陆意 张波 张贤杰
上海陈政市政工程股份有限公司 上海 200940
摘要：随着社会经济的不断发展，越来越多的现代化技术应用于农田水利工程的灌溉方面，解决农业用水浪费问题。基于此，本文立足于实际工程，分析新型农田水利工程灌溉智能系统结构设计，加强节水智能灌溉技术的应用，以供相关人员参考。
关键词：新型农田水利工程；灌溉智能系统；水资源
引言：以往传统的农田灌溉方法主要以农户经验为基础确定灌溉水量，极易造成水资源的浪费甚至是无效灌溉等问题，不仅影响农作物的健康发育成长，还会造成严重的资源浪费。因此，在水资源日益紧缺的情况下，分析新型农田水利工程灌溉智能系统是必要的。
1.工程简述
工程为嘉定区外冈镇2018年都市现代农业示范项目农田水利配套工程，位于嘉定区外冈真，主要建设内容包括新建灌溉泵站5座、灌溉管道22575米、衬砌明沟26786米、倒虹吸13座、桥梁2座、混凝土道路29980平方米；平整土地1885亩；引排水河道疏浚2454.43立方米，以及配套阀门（井）、给水栓、排水口等。本工程施工范围内地势较为平坦，为东南季风盛行地区，而热同季，降水丰沛，气候暖湿，光温适中，日照充足，年均气温15.4℃；年均降雨量1077.6毫米，雨日130.2天。根据本地区有关气象资料分析，本地区气温寒冷日期一般为1月-3月，虽然也出现过提前和推迟的现象，但以1～3月居中，而本次施工计划在2018年4月至2018年9月，施工期历经春、夏及秋季，故本工程落实防寒、防暑、防雨等措施。本次工程现场施工区域周边现有建筑物、构筑物、管线密集，对现场施工影响较大。
2.分析新型农田水利工程灌溉智能系统结构设计
2.1新型农田水利工程灌溉智能系统设计目标
首先，新型农田水利工程灌溉智能系统使用现代化识别技术和多深度土壤水分传感器以连续监测的形式对多个监测点进行监测，并对统一地点、不同深度的土壤进行监测，获取土壤墒情数据，为灌溉决策提供科学有效支持。
其次，使用物联网等现代化技术对土壤连续的变化曲线、土壤温度、含水率以及地表温度等方面进行实时监测，同时以气象卫星数据为基础掌握农作物需求量规律，构建数学模型进行分析，从而对未来几天农作物的需水量和降水量进行科学预测，提升灌溉量、灌溉周期和灌溉持续时间的科学合理性。
最后，实时监测阀门开度、电磁阀运行状态以及水泵等，为灌溉目标的执行提供依据，与此同时，该系统的大数据分析技术能够实现采集数据的实时备份，增强各项灌溉决策的可追溯性，为日后灌溉定额修正提供数据支持[1]。
2.2农田信息监测单元的设计
农田信息检测单元主要负责监测田间相关参数，主要包括监测区域的灌溉流量、土壤墒情、地表水分蒸发量以及土壤温度，其中，土壤含水量的采集能够帮助当地农户掌握农田含水量，判断其是否缺水，而降雨量和土壤地表水分蒸发量的监测，能够明确田间需求量。具体而言，其设计内容如下：
第一，采集农田相关信息。通过在农田水利工程中科学布置传感器，例如，将其布置在阳光直射区域，能够通过该现代化设备对土壤墒情、土壤温度、降水量以及流量等信息进行采集，并借助互联网技术将采集到的各项数据上传至新型农田水利工程灌溉智能系统平台中心，实现数据的实时存储与备份，农户使用终端或移动设备就可以进行访问。
第二，通信组网设计。在新型农田水利工程灌溉智能系统中，采集的数据全部为文本数据，不同于其他格式，文本数据宽带容量占用较少，且对传输速率的要求一般，为此，在对通信组网进行设计时，主要应用ZigBee实现控制器和传感器间的组网，并应用GPRS/CDMA无线网络支撑控制器与远程决策监控平台的组网。ZigBee无线网络不仅所花费的功耗较低，建设成本也相对较低，但要求距离较近，所以，主要将其布置在监控点具有较强密集性以及布线难度较大的场景；GPRS/CDMA网络支持远距离，且通信程度具有较强可靠性，通过使用该网络，能够为底层ZigBee无线网络与互联网之间的连接提供安全保障。
第三，供电系统的设计。
由于该工程周边区域具有构筑物、建筑物，且管线分布较为密集，针对此类问题，在对供电系统进行设计与布设施工前，应做好预防措施，合理安排施工，最大程度的避开现有构筑物和建筑物开展施工作业。而且，在施工前，应落实现场排摸工作，并根据实际情况对供电系统的布设方案进行编制。由于农田区域不能设置线缆，外加田间传感器的运行功耗和ZigBee无线网络的功耗情况较低，为此，主要使用高性能的铿电池为供电系统提供电力，而对于GPRS/CDMA无线模块、控制器以气象监测站，主要使用清洁能源太阳能提供电力，通过布设太阳能板实现功能，最后，水泵与电磁流量计共用电源。
