第三期：管理节水技术措施
5 灌溉自动控制技术
在地表水灌区，采用电子技术对河流、水库、渠道的水位流量、含沙量乃至提水灌区的水泵运行工况等技术参数进行采集，输入计算机，利用预先编制好的计算机软件对数据进行处理，按照最优方案用有线或无线传输方式，控制各个闸门的开启度或调节水泵运行台数，实现自动化监测控制。在井灌区则可利用IC智能卡管理系统对井灌实行自动控制。
5.1 水力自动闸门
（1）定流量变水位的水力自动闸门：这种闸门的作用是，当上一级渠道（如干、支渠）的水位随水源来流量的瞬时变化时，通过这种闸门的自动调节，进入下一级渠道（如斗、农渠）的流量始终稳定不变，确保灌水的正常进行与良好的灌溉质量。这类闸门一般安装在各级渠道的引水口上，以引入稳定的灌溉流量。
（2）定水位变流量的水力自动闸门：这类水力自动闸门可分为定上游水位和定下游水位两种。
1）定上游水位的水力自动闸门：这种闸门的作用是，当上一级渠道来流量发生瞬时变化时，而通过该闸门的自动调节以后始终保持上一级渠道水位稳定不变，而将瞬时变化的流量，配入下一级渠道或泄入其他地方，以确保上一级渠道水位始终保持于设计高程。这种闸门一般多安装在配水站、分水点；泄洪的退水渠首；灌排两用渠道的中下段；集水沟的出口处。
2）定下游水位的水力自动闸门：即当上游水位（流量）发生瞬时变化时，通过该闸门的自动调节后，始终保持下游水位稳定不变。这种闸门主要设置在稻田的放水口上，根据水稻各个生育期所需水层要求，田面始终维持其最适宜的水层而不受渠道水位变化影响。
5.2 自动调压喷灌泵站
根据灌区不断变化的实际喷灌用水量，自动调压喷灌泵站可以自动调节泵站内泵的运行台数，使泵站供水量始终与实际喷水量相适应，从而使管网在一个规定的压力范围内工作，因此，采用自动调压泵站的喷灌系统就具有节能、节水、管道设备不易破坏及喷洒质量好的优点。
自动调压喷灌泵站由水泵机组（两台以上）、调压罐、压气供应系统、压力水位传感器、水泵机组程序控制器组成。一般适用于不具备自压喷灌条件，又要求加压泵能自动运行的喷灌系统。
我国己在河南省郏县建成446.67 公顷的恒压喷灌工程，采用自动调压喷灌泵站进行喷灌，获得了显著经济效益。这种自动调压喷灌泵站，当控制喷灌面积为26.67~446.67公顷时，单位面积投资为450~285元/公顷。与一般无自动调压的喷灌比较，平均节能达12%~13%，省工可达50%~70%，喷灌均匀度提高1~3个百分点，节省工程维修保养费达70%~80%。
5.3 IC智能卡灌溉管理系统
IC智能卡灌溉管理系统将计算机管理、智能卡技术和单片机自动控制应用于自动灌溉，采取用户预交水费，凭卡开机灌溉，自动计时计费，卡中预交水费用尽或者无卡不能进行灌溉。同时可以统计用水量和用水时间，为有关部门制定科学用水规划提供依据。
该系统由中心计算机（或专用发卡机）和智能卡机井灌溉管理机组成。中心管理系统由系统维护、卡片管理、分机管理、综合统计、安全加密、辅助系统等子系统构成。主要适用大田低压管灌和喷灌。该系统具有以下特点：
（1）操作方便、简单：用户只要将有一定金额的智能卡插入安装在机泵房中的管理控制机内，按下"开"键，即可开机上水使用；灌溉完毕，按下"关"键或取走卡即可停机；为避免机泵频繁启动，取卡后设置了10秒的延时保护程序。
