现代灌溉节水技术【文献综述】

文献综述

电气工程及自动化

现代灌溉节水技术

摘要：我们是个水资源匮乏的国家。通过对现阶段的节水技术的了解，主要有GIS灌溉技术、GPRS系统灌溉技术、基于GE Cimplicity的管道灌溉技术和基于PLC的灌溉技术等。由于PLC 使用方便，可靠性高，操作简单等优势，使得PLC在节水灌溉上的应用是更具优势。

关键词：节水灌溉；灌溉技术；PLC

一、引言

中国是一个水资源短缺的国家，人均水资源量只有2200m3/hm2，约为世界人均水量的1/4，居世界109位；耕地平均占有水量为2.1×104m3/hm2，约为世界平均水平的3/5。由于各地区处于不同的季风带及受季风气候影响，降水在时间和空间分布极不均衡，与农业用水、土地资源不相适应；再加上水污染严重，水质型缺水的出现，更加剧了水资源的短缺[1]。

随着经济社会的发展，用水量持续增长，用水结构也会不断变化。据统计，2003年农业用水占总用水量的比重已由1980年的88 %下降到66 %；工业用水由10%提高到22.1%；城镇生活用水由2%提高到11.9%。城乡生活及工业用水的增加，用水结构的进一步调整，对供水水质和保障率提出了更高要求[1]。节约用水、高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途径，是提高用水效率的核心内容。农业的节水灌溉是节约用水、高效用水的一项无可替代的战略措施，是节约农业用水为中心的高效技术措施，是现代农业的重要内涵[1]。

“节水”一词通俗易懂，更确切的提法应当是“高效用水”。“节水灌溉”的真正涵义是，在充分利用降水和土壤水的前提下高效利用灌溉用水，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益。

二、现代灌溉节水的方法

2.1GIS灌溉技术

地理信息系统（Geographic Information System 简称GIS）是近20年发展起来的计算机空间数据处理系统。GIS 就是在计算机软、硬件技术的支持下，对地理信息进行采集、存储、操作、分析和显示，以便得到用户所需的地理以及相关信息[1]。用GIS描述水利建设的各个方面，是十分方便的。如在区域防洪中，可根据区域地形图，十分轻松地绘制出地面等

高线，不同程度暴雨淹没范围皆可以准确显示。根据排水能力和降水过程，决定排涝站的运行状态。“数据实时采集（控制）”是指对被控参数的瞬时值进行检测、采集，并根据采集到的数据输入进行分析，再根据情况决定进一步的控制过程。随着计算机技术的迅速发展，实时控制系统已经被广泛地应用到如电力、电信、水利、化工、交通等国民经济的各个领域。GIS与实时数据采集（控制）系统的集成不是两者简单的合并。本文就GIS在实时控制系统中应用做了一些研究。采用该系统后，对灌溉区域的用水量，水泵分布的状况以及使用的情况有了一个十分形象和图形化的了解。方便调度员与决策者准确无误地进行灌溉或排涝调度。

2.2GPRS系统灌溉技术

整个系统主要分为两层：现地控制层和远程监控层，现地控制层主要由PLC、智能传感器以及触摸屏等设备构成；远程监控层主要由位于Internet中的防火墙、服务器、监控主机以及监管手机等构成。两层之间通过GPRS通信网络联系起来，两层中的设备都具有相互交换数据的能力，其中手机终端与其他设备之间、数据终端设备(DTU)之间以短信息的形式通信，GPRS通信模块与远程监控层服务器[2]。

2.3基于GE Cimplicity的管道灌溉技术

监控系统界面包括监控主界面、水库管理站界面、调度中心管理站界面、1号用户管理站界面、2号用户管理站界面以及各个设备的模拟现场界面。监控系统主界面模拟了整个输水过程，能够监视整个输水过程中各个设备的运转情况，显示各种数据[3]。输水过程中各个设备的控制主要在各个管理站界面上实现。

2.4 基于PLC的灌溉技术

目前，在一些大型的灌区采用一种用组态软件开发出的节水灌溉远程自动控制系统，但其经济因素及适用性和针对性对中小型的温室大棚而言并不适用。在节水灌溉自动控制系统中以PLC作为控制核心，通过PLC的RS232口与管理机通信，以实现集中化管理。PC机作为上位机对其进行定期的数据收集、存储以及进行一定程度的监控和数据设定，并且能实现灌溉的定时定量控制和循环控制[4]。PC上位机主要完成系统时间的设定、灌区灌溉时间的设定和实时监视灌区电磁阀的运行状态。基于此，设计选型时采用一般的个人计算机作为上位机。PC机价格适中，操作简单方便，内存大，人机界面友好，且带有标准的RS-232通信接口，易于和外围设备相连。根据本系统实现灌溉是很方便的[5]。

三、结论

我国农业灌溉用水约占全国用水总量的80％以上，在灌溉水的有效利用率只有约40％，

即有60％左右的水不能被作物利用。所以，农业灌溉节水在各行业的节水中是大户，节水首先要抓农业灌溉节水，不抓紧不行，节水灌溉必须靠先进机械设备来完成。基于PLC的自动化控制喷灌系统是将自动控制与喷灌系统有机地结合起来，使喷灌系统在无人干预的情况下通过控制器按规定的程序自动进行喷灌；而且PLC使用方便，可靠性高，操作简单，通过管理的有效途径，最大限度地满足作物对水分的需要，精细农作物灌溉，减少水的浪费。同时，在系统硬件组成不变的情况下，通过更改软件设置来适应多种运行方式的需要，尤其在农田水利系统的小型泵站中可实现无人值守或半无人值守，具有广阔的应用前景和使用价值[9]。参考文献

[1］罗云启，罗毅.数字化地理信息系统Mapinfo 应用大全［M］.北京：北京希望电子出版社，200l.

[2] 文志城．GPRS网络技术[M]．北京：电子工业出版社，2004．

[3] 李生民，孙旭霞，范建刚．基于GPR$的城镇给水泵站远程监控系统[J]．中国给水排水，

2005，21(7)：74-76．

[4] 欧阳擎．计算机监控技术在排涝泵站的应用[J].中国农村水利水电，2003(4)：54- 55．

[5] 官平，谢守勇，戴星等.基于PLC的灌溉控制系统设计[J].节水灌溉，2006(6)：68-69.

[6] 水利部农水司. 旱作物地面灌溉节水技术[M].北京:中国水利水电出版社，1999.

[7] 水利部农水司. 喷灌工程技术[M] . 北京:中国水利水电出版社，1999.

[8] 钟肇新，范建东．可编程控制器原理及应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2004．

[9] 张兵，袁寿其等.基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计[J].广西水利水电，2004 (3)：

15-17.

[11] Agricultural Water Management Volume 56， Issue 2， 30 July 2002， Pages 93-112

[12] Advances in Agronomy Volume 75， 2002， Pages 135-171.