现代数字赋能高标准农田水利灌溉技术的应用和创新发展

面对我国水资源短缺和供需矛盾日益尖锐的挑战，为了促进社会的和谐稳定和可持续发展，我国已经将节水灌溉项目的推进提升到了前所未有的战略高度。因此，我国明确提出了加快建设高标准农田的迫切需求，并将提高水资源利用效率作为核心任务来实施。这一战略部署不仅是推动现代农业加速转型升级、巩固我国粮食安全基础、推进灌区现代化改造的关键措施，更是实现农业可持续发展宏伟目标的必经之路。通过将人工智能、云计算等前沿科技深度集成到灌溉系统中，构建了一个高效、智能且环保的节水灌溉创新发展体系。这一体系的建立，不仅能够有效缓解我国水资源紧张的状况，还将显著提升农业生产的精细化和智能化水平，为推动我国农业向更高质量、更高效率的发展奠定坚实的基础。一、现代数字技术赋能农田水利供给体系的作用在当前农业发展的实践中，数字技术已经作为推动农业高质量发展的核心驱动力。鉴于高质量发展已成为引领农业现代化进程的核心议题，融入数字技术已成为不可或缺的关键环节。这一深度融合不仅为乡村振兴奠定了坚实基础，还深刻揭示了现代农业的本质属性与发展趋势。在农田水利供给体系领域，数字技术的应用彰显了其优势与巨大潜力。凭借精准感知、智能分析以及高效调控的能力，数字技术有效削弱了自然环境因素的限制，显著增强了农田水利供给体系的适应性。在此基础上，推进农田水利管理的智能化转型，已成为推动农业可持续发展的重要战略方向。围绕水资源管理的核心任务，我们可依托数字技术构建一系列智能化系统，这些系统包括智能水利系统、灌溉区信息化系统、水库监测系统、防汛安全系统以及城乡供水系统的大平台监管。这些系统的集成应用，实现了对水资源全链条的智能化监管与精细化调度，极大地提升了水资源的利用效率与安全保障水平。二、高标准农田水利中节水灌溉的应用1、灌溉种类在当前高标准农田水利工程的实践中，节水灌溉技术作为提升水资源利用效率的关键手段，已逐步形成一套成熟且多样化的实施策略。该领域主要采纳了三种主流的节水灌溉方式，每种方式均以其独特的优势在特定情境下发挥着重要作用。（1）滴灌滴灌技术作为一种低水头灌溉手段，其核心在于依托PVC管道系统配合设计的微小出水孔，实现水分向植物根部区域的精确输送。此灌溉方法极大地减少了水分蒸发损失，有效阻止了地表径流的形成，进而提升了水资源的利用效率。具体而言，滴灌系统能够精确调节水分在土壤中的渗透深度，确保水分直接作用于植物根系区域，从而显著促进了水资源的节约，尤其适用于满足大面积农田灌溉的广泛需求。此外，滴灌技术的显著优势还体现在其优越的透水性与保水功能上。在面临盐渍侵蚀风险的地带及土壤结构疏松、保水能力较弱的砂质土壤条件下，滴灌技术展现出了广阔的应用潜力。通过精准控制水分的供给量，滴灌技术不仅能够有效缓解盐分积累对作物生长造成的不利影响，还能在干旱环境下保持土壤的一定湿度，为作物的正常生长提供有力保障，进而为农业生产的可持续发展奠定坚实基础。（2）喷灌喷灌技术，作为一种高度发展的农田灌溉方式，其核心在于依托精细设计的管道系统和高效喷头，实现水资源的喷射式散布至空中，进而达到对农田区域进行均匀且有效的灌溉。该技术在优化水资源利用模式方面展现出显著优势，具体阐述如下：①喷灌技术通过精确调控水流分布，确保农田各个角落都能获得恰到好处的灌溉水量，从而规避了传统灌溉方法可能导致的局部区域水分过多或过少的问题，进而为农作物的生长提供了更加优越的环境条件，并潜在地提升了作物产量。②从水资源管理的宏观视角出发，喷灌技术显著降低了总体水量的需求。该技术将水直接喷射至作物根系附近的空气中，随后利用自然降落的原理使水分渗透至土壤内部，此过程有效减少了水在土壤表层的不必要流动，也遏制了大面积地表径流的发生。