移动式全自动节水装备在农业科技中的应用

摘 要：根据青海省政府编制的《柴达木循环经济试验区总体规划》，要求青海省以转变经济发展方式为主线，以体制、机制创新和科技进步为动力，按照循环经济的基本原则，综合考虑资源优势、环境承载能力、现有开发强度和发展潜力，统筹传统产业的改造升级和新兴产业的健康发展，切实加强柴达木循环经济产业园区的规划和建设，积极培育循环经济产业链和循环经济骨干企业，加大循环经济支撑技术的研发、推广力度，努力把试验区建成国家循环经济的示范区。结合柴达木试验区干旱少水的实际情况，为提高水的利用率，节能降耗研发出一种可移动式的全自动施肥（加药）节水装备，有效解决了目前灌溉技术水平落后的问题。

关键词：节水装备；移动撬块；自动施肥；灌溉

中图分类号：F320 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2015）16-0024-03

针对青海省气候条件和人类生存环境恶劣，地广人稀、干旱缺水的自然情况，为促进农业及牧业的发展，加快高效节水灌溉技术的研发及推广势在必行，紧紧抓住国家新一轮西部大开发战略的实施和水利部与青海省政府签签署加快青海藏区水利发展与改革《合作备忘录》的历史机遇。全局青海省各县发展节水灌溉的需求，参考《青海省“十二五”发展高效节水灌溉实施方案》，青海省规划在2013―2017年发展高效节水灌溉面积110万亩，为节约水源及避免水的污染，拟定节水灌溉工艺的研发及制造，输水材料选用PVC管道。在青海省格尔木市进行350亩节水灌溉装置的研发和制造，待研发出适合青海省特殊地理环境的节水灌溉装置及标准规程后，以便将来在全省范围内大面积推广该技术，从而真正解决青海省干旱缺水的实际问题。

结合青海省地广人稀、劳动力缺乏的实际情况，在研制节水装置的同时，结合青海盐湖工业股份公司在自动化控制方面所取得的成绩，着重开发水肥一体化、水药一体化及自动控制系统的研发与探索，使节水装置与施肥、施药实现同步自动化，大大减少工作量。

一、节水装备选择优越性

1.本节水装置首部装置拟采用移动撬块式首部装置，即将过滤器、施肥器、仪表控制箱、动力控制箱、水箱、自控阀门、压力表、传感器、流量计等相关部件集中布置在一个撬块上。既便于安装又便于集中控制。

节水装置首部一般由输送水泵、过滤器、加药（肥）装置、计量仪表、控制阀门、仪表/电气控制系统及连接管路及辅助部分发电机、带车轮的撬块、驱动马达等构成，现在大部分该首部装置的布置为输水泵和电气控制柜放置在一个厂房，过滤器及加药装置布置在一个厂房，每个厂房的布置都比较凌乱，不便于控制；节水装置灌溉系统首部投资占灌溉系统总投资的60%，若农田占地面积小，单独上一套首部装置得不偿失，所以很多小面积农户无法实现节水灌溉；青海省地处高原，多山丘，很多可耕种地块位于偏僻地段，没有可用动力电源，未解决这一问题，在移动撬块灌溉装置首部安装发电机，利用驱动马达带动发电机可以满足用电需求。

为更好地规范节水装置首部的布置，现开发出移动撬块式灌溉系统首部，将首部装置的各设备、电仪控制系统及连接管路等集中布置在一个可移动式的撬块上，通过驱动马达可以将灌溉系统的首部移动到不同的农田部位，无论农田面积的大小，需灌溉部位是否有动力电源均可以实现农田灌溉。该移动撬块式节水装置首部移动动力为马达，此马达可用于移动首部装置，并可用于发电机的动力。该装置结构简单、灌溉成本低，有效地解决了无电地块、面积小地块无法灌溉的问题，规范节水灌溉措施，提供灌溉系统首部的利用率，保证了所有干旱缺水农田的灌溉，同时为农田增收提供了有力保障。

2.采用自压补水系统。即设置高位水箱，根据水箱的液位下限和上限的设定，水泵自动启停。

3.全自动施肥系统。即在泵出口管道安装（文丘里或是射流器），并在管道上安装流量计和调节阀，在化肥储罐的出口管道也增加流量计及调节阀，根据PLC组态设定肥和水的比例，实现自动施肥程序。

