新型节水灌溉自动化控制系统应用

摘要    滴灌是我國尤其是干旱区新疆农业高效节水灌溉的主要模式，随着滴灌技术规模化应用及提质增效的要求，大力发展应用滴灌自动化技术提升灌溉运行管理水平显得十分迫切。针对目前国内滴灌自动化灌溉系统关键技术之一的终端控制阀在田间应用过程中存在对灌溉水质和杂物处理运行能力不足等问题，研发出了基于互联网的新型节水灌溉自动化控制系统技术。本文利用这一新型自动化灌溉控制技术，在新疆博州灌溉试验站进行了为期2年的技术示范应用。结果表明，①新型节水灌溉自动化控制系统田间终端控制阀有明显的结构优势，对现有终端控制阀改进成为较大口径的过水通道，解决了灌溉水质含沙量较大难处理困境;②具有灌溉系统故障自动检测推送功能，保障了灌溉系统及时更换部件，提升了灌溉运行时效性;③对灌溉系统控制器模块断电、太阳能电池、存储器、电机及电缆等故障具有诊断检测推送功能，为自动化灌溉控制系统运行管护提供了技术保障。

关键词    节水灌溉;终端控制阀研发;自动化灌溉;技术应用

中图分类号    TP273        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）12-0188-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Application  of  New  Water  Saving  Irrigation  Automation  Control  System

GAO Jian-xin

（Xinjiang Institute of Water Resources and Hydropower， Urumqi Xinjiang 830049）

Abstract    Drip irrigation is the main mode of agricultural efficient water saving irrigation in China， especially in the arid area of Xinjiang. With the large-scale application of drip irrigation technology and the requirement of improving quality and efficiency， it is very urgent to develop the application of drip irrigation automation technology to improve the level of irrigation operation and management. In view of the problems of terminal controlvalve， which is one of the key technologies of drip irrigation automation system in China， in the field application process， such as the insufficient ability to deal with irrigation water quality and sundries， a new type of water saving irrigation automation control system technology based on Internet is developed. The results showed that the field terminal control valve of the new type water saving irrigation automation control system had obvious structural advantages. The existing terminal control valve was improved into a large-diameter water passage， which solved the difficult problem of large sediment concentration in irrigation water. It had the function of automatic detection and push of irrigation system faults， which ensured the timely replacement of irrigation system components and improved the timeliness of irrigation operation. It had the function of diagnosis， detection and push of irrigation system controller module power failure， solar cell， memory， motor and cable faults， which provided technical support for the operation and management of automatic irrigation control system.

Key words    water saving irrigation; terminal control valve research and development; automatic irrigation; technical application

以滴灌为主要模式的高效节水灌溉技术在新疆的应用不断推进，预计2020年推广应用累计面积达406.67万hm2。随着节水灌溉“提质增效”要求的提出，大力发展滴灌自动化控制灌溉技术应用提升节水灌溉自动化管理水平，成为高效农业节水灌溉技术发展的重要方向[1-5]。田间终端控制阀是滴灌自动化灌溉应用的关键技术之一，目前引进和国内生产的电磁阀以及电动阀具有轻便耐用和啟闭功率小等优点[6-8]，但由于现状电磁阀及电动阀对灌溉水质洁净度要求高，以及部件内部结构原因时常发生因田间杂物而影响运转等问题，从而使自动化灌溉设施运行过程时常发生导流孔易堵塞、影响启闭开度而无法调节灌溉水量，以及出现田间开启与关闭时农田作物扬花、农田防风林木柳絮等纤维状杂物进入球状阀芯与阀体之间接缝影响球状阀芯在阀体内正常转动等[9-11]。针对节水灌溉自动化系统终端控制阀这一关键技术问题，对现有PE截止阀进行电动改造研发，形成了电动PE截止阀，将其接入互联网，形成了基于互联网+新型节水灌溉自动化控制系统的田间终端控制阀，解决了自动化控制系统田间终端控制阀的技术困境[12]。本技术研发成果于2017年在新疆博州水利灌溉试验站田间中试，于2018年在试验站滴灌棉花农田进行推广应用。本文就新型节水灌溉自动化控制系统技术应用进行了分析，旨在为应用推广提供技术支撑。