此举不仅显著减少了水资源的无谓损耗，同时也减轻了因地表径流所诱发的水土流失问题。③喷灌技术在应对深层渗漏这一水资源利用难题上也表现出色。深层渗漏现象指的是灌溉用水过量渗透至作物根系以下土壤层，甚至可能渗透至地下水层，造成水资源的进一步流失。而喷灌技术凭借其精准的灌溉强度与频率控制能力，大幅度降低了深层渗漏的发生概率，从而提升了水资源的实际使用效率。（3）微喷微喷灌溉技术，作为一种先进的灌溉方法，巧妙地结合了低压PVC管道系统，实现了将微量水分精准喷洒至土壤表层的目标。这项技术显著改善了传统灌溉模式中的抽水环节，大幅减少了能源消耗，并降低了对管材材质与性能的严格要求。特别值得注意的是，微喷灌溉凭借其细微的喷水量与高频次的灌溉特点，有效抑制了土壤盐渍化的趋势，为农业的可持续发展奠定了坚实基础。以凌源蔬菜基地种植区域为例，该区域基于蔬菜种植独特的生长需求及当地土壤条件，创新性地实施了地下管道与标准化作业相结合的微灌策略。在此策略下，供水管道系统被细致划分为干管与支管，在实际田间操作中，则巧妙地运用三通接头与出水口灵活连接毛管，构建了一个高效且灵活的灌溉网络体系。进一步而言，该蔬菜种植区域通过微喷灌溉系统对水或水肥混合液进行加压处理，随后利用低压管道网络及终端的灌水设备，以细微且持续的流量将水肥资源精确输送至每一个需要灌溉的区域。此流程确保了水分与养分能够直接且高效的作用于植物根部，促进了土壤水分与养分的均衡分布，有效防止了作物因过度蒸腾作用而损失过多能量。同时，该模式还保持了良好的土壤通风换气状态，为农作物的健康生长创造了优越条件，进而实现了农作物产量的显著提升。2、限制性因素灌溉有效发展的多重制约因素可概括为三大核心问题：（1）水质性缺水的认知局限构成了显著障碍。尽管如此，灌溉用水的质量普遍较差，这种状况容易引发季节性或工程性缺水危机，直接威胁到灌溉系统的稳定性和可持续性。（2）资金投入的巨大需求与全面发展的不平衡性并存，成为制约发展的另一大因素。灌溉技术的多样性和复杂性意味着高昂的初期投资和持续的维护成本。尽管国家层面已经实施了多项补贴政策以减轻经济负担，但基层农户在资金筹集方面仍然面临重大挑战，这影响了灌溉技术的普及和深入应用。（3）后期维修制度的非标准化是制约灌溉工程效益发挥的关键因素之一。这种制度缺陷不仅导致维修资金来源不足，还常常导致修缮工作不及时，进而对灌溉工程的整体效能产生负面影响，阻碍了灌溉技术的长期有效发展。3、信息技术在高标准农田水利灌溉中的运用（1）云计算技术在探讨云计算技术在节水灌溉工程中的革新应用时，其对于农业现代化进程的显著推动作用不容忽视，且该技术为农业领域提供了前所未有的强大技术支撑。云计算凭借其强大的数据处理能力，成功实现了跨地区、跨类型的农业技术与信息的无缝整合与深度融合，构建了一个涵盖海量农业数据的采集与存储平台。此举不仅极大地简化了农业工作者对关键信息的检索流程，提升了工作效率，还通过加密存储等措施，有效保障了农业信息数据的安全性与完整性。进一步而言，云计算技术的引入深刻优化了农业信息服务体系，不仅拓宽了服务范畴，还显著增强了信息服务的可达性与覆盖面，确保更多偏远农村地区的农业生产活动能够享受到先进的信息化支持。这一过程中，云计算成为连接城乡、促进农业资源均衡分配的重要桥梁。尤为值得一提的是，云计算技术在农田信息管理方面的应用展现出了极高的智能化水平。通过对农田实时监测数据的收集与分析，结合用户的具体需求与当地气象环境数据库的综合考量，该技术能够实现对农作物生长状态及土壤墒情的精准预测与动态调控。这种精细化、科学化的管理模式，为农作物的健康生长创造了更为适宜的环境条件，有力推动了农业生产效率与质量的双重提升，为农业现代化进程注入了新的活力与动能。