

改进传统的沟、畦灌水技术，提高田间水利用率和灌水均匀度，减小灌水定额是一项投资小、操作简便、效果显著的农业节水增产措施。大幅度降低了作业成本，提高了劳动生产率，农民的经济收入将会大大提高，也将提高农民发展农业经济的积极性。

4 喀什地区高效节水农业发展对策及建议

4.1 加速建设现代节水灌溉面积，提升喀什地区节水农业的发展水平

喷、滴灌现代节水灌溉技术具有节水潜力大、增产效益高的特点，这是喀什地区节水农业中灌溉节水工程技术的发展方向。因此，应在普及抓好先进地面节水技术的同时，向兵团系统学习，加速抓好喷、滴灌节水建设面积，滴灌发展的重点地区应先向严重缺水的东疆地区、和田地区和天山北坡经济带倾斜；发展的作物应重点放在经济效益高的林果、瓜果、加工番茄、棉花和设施大棚的种植上；喷灌发展的重点地区应以北疆山前种植带有利于发展自压喷灌的地区为主，喷灌作物以小麦和人工饲养草地为主。

4.2 因地制宜的选择和推广高效节水灌溉技术

目前，喀什地区大部分地区已经进行了大坝，水库的建设，减少了夏季河流水资源的流失，成功的蓄积冰雪融水、季节性洪水，具备一定的推广技术，我们应结合当地的实际情况，制定一套完整的节水措施进行推广。

4.3 树立可持续发展的观念与节水意识

面对喀什地区农业用水的危机，要从可持续发展的角度出发，全面的分析水资源的分布、开发、利用、山洪灾害与生态环境保护的关系，建立经济型的高效节水模式，实现地表水、地下水，大气降水之间良好的循环利用。

通过节水和提高水的利用效率来减少灌溉本身所产生的负效应和旱作农业区的水土流失。发展节水农业是喀什地区水资源持续利用、农业持续发展、改善生态环境的根本出路。

5 结语

在水资源紧缺，供需平衡严重失衡与用水矛盾日益突出的今天，大力推广高效节水灌溉农业技术是对目前农业用水紧张行之有效的缓解手段，改变人们千百年来传统的灌溉习惯，用较少的水获得较高的产出效益，推广高效节水灌溉技术是一项重任，也是缓解我国水资源紧缺的途径之一，更是现代农业发展的必然选择。

[1]谢芳.兵团绿洲现代农业发展模式研究[D].石河子大学，2011.

[2]苏荟.喀什地区农业高效节水灌溉技术选择研究[D].石河子大学，2013.

2016—06—07

*通讯作者：曹林霞（1969-），女，工程师，从事机械电子应用工作。E-mail：372318919@qq.com。