井灌区智能卡灌溉与量水系统在示范区的应用

图1 智能卡灌溉与量水系统使用总流程

图2 智能卡灌溉与量水系统控制器操作流程示意

4 智能卡灌溉与量水系统的新功能

    (1)用水计量精度高。在信号采集方面，国内目前存在两类产品。一类是简单的售水控制器，是利用电表电量间接折算成水量而进行控制的。水泵的不同、各种电机的不同、负载的改变、空载电流的大小等诸多因素都直接影响电量与水流量之间的变换系数，因此以电量折算控制供水是不合理的。另一类产品能够实现以真实计水，其计量方式都是通过水表或流量表进行的，最小计量单位一般在1 m3 ，精度不高。本产品的数据采集元件采用了涡轮流量传感器，计量精度有了大幅度提高，与主板写卡程序配套使用，计量精度可达0．O1 m3 ，使用方法合理。

    (2)突然停电下的数据保护功能。在对IC卡写数据过程中如果遇到突然停电，可能使多字节数据只写入部分而使整个数据发生错误，直接造成用户可使用的水量值发生错误，错误的严重性可想而知。本产品控制器在其5 V直流供电电源上接人一个容量高达1 F的电容，在突然停电时或电源出现故障时可以维持供电几十秒以上，远远超过写数据所需时间，保证无误。另外，由于1 F电容的接人，使控制器可以在电源有丢波、垂迟、瞬间电压过低等干扰时正常工作。

    (3)微机检测电源缺相、电源故障功能。控制器使用微机自动检测水泵三相电源，缺相反应灵敏、速度快。而目前的计算机系统或控制器中使用的检测方法或电源监测芯片都是监测的供电直流电源，当监测到异常时再进行数据处理，由于是在电源异常时进行的，所以会产生错误。

    (4)丢失卡处理、补卡、自动作废挂失卡的功能。现有的智能卡除各类银行卡外，尚不具备丢卡后的数据恢复与保护功能，例如医保卡、公交车IC卡、电话卡等，虽然这些系统有着庞大的服务体系和强大的网络系统平台，但仍没能实现IC卡丢失后的剩余资金补回，现有的用水计量设备也不例外。本系统当用户不慎将IC卡丢失后，可以到售水处挂失和补卡。由于本产品控制器和IC卡在工作时同步刷新数据，同步保存记录，通过管理卡对控制器记录和管理机缴费记录验证，可取回原卡剩余资金量。

    (5)管理机提供完善的人机交互界面，数据量大，保密性强。管理机为普通微机系统，使用汉字界面，直接在键盘上操作，界面友好、直观。存储信息充足，可存储用户的姓名和地址、所使用的供水机井号、用户卡号、用户历次购水时间、购水量及累计购水量。历次购水数据可按需要年限保存。管理机系统可设置密码，对售水数据进行保密保护。

    (6)控制器可提供对单用户和多用户的灵活定制，扩展能力强，控制性好。根据用户需要，1台控制器既可设定为仅对单卡单账户有效，也可设定为识别多卡多用户，存储多用户的用水记录并进行管理。目前用户数暂设200户，还可以更多。

5 技术应用与效果分析

    5．1 示范区设备安装与使用情况

    示范区选在阜新县他本镇张家洼果园。示范区面积150亩，种植梨树，由9户果农承包种植。示范区内建立了完整的微喷系统，果树灌溉由1眼井电机控制，单井出水量30 m3 ／h。

    智能卡管理机设在村委会，由村委会和用户成立的管理中心共同管理，负责发放取水卡、收取水费、对量水卡充值等日常管理。协会主任有1 张开机卡，可以对机井进行开户；每位农户发放一户一张取水卡，共计10张。取水卡平时由农户自己保存，灌水时自己到机电柜插卡取水，卡中资金用完后到村委会交费充值。示范区用水单元划分见图3。

图3 果园用水单元划分与智能卡用户编号

    机井首部安装智能卡量水控制器。安装示意见图4。

图4 智能卡控制点安装示意

    5．2 节水效果

    示范工程建设前，果园的灌溉形式为漫灌，用水浪费严重。技术应用后，建立了自动控制微喷灌工程，农户通过刷卡取水，每次灌水时能精确控制灌水量和灌水时间，实现了主动性节约用水。根据示范区跟踪观测，灌溉水利用系数由原来的0．6提高到0．9，灌溉定额由原来180 m ／亩降低到110m3 ／亩，节水70 m3 ／亩；水分生产率由4．7 kg／m3 提高到6．48 kg／m3 ，增加1．78 kg／m3 ，提高37．8％。计算见表1。

    5．3 增产效果指标
 
    由表1可知，模式应用后，果树单产增加250kg／亩，增产13．5％ 。

    5．4 省工效果

    技术实施前，每家每户灌水时用自家柴油机临时抽水，开挖引水槽放水或采用人工手浇方式，自始至终需要人工看护。实施技术成果后，微喷头直接固定安装在树下，启动水泵后，直接进行定点灌溉，节省了大量人力。

    根据示范区现场调查，集成技术实施前，每年亩均用工1．6个。技术实施后，每眼井仅需1—2人控制和巡查，每年亩均用工仅0．3个，每年亩均用工节省1．3个，省工81．3％ 。

6 结语

    基于涡轮流量传感器的智能卡灌溉与量水系统测量精度高，使用方便，已逐渐被农民群众所接受。随着水权、水价和水市场的不断完善，农业灌溉必将打破吃大锅水的局面，走上用水精准计量之路。辽宁省现有机电井十万余眼，全省小井数以万计，智能卡量水管理设备的推广应用前景十分广阔。

作者简介：孟维忠(1973一)，男，河北武安人，高级工程师，农田所副所长。
辽宁省水利水电科学研究院    孟维忠 张春哲 李春龙
沈阳市浑北灌区管理处    董瑞民