農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)智慧化的一般界定
農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)智慧化指的是在傳統(tǒng)的農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)上，合理利用現(xiàn)代智慧化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。傳統(tǒng)的農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉系統(tǒng)一般包括農(nóng)田水力學(xué)、生態(tài)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科知識，現(xiàn)代智慧化技術(shù)的內(nèi)涵十分廣泛，如地理信息系統(tǒng)知識、人工智能技術(shù)、現(xiàn)代化通訊技術(shù)、遙感技術(shù)等。智慧化技術(shù)可用于節(jié)水灌溉技術(shù)的環(huán)節(jié)較多，如改進(jìn)設(shè)備，建立精準(zhǔn)灌溉體系等，從而更好的滿足農(nóng)作物不同時期、不同部位對于水分的不同需求，實現(xiàn)“精準(zhǔn)灌溉”。
農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉智慧化化技術(shù)主要要求
農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉智慧化化技術(shù)帶來的好處明顯，但并非所有智慧化技術(shù)均可用于節(jié)水灌溉。一般來說，實現(xiàn)智能化節(jié)水灌溉的技術(shù)系統(tǒng)需要滿足這些要求：首先，節(jié)水灌溉智慧化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有多個子技術(shù)模塊，各個模塊針對農(nóng)田水利工程的灌溉環(huán)節(jié)需求發(fā)揮不同的作用。既能夠作用于不同的控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)層次化設(shè)計和控制，這里的層次化主要取決于各個環(huán)節(jié)的重要性優(yōu)先級。其次，節(jié)水灌溉智慧化系統(tǒng)需要有合理的配置，這里的配置是指技術(shù)運行的內(nèi)外部配置，包括投資成本、運行空間、操作便捷性、運行環(huán)境等。節(jié)水灌溉智慧化技術(shù)的應(yīng)用必須要符合前述指標(biāo)的要求，以確?！暗团涓咝А?、“簡單便捷”的實現(xiàn)最大的作用。最后，節(jié)水灌溉智能化技術(shù)要能夠?qū)崿F(xiàn)一定的創(chuàng)新作用，如高效的采集水利工程的運作數(shù)據(jù)，包括氣象、土壤、生長等指標(biāo)。或具有強(qiáng)大的控制功能，如遠(yuǎn)程控制等功能以實現(xiàn)自動化灌溉。再如考慮到綠色生態(tài)的作用，能夠巧妙的利用生態(tài)資源實現(xiàn)節(jié)水的目的。
推進(jìn)農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉智慧化進(jìn)程的措施
1、積極應(yīng)用相關(guān)節(jié)水灌溉配套技術(shù)
節(jié)水灌溉相關(guān)配套技術(shù)是指在傳統(tǒng)的農(nóng)田水利工程技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一些比較先進(jìn)的、新型的灌溉技術(shù)，常見的有低壓灌溉技術(shù)、滴灌技術(shù)、微噴技術(shù)等，這些技術(shù)在推進(jìn)農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉智慧化進(jìn)程中均扮演了重要的角色。相關(guān)配套技術(shù)在國內(nèi)當(dāng)前的農(nóng)田水利工程中應(yīng)用均比較頻繁。
（1）低壓灌溉技術(shù)
低壓灌溉技術(shù)突破了農(nóng)田水利工程的地形限制，成本較低，操作簡便，顯著提升了傳統(tǒng)大水漫溉的水資源利用率。有學(xué)者指出，其提升率在10%～15%。
（2）滴灌技術(shù)
滴灌技術(shù)需要在作物根系附近鋪設(shè)滴灌管道，管道的鋪設(shè)參數(shù)需要考慮品種、種植模式、地形特色、具體需求等。滴灌能夠調(diào)節(jié)管道水泵壓力控制供水量的大小，精準(zhǔn)控制農(nóng)田灌溉的時間和水量，還能夠避免水資源的浪費。現(xiàn)代講究“水肥一體化”的農(nóng)田管理原理，滴灌技術(shù)有利于實現(xiàn)灌溉和用肥的一體化，降低成本，提高效率。
（3）微噴技術(shù)
微噴技術(shù)包括固定式、移動式兩種，微噴技術(shù)需要借助一定的設(shè)備實現(xiàn)，能夠?qū)r(nóng)作物不同器官的具體需求實現(xiàn)節(jié)水灌溉。利用微噴技術(shù)可以適時調(diào)節(jié)噴頭，更有效地提高水資源的利用率，也可以利用水肥一體機(jī)實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。但是微噴技術(shù)具有一定的局限性，例如對應(yīng)用環(huán)境有一定的要求，大風(fēng)天氣可能會出現(xiàn)灌溉不均勻問題；再如對應(yīng)用水質(zhì)也有一定的要求，如果水資源中具有較多的沉積物，則可能會堵塞噴頭。
2、綜合應(yīng)用現(xiàn)代智慧化技術(shù)
