楊 光 范志華 肖 戟 蘇成貴 鐘文才

吉林省農業(yè)機械研究院，吉林 長春 130022

中國淡水資源總量為28兆立方米，占世界水資源總量的6%，位居世界水資源總量排名的第四位。然而，中國人口數量非常龐大，中國人均水資源量僅占世界平均水平的1/4，是世界人均水資源最匱乏的[1]。此外，由于中國獨特的地理環(huán)境，氣候多變，造成我國水資源在空間上和時間上的分布極為不均。中國是一個農業(yè)灌溉用水量很大的國家，傳統(tǒng)的農業(yè)灌溉技術已不能很好地滿足農業(yè)灌溉用水的需要。

1 自動化控制定義

自動化控制是指整個操作流程間接地脫離人們對系統(tǒng)的第一手操作，通過借助一些輔助的設施或者其他控制機器的裝置，使得被操作的對象（如機器、設備等）的某個工作流程或被操控對象自主地遵照最初的設定法則運行。為了達成各種繁雜的控制任務目標，被操控的對象在一開始就與控制對象的設備根據特定的方式相連接，組成一個有機的整體，這就是自動控制系統(tǒng)。對于自動控制系統(tǒng)而言，被操控對象的輸出數量被嚴格把控著，溫度、壓力或其他飛行軌跡都可能成為一個特定的值。此外，操控的裝置則是對被操控對象實施控制作用的相關機構的總概括，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制[2]。時序控制灌溉系統(tǒng)、ET智能灌溉系統(tǒng)和中央計算機控制灌溉系統(tǒng)這三類是現在經常會用到的自動化控制系統(tǒng)。其中，國內基本上使用的是時序控制灌溉系統(tǒng)。

2 農業(yè)灌溉系統(tǒng)的內容

2.1 定義

為了調節(jié)區(qū)域性缺水現狀，農業(yè)灌溉系統(tǒng)在農業(yè)生產中的運用越來越廣泛。農業(yè)灌溉最簡單來說就是農業(yè)灌溉活動。一般來說，農業(yè)灌溉方式可分為三種：一種是常用的地面灌溉；一種是普通噴灌；還有一種是微灌。農業(yè)灌溉系統(tǒng)的具體組成部分主要包括排水、供水、配水、蓄水、退水等各級渠溝或管道，相關灌溉設施和建筑物。農業(yè)灌溉系統(tǒng)流程首先從水源區(qū)獲取灌溉水源，然后通過各輸水配水渠道或管道以及其他輸水設施進行水源運送，最后將水源送達農業(yè)耕作區(qū)進行配水灌溉。

2.2 分類

農業(yè)灌溉系統(tǒng)可分為渠道灌溉系統(tǒng)和管道灌溉系統(tǒng)兩大類。

(1)渠道灌溉系統(tǒng)

從水的源頭、提供水的渠道和其他相關建筑物向農田供水、然后通過田間輸送水源的這一整個工程是渠道灌溉系統(tǒng)。渠道灌溉系統(tǒng)有三大主要組成要素，即渠道源頭工程、輸送水源工程和儲水蓄水的田間工程[3]。渠道源頭工程負責取水源頭的水的輸送和水的調配，是整個渠道灌溉系統(tǒng)的最為開始的部分；輸水工程包括水閘、閘門、渡槽、瀑布、陡坡等輸水過程中的輔助建筑物和輸水通道。田間野外工程是指溝和渠的統(tǒng)稱，一般包括渠、溝、壟、田、小測水設備。田間工程主要職責是將水源地運輸過來的水直接運輸到田間，根據田間農作物的需要及時進行灌溉調節(jié)。渠道灌溉系統(tǒng)的各部分相互配合，缺一不可。

(2)管道灌溉系統(tǒng)

管道灌溉系統(tǒng)是指將水處理后由有壓或無壓管道網從水源地輸送到田間的整個流程工程。和渠道灌溉系統(tǒng)一樣，管道灌溉系統(tǒng)也由三部分組成：第一個輪轂（從進水和處理）、分配管網（水的輸送和分配）和灌水器（水在現場分布）。管道系統(tǒng)分很多種。根據結構形式，管道系統(tǒng)可分為開式（自由水調節(jié)井，分流管）、封閉式（閉管，管內一定壓力）、半封閉式（控制閥開閉、浮球閥）；根據工作壓力的大和小，有無壓力、低壓、中壓和高壓四種灌溉管道系統(tǒng)。依照輸送水和配送水的方式又可分為加壓輸水系統(tǒng)和自壓輸水系統(tǒng)。依照工作方式，可分為移動式、半固定式和固定式；根據管網分類，可分為樹形網絡和環(huán)狀網絡。