（2）管理系统方便灵活：通过计算机内的管理软件，可以完成对数十台、数百台智能卡灌溉管理机的综合管理。发卡机较计算机造价低廉、使用方便，可以脱离计算机单独使用，实现对用户卡的发行与管理、不同机井的费率设置与更改、查询发卡记录、进行发卡统计等；并且还留有通讯接口，可将数据上传到以乡镇为单位的计算机上，实现上级单位对水费核算标准的统一、集中管理。县有总监控中心，制定各区域各类机井的水费核算办法，制定合理的水价，使管理者的利益和广大农民的增产增收利益在一定程度上保持最大的统一。
（3）系统安全可靠：该系统使用的智能卡，采用先进的系统加密技术，保证了使用安全性，并且可以在系统内部划分子系统，以适应各机电井的情况。同时将机泵高压人工启动改为农户持卡低压操作智能卡灌溉管理控制机，该机器配合自动起动柜可以实现水泵的自动控制，对水泵运行过程中的缺相、欠压、过流、过压以及其它不正常运行进行随时检测，可确保水泵安全运行。
（4）管理功能强大：实行水费预交，不但有利于政府部门对水价的调控监督，还可以消除用水过程中的各种纠纷，减轻农民负担，密切干群关系。该系统可以对发卡数量、收入金额等进行统计并打印成报表。该系统对用水进行详细统计，不但可以加强用水管理，还为科学用水提供依据。该系统的扩展功能为下一步实现全自动节水灌溉奠定基础。
（5）适应性强，使用寿命长：该系统中的机井智能卡管理机配合相应的附属设备可以控制各种功率的机井，而且根据农村电网的实际情况做到宽电压设计，在320~420伏交流电仍可稳定工作。该系统采用高可靠性元器件，分机适应温度为-40摄氏度~80摄氏度，湿度为-20摄氏度~40摄氏度的极端环境，并且防潮、防水、防尘，该机内置非法卡保护电路，可以防止各种不同卡片（如铁片、塑料片等）插入造成危害。可长久重复使用，使用寿命超过10万次。
山东省济南市水利局，山东省平阴县水利水产局在实验区安装了16台IC智能卡灌溉管理系统，经过一年多的实验运行，取得了良好的效果。每眼机井安装智能卡灌溉管理系统投资1000多元，每眼机井可灌溉3.33~6.67公顷，与未安装该系统的灌区相比，每公顷年均节水750立方米，节电20千瓦时，每眼机井每年节水折合费用和增收的灌溉费用达上千元。当年就可将成本收回，之后，每眼机井每年都可净收上千元。采用IC卡灌溉管理系统，具有预先收费、收费标准公开、减费过程动态可见、不需专人值守等特点，从而较好地解决了水费计收困难、争水抢水发生、水资源浪费、计量失真、收费经常发生纠纷等突出问题，对提高群众自觉节水意识和密切干群关系，具有重要的意义。
5.4 灌溉遥测遥控技术
（1）MCCS灌溉自动化遥测遥控系统：由中国农业科学院农田灌溉研究所研制的MCCS遥测遥控系统己广泛应用在喷灌和微灌的自动控制上，取得了较好的效果。
该系统由MCCS遥测遥控器（主控机）、MCCS工作站（子控站）和计算机构成三级控制网络，也可由主控机、子控站等组成两级控制系统。主控机与各子控站之间的通讯采用双工、编码、载波的方式，通过信号传输线把指令传输给对方。系统工作时，在主控机的键盘上设好各泵闸的工作时间表（也可在计算机上设置时间表），主控机根据工作时间表，把对泵闸的开关命令传送给各子控站。各子控站再根据主控机的命令开启或关闭对应的水泵阀门。各子控站除按主控机的命令启闭泵阀外，还将各个被控泵阀的实际工作状态信息（如水源水位、出水压力、开关状态等）回送给主控机，并显示在主控机的升ED数码管上。主控机将各子控站的实际工况汇总后，再传送给计算机，并在显示屏上显示出整个灌区的泵阀工作状态图。
一台主控机可控制24个子控站。主控机一般设置在灌区中心控制室内，由灌区管理人员或系统操作人员根据灌水的需要，操作主控机或计算机实施灌溉。