1    应用区概况

研发技术成果中试区在新疆博州水利灌溉试验站实施，试验站位于精河县境内，距精河县城约20 km，东距新疆首府乌鲁木齐市425 km。试验站区承担节水灌溉试验、节水灌溉技术示范推广、土地经营等工作。试区处于新疆天山之北西部境内，山势低矮，山体狭窄，干热效应强烈，光照充足，冬夏冷热悬殊，干旱少雨、风大沙多，平原区年均气温7.4 ℃，最高温13.7 ℃，最低温5.3 ℃;极端最高气温41.3 ℃，极端最低气温-36.4 ℃。年均无霜期171 d，最长为194 d，最短135 d。平原区年均降水量99.7 mm，降水多集中在春、夏季，达70.9 mm，占年降水量的71.33%。冬季空气湿度大，夏季炎热干燥，平原区年均蒸发量1 626.0 mm，其中4—9月蒸发量1 423.9 mm，占全年的88%。试区属典型的大陆性降水稀少蒸发强烈干旱农业区。

2    应用区灌溉主要问题

棉花是试验站大田的主要作物之一，滴灌棉花生长期灌水次数一般达到10次以上，灌溉用水时间比较长，灌溉用水为井水抽取，井水中含沙量多达0.2 kg/m3，经过一段时间的灌溉之后，滴灌带末端常常会被井水携带的泥沙淤满（图1），严重影响田间灌溉效果。出现此种情况时，工作人员只有将淤满泥沙的末端滴灌带剪断，拼接新的滴灌带为作物输水灌溉。

3    技术应用效果

3.1    田间终端控制阀的结构优势

新型节水灌溉自动化控制系统田间终端控制阀，突破了传统的节水灌溉自动化终端控制阀思路，在PE截止阀基础上进行电动化改造，并接入新疆节水灌溉自动化控制平台实现远程控制。首先，电动PE截止阀具有较大口径过水通道（图2），即使灌溉水含沙量大，也不会在截止阀过水通道内沉积，避免了传统电磁阀结构易堵塞的状况。除此之外，目前传统的其他球形电动阀在关闭情况下，灌溉水泥沙易沉积在阀体内侧表面，球形电动阀启闭时转动球体，沉积在阀体内侧表面泥沙会阻滞球体转动，致使球体无法转动，同时，沉积在阀体内侧表面泥沙在球体转动时，会对球体表面造成擦痕，影响球形电动阀封水效果。试验站棉花灌溉2年，灌溉控制36 hm2滴灌棉花，总计灌溉20余轮72个田间终端电动控制阀。应用期间没有出现一次因灌溉水质含有泥沙而发生故障，该节水灌溉自动化控制系统电动控制阀，解决了灌溉水质含沙量较大影响控制阀运行的问题。

3.2    灌溉运行故障检测推送自动功能

新型节水灌溉自动化控制系统具有运行设备故障自动检测及故障推送功能，可将系统运行中各功能部件出现的故障即时推送至管理人员智能终端处，管理人员根据智能终端上功能部件故障信息推送提示，及时进行更换部件保障系统正常运行，改变了过去出现故障由专业技术人员实地排除的状况，提高了灌溉系统运行管理时效性。2018年5月12日，试验站农户手机收到灌溉系统推送的田间终端功能部件故障信息“十一号终端1号阀电机脱销故障”，意思是电机与传导电机动力驱动阀体盖板启闭的联轴器脱离，无法驱动截止阀运行启闭阀门。农户赶至田间十一号终端处将1号电动阀拆解后，发现电机轴断裂，与农户的手机收到故障信息一致。农户根据手机提示及现场检查情况，采用备用电机更换故障电机及时排除了运行故障。2018年7月15日，灌溉系统十七号田间终端1号电动阀控制区域棉花灌溉结束自动关闭阀门的过程中，管理该地块的农户手机收到了“十七号终端1号阀异物堵塞故障”信息，农户赶至系统十七号田间终端拆解一号电动阀检查发现，阀体内有一块PVC碎片，对电动阀封水阀盖的关闭形成了阻塞，见图3。

系统田间终端控制器检测到该故障后，即将该故障对应的代码0x04通过集中控制器上传至新疆节水灌溉自动化控制云平台，平台将数字代码翻译成文字信息推送至农户手机，提示农户十七号终端1号阀阀体内有异物堵塞，致使阀门不能正常关闭，工作管理人员及时准确方便地解决处理好了这一问题。新型节水灌溉自动化控制系统除了能准确检测、推送技术设备运行故障外，还能准确检测、推送集中控制器模块断电、太阳能充电模块故障、电池模块故障、存储器模块故障、电机及电机线缆等故障，为滴灌自动化灌溉控制系统运行管理可持续应用提供了技术保障。

4    参考文献

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