滴灌系统工程节水装置施肥或是加药一般采用人工搅拌溶解、用量估算等办法进行施肥和加药，存在药或是肥的配比浓度不均匀的问题，造成有的地块施肥或施药过多，有的地块肥料或施药又较少，加量较多地块可能导致秧苗烧死，加量较少地块起不到肥或是药的作用，造成产能下降。现在大部分过滤设备，没有安装压力检测设备，过滤器堵塞或是过滤效果下降无法发现，检查出过滤器堵塞之后，一般采用人工清理的办法进行清理。因为过滤器内部结构紧凑，且过滤器的密度较高，采用人工清理只能处理表面的杂质，对设备内部无法清理，导致过滤器频繁堵塞，严重影响使用效率。该装置通过安装自动加药系统和过滤器反冲洗系统，增加了药或肥的配比浓度的均匀性和灵敏性，并能对过滤系统进行自动彻底清理、提高其使用效率等。

4.在支管的输水管道增加电磁阀，在PLC系统设置时间继电器，设置滴灌的时间和频率。

5.根据枸杞的实际生长情况，在输水主管抽头设置喷灌设施，根据实际需要，通过时间继电器控制喷灌次数。进而实现页面的喷淋和施肥（施药）的效果。

二、工艺特点及创新

原有生产工艺及存在问题。通过对新疆天业节水装置有限公司及新疆昌吉市节水装备示范区的考察发现，目前新疆95%的农作物均采用滴灌技术解决土地水分缺失的问题，从灌溉形式来看，基本采用膜下滴灌技术，此技术在新疆广泛采用，节水效果明显，且农作物产量大增，新疆所种农作物一般为棉花、小麦、玉米、大豆等，现使用过程中存在如下几方面的问题：

1.每年收割一次，收割后为提高第二年农作物的产量需要对土地进行翻耕，所以铺设的地膜及滴灌带，每年都要更换一次，每年对于膜下滴灌都会产生相应的地膜和滴灌带的费用。

2.节水装置的首部布置分散，占地面积大，节水装置首部所供土地面积小，设备闲置时间长。

3.施肥及施药基本采用人工配比，自动化程度落后，水药比、水肥比控制偏差较大，极大影响肥效和药效。

4.采用明渠供水，水渠污染水质，水渠水蒸发量大，耗水量增加。

针对格尔木特殊的地理环境，土地适合种植枸杞而且产量高，品质好，因枸杞的结果期可以达到（十至十五年），建议采用膜下滴灌种植枸杞，比较新疆的地膜覆盖技术，有如下改进措施：

首先，采用厚地膜（地膜厚度进行试验研究），因枸杞的种植不需要每年对土地进行翻耕，所以延长地膜的使用年限到六年。

其次，根据格尔木可耕种面积比较分散的特点，开发研究可移动式的节水首部装置，将每块地的灌溉时间错开，只需在集中地块埋好输水主管、直管及滴灌带，做一个蓄水池既可以实现，将灌溉用的首部装置集中布置于一个框架上，在框架的底部装上可以移动的平板车，即将固定式节水装置变成移动式积水装置，可以供不同的灌溉区域。本节水装置首部装置拟采用移动撬块式首部装置，即将过滤器、施肥器、仪表控制箱、动力控制箱、水箱、自控阀门、压力表、传感器、流量计等相关部件集中布置在一个撬块上，既便于安装又便于集中控制。

再次，格尔木地区缺水干旱，水分蒸发量大的特点，由明渠输水改为暗管输水，根据相关统计，采用PVC管道输送地下水，使用年限可以达到五十年以上。

最后，为提高肥料及农药的效率，采用全自动水肥一体化控制系统

三、实施后取得的成效

1.采用节水灌溉装备及管道输水过程，减少水分的流失，解决农田灌溉缺水问题。

2.随着节水灌溉装备的逐渐完善，研发水肥一体化及水药一体化节水灌溉装置，提高水、肥及农药的综合利用率。随着投资的不断增加逐步实现节水灌溉装置的自动化作业，解决肥料及农药的流失问题。

3.随着节水灌溉产业的逐步推广，PVC产品管材及管件的需求量将逐步增加，能够解决PVC粉料及PVC深加工产品销售难的问题，从而实现农业带动工业的发展趋势。