利用MCCS遥测遥控系统，在河南省长葛市官亭乡建成控制100座日光温室的自动化日光温室微灌试验工程和控制面积13.33公顷的自动化喷灌试验工程，获得显著的节水增产效益。实施结果，试验区微灌和喷灌分别比地面灌增产30%和20%左右，节水70%和30%左右，年节省电费2.4万元，提高土地利用率13.8%，年节省用工费用16.28万元。
（2）灌溉遥测计量系统：天津塘沽区高标准稻田遥测计量综合节水示范区建设工程，从1997年冬开始至1999年春完成，共计投资601万元。主要工程内容有：研制安装了遥测计量系统，该系统设中心站1处，子站25套，遥测计量系统能够自动得出各渠道的瞬时流量、累积流量，按操作人员指令显示、打印，完成对渠道流量遥测计量。实现了微机遥测计量和分析，为按方收取水费提供了技术支持；衬砌U型砼灌水支渠19条，总长18.5千米，新建干支闸5座，改造支渠闸43座，开挖排渠14条，修建田间道路29条，安装毛渠涵闸1686座及平整土地、干支、毛渠清淤复堤等等。共计完成土方109万立方米，砌石和混凝土0.6万立方米。上述工程建设特别是流量遥测计量系统的建设，建立起了可靠的运行管理系统。①遥测计量系统的使用，使中心桥灌区管理实现了自动计量和随时监测，对渠水位的自动监测，保证了渠堤埝的安全运行，最大限度地发挥了渠道输水能力，缩短了轮灌时间，不误农时，节约了水源。②实现了对支渠首闸运行状态的自动监测。过去对支渠首闸的启闭情况及运行状态是靠人工巡视，由于干渠长、支渠多，管理人员往往未能及时全面掌握各支渠闸的运行状况，对于擅自开闸偷水及调整闸门开启高度的违章情况，不能及时发现和处理，造成调度计划不能正常实施。现在，通过微机可随时掌握各支渠闸的闸前、闸后水位，瞬时流量，累计流量等要素，达到最科学最合理的调度。③促进了管理人员素质的提高。过去的放水员是骑着自行车、带着摇把从事放水管理工作，而该系统运行后，不会微机操作就不能胜任管理工作。从而促进了管理人员学科学用科学，提高了管理人员的基本素质。据河头镇善门口统计，该村在示范区104.1公顷稻田年公顷均用水7260立方米，而亩产则达到492千克的好收成，因此按照协议规定对他们进行奖励。测算结果，公顷均水费156元，是原来"大锅水"的26%。
5.5 灌区管理自动化技术
灌区管理自动化是指灌区生产技术活动及管理的自动化，这种自动化的实现要依靠全自动控制的灌区管理系统。该系统除了建立微机控制中心外，还要有一套遥控运动装置，以应用微机，通过信息传输技术组成通信网络或远方监控网络的自动控制系统传达指令和反馈信息。
（1）河南省人民胜利渠灌区管理调度自动化技术：该灌区位于黄河下游半干旱地区，引入黄河高含沙水进行灌溉，正常流量为60立方米/秒，灌溉面积5.9万公顷。为提高灌区管理水平，管理中心配置一台微机，应用软件进行灌溉用水优化调度。硬件系统方面，在管理局中心站和干总干渠上安装有多微机分布式远方监控网络设备，整个系统是微机联网运行，中心站配备一台小型机，总干渠的两个分站配有分机，中心站通过分站对闸群实行自动控制，实现灌区管理调度自动化。