2.3控制灌溉单元设计
新型农田水利工程灌溉智能系统能够实现对农田农作物的自动化、智能化灌溉，主要是依托于控制灌溉单元，该单元由水泵和电磁阀控制阀门开关组成，以无线的方式对水泵和阀门的打开与闭合进行控制，而控制阀门开启度、扬程、水泵转速和流量则是由水泵控制器控制。在该智能化灌溉系统中，通过GPRS/CDMA无线网络将命令发给田间控制器，识别命令后将其传输至电磁阀和输泵控制器，之后根据命令内容对水泵、阀门等设备进行有效控制，实现农田灌溉的全自动控制。虽然控制灌溉单元具有较强的自动化和智能化水平，但为了进一步为其提供安全保障，避免系统出现问题或是故障，现场控制器会在灌溉过程中实时监测水泵、阀门开度情况以及电磁阀门的开闭状态，并将监测数据和结果传输至灌溉决策平台，为相关决策提供科学依据[2]。
2.4决策监控单元设计
在新型农田水利工程灌溉智能系统中，中心软件平台的建设以前端基础系统设计为基础，但同时具有自身的扩展性和兼容性。在科学技术水平不断提高的时代背景下，无论是现代化设备还是前端测量和采集技术，均得到了不断程度的发展，但目前人们对数据获取的需求和使用场景没有发生变化。从当前现状来看，中心软件平台主要是提供数据传输接口，整理、存储数据，对水利情报进行电子化处理，也是灌区日常业务的信息展示和办公平台，同时承载着业务流转的功能，依托于信息化技术手段提供决策意见。为此，其结构设计有二，分别如下：
第一，决策监控平台单元。该单元主要由6个模块组成，分别为渠道和库塘水位流量监测模块，通过进行各量测水站点位置进行标准，能够对水位以及流量信息进行实时显示，同时还能够动态展现设备以及水位问题；水工建筑工情监测模块，该模块主要是对目标区域的涵闸、大坝以及水闸等建筑进行标注，通过选定渠道，能够获得管理单位、灌溉面积等信息，若是在水工建筑上安装传感器，能够实现闸坝应力、孔隙水压力等参数的实时传感；农田土壤墒情和水位的监测模块，该模块主要利用传感器将农田相关信息数据进行回传，为农田水资源供应量的制定提供数据支持；电磁阀和闸门系统监控模块，以集中管控的方式对闸门济宁管理，实现无人值守以及闸站的远程控制；种植结构信息采集及上报模块，立足于数据库，能够上报各项基础信息，并按照季度对数据变化情况进行展现。
第二，决策支持系统。该系统由12个模块组成，分别为：预警与报警模块，能够对灌区渠道、取水计量等信息进行实时监视，一旦发现异常自动释放预警信息。在该模块中，还对预警信息进行等级划分，即预警信息已发生、未发生等；监视方式，该模块能够对渠道、系统运行情况以及滴灌系统进行监视，并将监视信息以图表的方式进行呈现，支持监测信息的动态刷新；鼠标悬停显示，当鼠标在站点图标上悬停时，相关信息数据会自动展示出来，包括图像资料以及基础设施情况等；交互式查询模块，该模块主要以交互的方式对目标对象的关联信息进行展示；界面地图展示模块，该模块将地图为基础，进行预警监视结果的叠加；预警发布模块，通过分析监视信息且此类信息达到预警阈值后，会以声音、邮件等信息向工作人员传送；预警内容管理模块，根据用户自身需求对重点测站进行自定义选择，编辑报警信息内容；预警阈值设置模块，可以对监视对象某一监测信息的阈值进行设定，一旦超过该阈值，自动发布预警信息；预警级别设置模块，根据不同内容对预警级别进行设置，例如使用不同的颜色和发布方式等；防汛抗旱决策支持模块，使用GIS系统推演防汛抗旱工作；供水调度决策支持模块，利用动态模拟仿真对调配水状态进行模拟，例如水位上涨情况或是水流流向等；供水调度专家数据库模块，用于掌握供水调度规律，为闸门开度方案等存储于数据库中，为相关工作提供支持[3]。
结论：综上所述，新型农田水利工程灌溉智能系统对农田灌溉、水利信息的准确获取具有极强现实意义。因此，应积极利用现代化智能技术和设备，根据实际情况设计该系统，从而提高农田灌溉计划的科学合理性。
参考文献：
[1]钱晓艳,迟明路,程存欣,等.基于物联网的移动电话APP远程监控植物灌溉系统设计[J].机电工程技术,2021,50(03):149-152.
[2]宫江平,胡雯雯,刘思嘉,等.克拉玛依园林绿化无线智能灌溉系统建设和应用[J].上海农业科技,2021(01):21-22+68.
[3]苏静池,韩改宁,李永锋,等.基于无线传感器网络的智能灌溉系统的设计[J].物联网技术,2020,10(10):65-69.