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水利信息化助力东阿农业灌溉用水高效利用

2026-03-28 07:01:06

本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2025年第8期，目次33

摘要：该文针对东阿县传统灌溉中设施老化、用水粗放等问题，提出以智能监测系统（墒情、气象实时采集）与水资源管理系统（彭曼-蒙特斯公式、ET0模型耦合）为核心的水利信息化方案。通过数字孪生技术模拟灌溉过程，结合作物需水规律实现精准调配。实践显示，示范区亩均灌溉用水量减少34%，灌溉水利用系数从0.52提升至0.72，地下水位回升0.8 m，年节水效益超过300万元，作物增产12%～20%。研究为黄淮流域农业灌溉现代化提供了“监测-决策-调控”的闭环实践经验，其技术模式符合绿色农业发展要求。

关键词：智能灌溉；数字孪生；墒情监测；ET0模型；水权分配

东阿县作为山东省重要粮食基地，面临灌溉设施老化和用水计量不精准等问题，初步估算水资源浪费比例达20%，年均经济损失超过500万元[1]。本文通过分析智能监测、水资源管理等技术的应用路径，评估了其对水资源利用、作物产量及经济效益的影响，旨在为黄淮流域等农业区的灌溉现代化转型提供实践经验，推动农业绿色发展和水资源可持续利用。

东阿县农业灌溉现状分析

1.1 地理与气候条件

东阿县位于山东省西部、聊城市东部，地处黄河下游冲积平原，地理坐标介于北纬36°07′～36°33′、东经116°02′～116°33′之间[2]，总面积约729平方公里。区域内地形以黄河冲积平原为主，土壤类型以潮土、褐土为主，它们的土壤结构、保水性、排水性以及养分保持能力存在显著差异，因此灌溉方式和管理需求也有所不同，潮土采用足量次少的灌溉方式，褐土则要求“少量多次”。全县年均降水量约560 mm，但60%～70%集中在6—9月，冬春季节降水仅占15%～20%。年均蒸发量达1200～1400 mm，远超降水量，导致冬春季节农业面临严重干旱威胁。

1.2 农业灌溉系统现状

东阿县现有农业灌溉系统以传统工程为主，形成了“引黄灌溉+地下水开采”的二元供水格局。根据《东阿县水利局2023年统计报告》，截至2023年，全县有效灌溉面积约58万亩（1亩=1/15 hm2），占耕地总面积的82%；其中引黄灌溉面积32万亩，占比55%，主要依托位山引黄灌区东二干渠及其支渠网络；地下水灌溉面积26万亩，占比45%，依赖分布于田间的约8000眼机井。灌溉方式仍以地面漫灌为主（占比约70%），仅在蔬菜大棚、果园等经济作物区零星应用喷灌、滴灌等节水技术（占比不足10%），渠道防渗率约40%，灌溉水利用系数仅0.52，远低于全国节水灌溉标准（0.6～0.7），水资源利用效率亟待提高。

水利信息技术在灌溉中的应用

2.1 智能监测系统

智能监测系统是水利信息技术在农业灌溉中应用的基础，其核心在于通过多类型传感器与物联网技术，实时采集农田环境与水资源状态数据。东阿县农业灌溉区地形以平原为主，但土壤类型复杂（包括潮土、褐土等），不同区域的土壤持水能力差异显著，传统人工巡查难以精准掌握田间墒情。智能监测系统通过部署土壤湿度传感器、温度传感器、气象站及地下水位监测设备，构建了覆盖主要灌区的监测网络。具体布设密度和覆盖范围方面，东阿县每2公顷布设一个监测点，确保对全县主要灌区的覆盖。智能监测系统采用FDR型土壤湿度传感器（精度±3%），按0～20 cm（表层）、20～40 cm（根系层）分层布设；配套自动气象站（采集风速、日照、湿度等，30分钟/次）及地下水位传感器（精度±1 cm）。数据通过NB-IoT网络传输至县级水利云平台，实现实时可视化与异常预警。这样可以保证实时监控每个区域的土壤湿度、温度、气象条件以及地下水位变化，及时掌握田间墒情，为精准灌溉决策提供数据支持。

2.2 水资源管理系统

东阿县农业灌溉长期依赖黄河水与地下水，存在“大水漫灌”现象，水资源利用效率低于0.5（全国平均约0.56）。为提高效率，系统利用智能监测数据，结合作物需水规律、工程输配水能力等信息，构建了“需水预测-水量分配-过程监控”的闭环管理模型。通过彭曼-蒙特斯公式动态预测田块需水量，并实时调整ET0与Kc参数，结合气象数据与土壤特性，精准推算灌溉需求，从而优化灌溉时间与水量分配，提升水资源利用效率。

应用效果与案例分析

3.1 水资源利用效率提升

东阿县传统农业灌溉长期依赖经验判断，存在“大水漫灌”和“过度补灌”等问题，灌溉水利用系数不足0.5，部分区域因深层渗漏导致地下水位持续下降。应用水利信息技术后，通过智能监测系统实时采集土壤湿度、气象数据和作物需水信息，结合动态模型实现灌溉用水精准调度。智能监测点每2公顷设置一个，覆盖主要农田、水源区和关键灌溉设施。以牛角店镇2000亩小麦-玉米轮作区为例，2022年引入智能监测与自动化设备后，系统根据土壤湿度自动启停滴灌，避免了人工误判导致的过灌或漏灌。2023年统计显示，亩均灌溉用水量从320 m3降至210 m3，灌溉水利用系数提升至0.72，节水率达34%，地下水位回升0.8 m[3]，水资源可持续利用能力显著增强。上述指标是根据灌溉前后土壤湿度变化、作物需水曲线及实时气象数据综合分析得出。通过监测田间单次灌溉前后的土壤含水率，结合有效根层深度和作物蒸散量，推算灌溉实际入渗水量与需水匹配度，进一步计算亩均用水量和利用系数。

3.2 农作物产量与质量改善

精准灌溉技术优化了作物水分供给，减少了干旱和涝渍风险，提供了更稳定的水分条件。以东阿县高集镇蔬菜种植基地为例，2021年该基地试点安装自动化灌溉系统，通过分阶段调控水分（如黄瓜初花期土壤湿度保持70%，结果期提升至80%），黄瓜单株结果数增加15%，畸形果率从12%降至5%；西红柿可溶性固形物含量从6.8%提升至8.2%，商品率提高20%。在小麦种植方面，2023年刘集镇示范区小麦亩产达580 kg，相较传统灌溉区增产12%。精准灌溉还减少了作物病害发生率（降幅25%～30%），显著降低农药使用量，提升农产品安全性，为农业可持续发展提供了有力保障。

结语

本文分析东阿县的地理气候条件与农业灌溉现状，揭示了季节性降水不均和传统灌溉方式粗放等问题导致的水资源利用低效与管理滞后。水利信息技术的引入为解决这些问题提供了关键支持。智能监测系统通过实时采集土壤墒情、气象数据和作物需水信息，构建了多维感知网络，为灌溉决策提供科学依据；水资源管理系统借助大数据与模型模拟，实现了水权分配、灌溉定额和动态调度的精细管理，有效平衡农业用水与生态保护；自动化灌溉控制通过物联网与智能终端联动，降低人工干预成本，提升灌溉精准度。该探究响应《国家节水行动方案》中“农业节水增效”要求，其技术模式达到山东省“2025年农田灌溉水有效利用系数达到0.65”的目标，为政策落地提供了基层实践样本。