（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)代化通訊技術(shù)的重要組成，常用于農(nóng)田水利工程技術(shù)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有LoRa通信技術(shù)、NB-IOT技術(shù)等。以LoRa通信技術(shù)為例，該技術(shù)具有遠(yuǎn)距離無線通信、抗干擾、靈敏度高、低功耗等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。利用LoRa傳感器實現(xiàn)通信，通過MQTT消息傳送協(xié)議和云端服務(wù)器通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析。有學(xué)者報道，基于LoRa通信技術(shù)的節(jié)水灌溉技術(shù)能夠減少33%的灌溉用水，在農(nóng)田水利工程中具有良好的應(yīng)用前景。
（2）計算機(jī)控制技術(shù)
計算機(jī)控制技術(shù)是農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉智能化發(fā)展的重要技術(shù)手段，能夠依據(jù)不同的需求發(fā)揮不同的作用。工作人員借助計算機(jī)控制技術(shù)對節(jié)水灌溉系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計，深度開發(fā)利用，能夠顯著助力農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。應(yīng)用于農(nóng)田水利工程中常見的計算機(jī)控制技有無線控制技術(shù)、有限控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)等，一般來說需要合理設(shè)計的模塊包括系統(tǒng)原理、采集端硬件、采集端程序、系統(tǒng)通信、數(shù)據(jù)服務(wù)、客戶端應(yīng)用軟件等。計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，為農(nóng)田現(xiàn)代化發(fā)展和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提供了智慧化支撐。
（3）3S技術(shù)
3S技術(shù)是一種智慧化的綜合技術(shù)的集成，其中包括了三大領(lǐng)域的現(xiàn)代智慧化技術(shù)，一是遙感技術(shù)（RS），二是全球定位系統(tǒng)（GPS），三是地理信息系統(tǒng)（GIS）。農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉系統(tǒng)中應(yīng)用3S技術(shù)對于農(nóng)田現(xiàn)代化發(fā)展具有積極的作用。利用3S技術(shù)能夠精準(zhǔn)獲取農(nóng)作物的生長信息，通過計算和分析，掌握依據(jù)不斷時間、不同需求、不同灌水量的需求，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，發(fā)揮節(jié)水灌溉的目的，增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
3、加強(qiáng)管理工作
農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)智慧化發(fā)展離不開有效的、科學(xué)的管理體系，其中涉及最重要的管理要素就是水資源，包括水資源的總量、用水量、節(jié)水激勵制度等。建議控制好水資源總量，通過科學(xué)的管理實現(xiàn)引水和耗水的合理規(guī)劃。同時，應(yīng)當(dāng)做好農(nóng)田水利工程用水量的計量工作，建立階梯水價等管理模式，實現(xiàn)水資源保護(hù)和生態(tài)農(nóng)田建設(shè)。最重要的是，推行有效的“節(jié)水激勵制度”，依據(jù)農(nóng)田實際的引水和耗水指標(biāo)，對節(jié)水表現(xiàn)優(yōu)異的區(qū)域予以適當(dāng)?shù)莫剟?，幫助?jīng)營者和管理者提高節(jié)水意識，激發(fā)節(jié)水積極性，促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用。
農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)智慧化發(fā)展離不開有效的、科學(xué)的管理體系，其中涉及最重要的管理要素就是水資源，包括水資源的總量、用水量、節(jié)水激勵制度等。建議控制好水資源總量，通過科學(xué)的管理實現(xiàn)引水和耗水的合理規(guī)劃。同時，應(yīng)當(dāng)做好農(nóng)田水利工程用水量的計量工作，建立階梯水價等管理模式，實現(xiàn)水資源保護(hù)和生態(tài)農(nóng)田建設(shè)。最重要的是，推行有效的“節(jié)水激勵制度”，依據(jù)農(nóng)田實際的引水和耗水指標(biāo)，對節(jié)水表現(xiàn)優(yōu)異的區(qū)域予以適當(dāng)?shù)莫剟?，幫助?jīng)營者和管理者提高節(jié)水意識，激發(fā)節(jié)水積極性，促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用。
農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)智慧化發(fā)展對于現(xiàn)代化農(nóng)田的發(fā)展具有顯著意義，一方面是智慧化技術(shù)能夠大幅減少農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉所需的成本，包括人力、財力、物力成本等，從而提升農(nóng)田的經(jīng)營利潤；另一方面，利用智慧化技術(shù)構(gòu)建的智慧化節(jié)水灌溉技術(shù)系統(tǒng)，能夠?qū)r(nóng)田進(jìn)行檢測，分時段分需求的確定灌溉時間和灌水量，實現(xiàn)智能灌溉、智慧灌溉。此外，由于智慧化技術(shù)伴隨時代的發(fā)展在不斷的更新和升級，有利于進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)智能化水平，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和效益。
來源：《農(nóng)業(yè)工程技術(shù)-農(nóng)業(yè)信息化》2023年第12期，目次33。
作者：吳進(jìn)元（菏澤市牡丹區(qū)牡丹街道辦事處）