摘要  农业的迅速发展使农业用水量越来越大，然而我国水资源严重不足，而传统农业灌溉方式对水的有效利用率较低导致大量浪费水资源，发展节水灌溉迫在眉睫。本文提出了一种节水灌溉自动控制系统的设计方案，该方案投资相对较小，既可一定程度实现农业灌溉自动化，又能极大程度地利用水资源。

 

    随着中国农业的迅速发展，农业用水量越来越大，然而我国水资源严重不足，且传统农业灌溉方式对水的有效利用率仅在 45% 左右而导致水资源的大量浪费。所以，现阶段不合理的传统农业灌溉方式急需改变，发展节水灌溉，节约水资源。节水灌溉，是遵循农作物在不同生长发育阶段对水资源需求不同的客观规律，进行适时适量灌溉，尽可能少地利用水资源而尽可能多地获得农作物产出的一种新型灌溉模式。本文提出了一种节水灌溉自动控制系统的设计方案，该方案投资相对较小，既可一定程度实现农业灌溉自动化，又能极大程度地利用水资源。

 

    1 系统硬件设计

    本系统主要通过监测稻田等灌溉区的土壤含水量，由系统判别何时灌溉多大程度的水，进而节省稻田等灌溉区的用水量，从而提高水资源的利用率。系统主要由一个中央泵房、若干个灌溉小区和若干米的干渠及支渠组成。它的控制系统由中央计算机远程控制若干台水泵和相应的阀门，同时对灌溉区的若干台仪表进行数据采集，再由系统进行相应处理，达到自动控制节水灌溉系统的效果。

 

    本系统采用由中央控制主机、对应的现场控制单元、若干个传感器以及 RS-485 通讯线等组成的具有三级结构的集散型操作和控制系统，如图 1 所示。该系统可以同时监测和控制若干个灌溉小区农作物的生长水分状况。其中中央控制级由一台计算机构成，它的主要任务是控制灌溉小区的各种仪表；中间控制级由现场服务器构成，它主要承担各个仪表和中央控制级计算机之间的通讯任务；在系统控制的各个灌溉小区，就地控制级由一套现场控制单元构成，其作用是存贮和预处理所采集到的数据，并且起到对现场水泵动作和电动闸阀实现控制的作用。经过实际运行，结果表明本系统的硬件设计符合节水灌溉自动控制系统的设计要求，性能稳定、施工简便、易于扩充、功能完善、性价比高。

 

    2 系统数据采集

    2.1 田间墒情采集

    田间墒情采集主要是测定田间土壤的水分。采用探头式土壤水分计来测量旱作物和低水分段；而采用探头式土壤水分计测量高水分段，明显精度不够，所以要进行试验以建立浅层地下水埋深和稻田等灌溉区土壤水分的关系曲线。根据田间土壤的水分含量，系统根据不同农作物的需水量判定是否需要灌溉。

 

    2.2 雨水利用与雨量观测

    充分地利用雨水，可以降低成本、节省水资源、减少灌水量，可以利用水质好、污染少的雨水促进作物生长而增加农业产量，提高农产品质量，是发展节水灌溉的重要环节。系统通过对雨水量的检测，根据实际情况适时适量地对不同农作物进行灌溉。

 

    2.3 河、渠水位测量

    河、渠水位的高低，是系统自动判定是否需要对灌区内农作物进行灌溉的重要条件。本系统主要采用由精密电阻和干簧管组成的浮球式磁感应水位传感器对河、渠水位的高低进行测量，然后系统根据河、渠水位的高低适时适量地对不同农作物进行灌溉。经过实际运用，效果良好。

 

    2.4 计量供水

    系统主要在泵站、渠系、田间这三个地方设置了两种不同的水量计量设备。在泵站主要采用的是管道流量计；而在渠系和田间主要采用的是由磁性液位计、长喉道量水槽、流量积算仪等部分组成的数字式长喉道明渠量水计。实际测试表明，泵站所采用的管道流量计、渠系和田间所采用的数字式长喉道明渠量水计，能满足灌溉区域各种情况的量水精度要求，从而使节水灌溉自动控制系统根据实际情况适时适量地对不同农作物进行灌溉实现节水。

 

    3 系统软件设计

    3.1 管理子系统

    系统管理系统主要采用 Visual Basic 语言进行开发，共分为 4 个子系统：泵房管理子系统的功能是通过实时监测降雨量等数据控制水泵；土壤监测子系统记录土壤的状态，同时反映出田地对水的需求量，从而实现对土壤的监测；闸门控制子系统的功能是控制每个灌溉小区（每块田地）阀门的开关；数据库管理子系统的作用是对各种采集过来的数据进行处理，以曲线图或柱状图显示出来供用户查看。

 

    3.2 系统功能模块

    灌区用水自动化管理系统分为 10 个功能模块：泵站控制模块主要实现灌区内大型泵站的计算机远程控制操作；雨量采集模块用于实时采集灌区内的降雨量；电量采集模块主要完成灌区泵站用电的计量；闸门控制模块主要是对灌区内的支渠闸门实现开启操作；稻田水位采集模块主要用于测量灌区土壤水分；河水位和蓄水池水位采集模块用于采集河流和蓄水池的水位；瞬时流量和累计流量采集模块分别对各泵站和各闸门水口的瞬时流量和累计流量进行实时监测；关键设备运行检测报警模块可以保证整个系统能可靠、安全、不间断地长时间工作；数据库查询统计模块主要用于记录泵站的工作状况以及统计灌区的用水量、水位水情等各类信息；通信模块主要用于系统各设备之间的通讯。

 

    4 结语

    通过对本文提出的节水灌溉自动控制系统的实际运行，可见该系统性能稳定、结构简单、对操作员要求低，可比较全依据农作物的需水状况进行灌溉，节约成本，较为有效地实现了节水灌溉。