智慧化節水灌溉技術的發展論文

智慧化節水灌溉技術的發展論文

　　隨著智慧科技的不斷進步，節水灌溉技術的發展也逐漸趨於自動化和智慧化。智慧化節水灌溉技術是傳統的節水灌溉技術與現代資訊科技有機結合的產物，以提高水資源的利用效率，達到最優節水增產的目的。

　　本文透過對國內外智慧化節水灌溉技術的研究及應用現狀分析，分析了我國智慧化節水灌溉技術的發展現狀及其存在問題，並闡述了在我國發展智慧化節水灌溉技術的必要性，這將對節約用水、提高作物產量，促進我國現代化節水農業的發展具有十分重要的意義。

　　我國水資源總量豐富，但人均佔有量不足世界人均值的1/4，作為農業大國，農業用水佔據全國總用水量的70%以上，日益嚴重的水環境汙染和水資源浪費，更加劇了水資源的缺乏，使得用水矛盾更加凸顯。隨著水資源的日趨緊張，世界各國都在積極探索行之有效的節水措施[1]。

　　噴灌法、微灌法、滲灌法等，都是為解決水資源不足、提高灌溉水利用效率而發展起來的現代化的高效節水措施[2-3]。然而與節水農業發達的`國家相比，我國的噴灌、滴灌佔有效灌溉面積的比例極低，且自動化、智慧化程度不高，這與我國水資源嚴重緊缺的形勢不相適應。

　　1 國外智慧化節水灌溉技術的研究

　　智慧化灌溉是為了能更加高效的利用水資源，達到最優的節水增產目標，把生物學、人工智慧、微電子等多種高新技術結合到節水灌溉技術中，按照不同作物對水的需求量不同進行不同水量的灌溉。

　　其中智慧化灌溉控制器是智慧灌溉的核心，能根據降雨量、當前溫度、歷史用水情況，以及土壤含水量等要素，自動調整灌溉執行時間[4]。

　　隨著現代工業向農業的滲透和微電子技術的應用，國外的設施農業也不斷地向智慧化方向發展[5]。雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司在20世紀80年代成功研製了智慧化中央計算機灌溉控制系統，並且隨著計算機硬體、軟體的飛速發展，該系統也得到了越來越多的應用。

　　國外節水灌溉技術發展較早，已經形成了一定的規模，加上他們利用先進的電子計算機技術實現了對灌溉控制的自動化管理。其中又以美國、以色列、澳大利亞等幾個國家最為突出。

　　美國瓦爾蒙特工業股份有限公司和ARS公司聯合開發的一種紅外溼度計能夠自動讀取作物葉面溼度，並將其反饋給中央控制器，然後透過電腦對灌溉系統發出灌水的指令;以色列極度缺水，透過全國鋪設管道輸水來降低輸水損失，並大量採用噴灌、滴灌技術，透過家庭計算機和無線控制技術對灌溉實行自動化的管理使得其灌溉水有效利用係數達0.9以上[6-7]。

　　2 國內智慧化節水灌溉技術研究現狀

　　我國的節水農業根據我國國情，在科技工作者不斷地推陳創新中形成了自己的特色和優勢，但在現代化的資訊科技、現代工業、人工智慧的利用上與發達國家相比依舊存在差距。在農業節水灌溉技術上缺乏競爭力。

　　自1990年起科技部透過863計劃，我國就開始實施農業節水智慧化示範區的工程建設，近些年來智慧化節水灌溉已有所發展。

　　北京市第1個農村節水灌溉計量資訊化管理的示範區通州區，於2010年建成實現了村級農業用水的智慧化計量管理[8];雲南省昭通市昭陽區的智慧化灌溉蘋果園，利用電磁閥實現了對園內滴管、微噴設施的遠端控制[9];

　　唐山市豐南區的智慧井房建設更是做到了計算機與遙感技術、感測器等的結合，聯絡農業部土壤墒情、氣候預報，做到了更加精準的農業灌溉[10]。這些智慧化的灌溉及管理措施給當地供水部門的工作帶來了便利的同時也極大地提高了農業用水的效率，也實現了農業的增產增收。

　　雖然智慧化節水灌溉在我國已有所探索並在區域性地區開始應用，但這些只是區域性小範圍的，而且靠大量的財政扶持，尚沒有形成一個完整的產業體系，也沒有做到大範圍的推廣。

　　3 智慧化節水灌溉的必要性與趨勢

　　2012年國務院辦公廳印發的《國家農業節水綱要(2012-2020年)》[11]給出了到2020年農田灌溉水有效利用係數達0.55以上發展目標。截止2013年底，我國高效節水灌溉面積為1.42×107hm2[12]，根據相關部門預測，到2030年底我國缺水量將高達1300～2600億m3，其中農業缺水量達500～700億m3。

　　而且我國水資源分佈極不均勻，在地域上南多北少、東多西少，在時間上雨季旱季明顯，佔耕地面積60%以上的北方水資源量只有20%左右。

　　“十三五”規劃中，我國要新增高效節水灌溉面積0.067億hm2，農田有效灌溉面積達0.67億hm2以上。如何解決缺水與灌溉面積增加之間的矛盾，來緩解水資源緊缺的問題，實現作物高產穩產，這就需要在灌溉系統中合理地推廣自動化控制，並逐步提高節水灌溉的智慧化水平。

　　就目前而言，我國智慧化節水灌溉技術還處於初級發展階段。與節水農業發達的國家相比，我國農業節水灌溉現有水平不高，在引進的自動化控制器中大多不能適應中國的實際情況，不僅如此，高昂的價格更是阻礙了在我國的推廣[14-16]。

　　在國家對農業發展要求和農業用水緊缺的矛盾中，高效的、自動化、智慧化的節水方式應該成為我國農業節水灌溉的發展目標。而發展的相對滯後也帶來了潛在的巨大市場。

　　4 結束語

　　水資源短缺與水汙染嚴重是世界性問題，農業是用水大戶，如何解決農業用水浪費、提高灌溉水利用率是世界各國面臨的共同問題。在現代工業的支撐下，現代農業節水灌溉技術也在向著智慧化方向發展。

　　隨著社會對農業要求的不斷增高以及現代化農業技術水平的不斷提升，結合人工智慧、現代資訊科技、3S技術的應用，農業節水灌溉技術也將有更深層次的發展，從自動化的不斷普及開始，向更安全、高效、多功能控制的智慧化節水灌溉方式邁進，這必將給中國的節水農業帶來巨大的社會效益和經濟效益。