智慧灌溉系统设计与应用——以盐边县桐子林镇智慧灌溉试点项目为例

□沈燕 蒋辉霞 陈爽 何清燕 郑宇

/1.盐边县农业农村局 2.四川省农业机械研究设计院

1 项目概况

项目位于盐边县金河村、纳尔河村——金河（纳尔河）“万亩芒果基地”，该基地大规模种植芒果，集中连片产业化程度高，具备良好的水源条件和便利的交通、电力等设施条件。该基地具有以下特点。

1）通过政府主导，全力支持动员农民发展芒果产业，基地现有芒果种植户77户，涉及农民3000余人。基地现有省级农业龙头企业1家，市级农业龙头企业4家，农民专业合作社3个。

2）基地通过与中国农业科学院、省市农林科学院合作，选育推广了凯特、吉禄、金煌等主产品种。

3）成功创建国家级出口芒果质量安全示范区，突出龙头企业带动，“攀枝花”芒果获绿色食品认证，基地生产的芒果获欧洲良好农业规范（GAP）认证。

4）2016年，基地芒果产量突破2万t，产值实现15亿元，芒果产业促农民人均增收近3万元。项目区占地面积为72hm2，为大田种植模式，种植行距为5m，株距为4m，其小型水源工程采用山顶原有高位水池，以管道自流的形式将水肥（药）灌入田间，实现了整个系统的无线远程控制。

2 系统设计

针对项目区芒果的生长规律、种植密度以及土壤情况制定了灌水制度和工作制度。经计算，系统设计灌水周期为7d，项目区分为7个轮灌区，每日工作时间为17.7h，根据拟定的灌溉制度自动为每个轮灌片区供水，每行芒果树设一根直径25mm、壁厚2mm的滴灌毛管，毛管上按果树株距4m设置稳流器，稳流器工作压力为0.2MPa，单个稳流器流量为20L/h，接环形分流管环绕树根，单根分流管长度6m，每米均布3个分流孔，滴灌管道采用PE管材，现场热熔焊接。系统采用一台管道循环泵机组，项目区高位水池的灌溉水源到各个地块的高差较大，最大高差约200m，因此采用管道自流的形式，水泵只需突破过滤器工作压力，设计参数为流量100m3/h，扬程15m，功率7.5kW。首部过滤系统采用砂石加网式二级过滤系统，过滤精度为120目，设计流量100m3/h，压力等级为1.0MPa，灌溉施肥采用水肥一体化系统，使用水溶性肥料，通过EC/PH比例施肥机自动输入灌溉管网系统。

智慧灌溉系统包含6部分：水源工程与水工建筑物、首部枢纽、输配水管网、灌水器、智能控制系统、智能管理与物联网平台。系统从水源取水，经过首部枢纽的加压系统、施肥（药）系统、过滤系统、量测系统、控制系统，利用输配水管网系统，通过灌水器将水肥（药）输送到需要灌溉的小地块，由智能控制系统、智能管理与物联网平台对整个智慧灌溉系统的运行进行管理和控制。

智能管理与物联网平台包含中央管理平台、田间气象监测站、物联网感知系统、远程监控系统等，其中，中央管理平台可对田间气象监测站、物联网感知系统、远程监控系统发送的信息进行分析处理并发出指令；田间气象监测站可对空气温度、空气湿度、照度、风向、风速、雨量、光合总辐射、大气压等气象环境要素进行全天候现场精确测量。每个轮灌区设置1套物联网感知系统，进行分区土壤墒情长时间连续监测，系统采用三合一传感器进行信息监测，可实施测量土壤温度、土壤湿度及土壤电导率信息，采用433M无线传输，GPRS/无线局域网络将所有数据传输到中央管理平台；远程监控系统可进行全天候连续监控，实时动态观察作物生长状况及设备的运行状况，既对大田、设备起到防盗的作用，又可以通过摄像头获取作物叶片上的病虫害发生情况。

图 1 系统示意图

3 系统运行

整个灌溉系统实现智能控制，智能控制系统包括软件载体控制器及中控柜，能够实现对田间阀门控制系统、施肥系统、过滤系统的监测及控制，并通过智能管理与物联网平台中的中央管理平台显示并存储，具备远程与云服务的数据存储及数据交换功能。整个系统具有无线通信功能，利用GSM/GPRS/CDMA网络、Internet网络技术、ZigBee无线通信技术实现监测数据、控制指令、系统运行情况等信息的传输，并在发生事故时进行报警。智能控制系统控制多个阀门，根据需要把电磁阀门编进相应的轮灌组，编订7个轮灌组，调控每个电磁阀的启闭时间，编制施肥程序，预计时间和水量进行自动灌溉控制等，每个地块具有中文可视化界面，无线RTU单元与电磁阀配套，接收上位机主站或田间站的指令，对电磁阀的启闭进行控制。灌溉控制器系统可通过简单操作实现对每个地块电磁阀的控制、控制灌溉泵、根据压差控制过滤器、利用计算机或手机通过云平台实现远程控制、通过本地控制器或云平台实时查询水肥实施情况，并以波形图方式体现。系统示意图见图1。

4 效益分析

智慧灌溉系统具有增产、节水、省工等综合效益。通过智慧灌溉技术可减少水分的渗漏和蒸发，提高水资源利用率，使灌区内灌溉水利用系数由原来的0.40提高到0.95以上，大大改善了项目区农田水利基础设施，提高了抗旱能力；此外，通过智慧灌溉系统实现按需、适量精准施肥（药），可提高芒果的品质和产量，并且有效解地决了农业面源污染问题；项目实施后对于种植面积成规模的园区大大节约了劳动力成本；同时，还可促进农业种植结构调整、农业增产及农民增收，推进当地现代农业发展，改善生态环境，有显著的经济效益、社会效益和生态效益。

5 结语

攀枝花市盐边县桐子林镇金河（纳尔河）“万亩芒果基地”以2018年农业智慧灌溉试点项目的实施为契机，依靠物联网等新一代信息技术，实现了农业生产地智能感知、智能分析、智能预警和智能决策，切实降低了劳动力成本，提高了生产效率，增加了农业产量，获得了更大的经济效益。业主通过物联网平台或手机远程控制环境调节设备，实时精准地采集种植区域的环境参数等，再结合种植经验，能有效、适时地对作物进行精准水肥一体化灌溉，大大提高了农业生产效益。因此，智慧灌溉系统的研究和应用示范具有重要意义。