2.3 現狀

國內灌溉技術的發(fā)展已經具有兩千多年的歷史，最早可追溯到楚國孫叔敖利用大別山上來水，形成既能防下游水澇又能供上游灌溉的期思陂[4]。到現在，我國水灌溉技術已經有了長足的發(fā)展，但相比于國外一些發(fā)達國家而言，我國的灌溉技術多半還只是處于半自動化和人工的程度。除此之外，由于我國灌溉技術多由國外引進，國外已經根據其本國的情況形成了固定的灌溉模式，這也就意味著，我們在引進外國灌溉技術的同時也引進了適應他國的灌溉模式，由于不同國家的灌溉實踐存在的差異，導致了他國先進灌溉技術在我國的不適應性。因此，中國農業(yè)灌溉技術自動化的發(fā)展仍是一個等待解決的問題。

3 農業(yè)灌溉系統(tǒng)自動化控制的必要性

3.1 社會發(fā)展趨勢

農業(yè)生產勞動水平對于一個國家經濟發(fā)展水平的評定自古以來都占有非常重要的地位。區(qū)域間的水資源分配不均加劇了各地區(qū)生產水平的差異。南方地區(qū)氣候獨特，降水充足，多洪澇之災。而在北方和西北地區(qū)，降水稀少，甚至有時干旱數年。在過去經濟發(fā)展水平落后，人們根本無力抵抗自然，農業(yè)灌溉技術的落后成為了歷史的必然。雖然現在我國水資源的時空差異仍然存在，但當代社會是一個智能化的時代，現代信息技術的發(fā)展為實現農業(yè)全面自動化灌溉提供了一個非常有利的條件。通過對他國先進灌溉技術的借鑒、反思與總結，我國逐漸摸索出了適合我國農業(yè)灌溉的自動化控制灌溉技術。

3.2 傳統(tǒng)農業(yè)灌溉不足

傳統(tǒng)農業(yè)灌溉大部分只是局限在人工灌溉和借助于一些簡單的灌溉工具方面（如水車）。隨著物價上漲，農田灌溉員的雇傭成本也在上漲。對于擁有廣闊的農田的農場主而言，高昂的人工成本讓其難以擔負。自動化灌溉系統(tǒng)的前期投入成本雖然也高，但畢竟是一次性投入，相比于每年需負擔的高人工成本來說，自動化灌溉系統(tǒng)在經濟成本上還是比較劃算的。另外，傳統(tǒng)農業(yè)灌溉技術解決的問題大多停留在小區(qū)域間的水資源分布不均上。對于大面積內的水資源分配問題還是不能很好地加以解決。最后，傳統(tǒng)農業(yè)灌溉因技術問題的缺陷，灌溉技術較為粗糙，水質水量也因灌溉技術的不足受到很大的影響。

4 自動化控制在農業(yè)灌溉中的應用優(yōu)勢

自動化控制灌溉技術的優(yōu)勢主要表現在以下幾個方面：操作簡單、防腐蝕性強、潔凈度高、節(jié)水性能高。農業(yè)灌溉系統(tǒng)對操作者的操作水平要求一般不會太高，所以自動化控制系統(tǒng)的灌溉設計相對來說易操作。農業(yè)灌溉過程會摻雜化肥的使用，化肥中含有大量的腐蝕性物質，自動化控制灌溉選擇了防腐蝕性強的材質作為管道或渠道輸水設施。由于自動化控制灌溉系統(tǒng)設置簡易，輸水過程中水源通過的渠道較少，因此輸送到灌溉地的水潔凈度也高。自動化控制灌溉系統(tǒng)除了能智能設定灌溉模式之外，也能通過手工設定，智能設定與人工監(jiān)管相結合模式降低了水資源在運輸過程中的流失率[5]。

5 結語

自動化控制系統(tǒng)在農業(yè)灌溉領域占有重要的地位，合理地運用自動化控制系統(tǒng)對國家農業(yè)發(fā)展可以起到良好的促進作用，也有利于更好地節(jié)約水資源，從而緩解水資源匱乏地區(qū)的用水緊張問題。相信在不久的將來，基于自動化控制系統(tǒng)的農業(yè)灌溉技術將會遍及中國大江南北。