（2）湖南省韶山灌区管理自动化技术：该灌区位于长江中游地区，灌溉面积6.67万公顷，总干渠流量45立方米/秒，除灌溉效益外，尚有发电、航运等综合利用效益。为了提高管理水平，实现灌区水利调度自动化，在一座水电站和灌区管理中心安装了监控系统，其主要设备由两部分组成：第一部分采用了美国摩托罗拉公司的微机器材、设备与国产微机运动装置，实现遥测、遥信、遥控和遥调等基本功能及人机联系、打印报表功能；第二部分采用SWS-1型水位遥测装置和YF-1型分散型运动装置，前者用电话线作为数据传输信道，可收集19个测点的水位，后者用无线传输信道，可进行数十个站点的雨量和水位遥测。实施结果，每年节约用水3000多万立方米，农田灌溉效益提高了30%。
5.6 灌区水利管理信息化技术
（1）山西省夹马口灌区的水利管理信息化技术：1998年，该灌区与西安沃泰公司合作开发了《夹马口灌区节水灌溉信息管理系统》，其系统结构共16个一级模块，分别是：泵站管理、测流站管理、干渠管理、支斗渠管理、实验站管理、水票管理、人事管理、财务管理、工程设备管理、通信网络管理、公安水政管理、农户管理、办公网络管理、综合管理、系统维护管理、政策管理。
上述功能涵盖了夹马口灌区的所有水管理工作。各模块间既相互独立，又可实现共享。目前我局计算机网络分为管理局机关、灌区业务、泵站业务、各乡镇及农户查询共5块，这样形成灌区的局域网。使3.33万公顷灌区达到水生产"车间化"、水销售"超市化"的管理。利用这个系统，灌区为3.7万个农户都分别建立档案。包括作物种植、用水量、用水时间、浇地次数、水费收缴、斗管费等情况。为实现"规范服务公开化"提供了硬件支撑。配合"阳光工程"，建立了农户水费电话查询系统和触摸屏查询系统，农户对此特别满意。通过这个系统，很好地解决了原来水费收取中存在的暗箱操作，遏制了关系水、人情水、权力水。达到用多少水，交多少钱。这个"软"节水效果很显著。从前用水不交钱的人根本就谈不上节水意识，想怎么浇，就怎么浇，树沟、路面到处是水，浪费极大。农户信息系统运行后，灌区的3.7万个农户全部建账，各种数据随时查询，透明度极高。农民通过相互对比，实现了"给用水户一个明白，还配水员一个清白"。
该系统实施结果，用水量由原来1083立方米/(公顷•次)，降为现在975立方米/(公顷•次)；平均水费由1997年的375元/(公顷•次)，降到现在331.5元/(公顷•次)；全灌区农户每年少支出水费60万元左右。灌溉面积由1997年的1.33万公顷，增加到现在的3.33万公顷，而灌溉周期却比1997年缩短了近50天。灌区节水由1997年的20万立方米增加到2002年的148万立方米。水费收入逐年增加，由1997年1024万元增加到2002年的1588万元，职工的人均年收入由1997年的2700元增加到2002年的9050元。
（2）甘肃省兴电灌区泵站监控与信息化技术：兴电灌区泵站监控与信息化系统包括泵站自动监控子系统，视频监控子系统，干、支口闸门自动监控子系统，斗口水量计量子系统，灌区用水管理子系统，气象、土壤墒、水质子系统，办公自动化子系统。融合了探测传感技术、自动化测控技术、光纤网络传输技术、视频图像技术、计算机局域网技术、信息管理技术等。是一个集中管理，分散控制，各部门相对独立，同时又具有整体的统一性和连贯性的远程管理调度监控系统。规划总投资为2254万元。目前已建成信息化总站1座，信息化子站9座。完成投资629.28万元。
经过几年运行，证明系统安全可靠、经济实用、操作方便。该系统的建设为兴电灌区带来了良好的工程效益和经济效益。泵站设备安全运行率由原来的96%达到99%以上，能源单耗由4.6千瓦•时/千吨米降低到4.5千瓦•时/千吨米以下，年节水300万立方米，年减少管理费用 27万元。年可创效益144.8万元。