（2）传感器技术在农田水利工程领域，传感器技术的运用极大地增强了土壤状况及气象环境的实时监测能力。该技术能够即时并精准地捕捉土壤中的水分含量、肥力状况，以及周边气象环境的变化情况。通过将传感器与先进的计算机技术进行深度融合，实现了土壤信息获取的高精度与全面性，从而为精准农业管理提供了坚实的数据基础。尤其值得注意的是，土壤湿度传感器在农田实践中的广泛应用。此类传感器专为检测土壤墒情而设计，能够精确测量不同土层的水分消耗情况，为农民提供了详尽且即时的土壤耗水数据。基于这些关键信息的支持，农民能够科学地制定灌溉计划，确定最佳灌溉时机与所需水量，从而有效缓解旱情，同时显著提升水资源的利用效率，实现了节水与增产的双重目标。（3）人工智能技术人工智能技术与农业产业的深度融合，为农业领域带来了前所未有的变革与发展机遇，其显著贡献不仅体现在提升了农业生产的便捷性，更在于对推动农业产业现代化进程具有里程碑式的意义。具体而言，这一融合在多个关键环节展现出强大的应用潜力与价值。①在农作物的选种阶段，人工智能技术的引入实现了对种子质量的精细化监测。通过先进的数据分析与图像处理技术，能够精准识别并筛选出高纯度、高安全性的种子，从而为农作物的后续生长奠定坚实的基础，有效保障了农作物的生产产量与品质稳定性。②人工智能技术深度融入田间管理过程，为农作物的精准培育提供了科学依据。它能够对农作物的生长环境进行实时监测，包括土壤湿度、作物水分保持状况等关键指标，并基于这些数据预测农作物的最佳收获时间。这一功能不仅有助于优化农业生产管理决策，还为后续的收割工作提供了充分的准备与规划，确保了农作物能够在最佳状态下被采收。③人工智能技术在节水灌溉领域的应用取得了显著成效。通过智能分析与控制灌溉系统，实现了水资源的精准配置与高效利用，极大提升了灌溉效率并减少了水资源浪费。这一创新不仅符合现代农业绿色发展的理念，还对推动绿色灌溉、生态种植等环保型农业模式的发展起到了积极的促进作用。然而，尽管人工智能技术在农业领域展现出了巨大的应用潜力与价值，但其在农业发展中的普及程度尚待提高。当前，人工智能技术与农业产业的融合仍处于初级阶段，两者之间的深度融合尚需进一步探索与实践。未来，随着技术的不断进步与应用的持续深化，我们有充分的理由相信，人工智能将加速推动智慧农业的实现，为农业产业的可持续发展注入新的活力与动力。（4）数据库技术数据库技术作为推动节水灌溉技术现代化的核心驱动力，其重要性不容置疑。在构建农业信息系统的过程中，数据不仅是基础，更是驱动决策优化与智能化发展的核心动力。通过系统性地构建并持续优化数据库技术架构，我们能够显著提高节水数据的采集效率，同时确保数据的科学性、合理性和安全性得到全面保障。具体到实践层面，农田水利工程数据库的构建为农业管理领域带来了前所未有的便利。这一数据库集成了详尽的农作物生长信息，包括田间生长表现、土壤质量监测以及水分条件评估等关键指标，所有信息均实现实时更新与精准记录。这一机制为农业管理人员提供了便捷的信息获取途径，使他们能够迅速且准确地掌握所需数据，为灌溉计划的科学制定与农业作业的精准部署奠定了坚实的基础。此外，数据库还承担着水情信息枢纽的重要角色。它广泛收集并集中存储了跨地区、跨时间点的水情数据，为用户提供了全面、实时的水资源状况监控能力。基于这些宝贵的数据资源，灌溉工作得以更加灵活地调整策略，精准地应对水情变化，从而确保灌溉作业的顺利进行与水资源的高效节约利用。（5）遥感技术遥感技术在农业领域的应用，展现了其广泛且深远的价值。该技术的核心优势在于能够精确地捕获农业相关信息，为农业管理决策提供坚实的数据支持。尤其重要的是，这些通过遥感技术获取的影像资料实现了免费共享，极大地促进了农业科研与实践之间的协作与交流。进一步而言，遥感技术与地理信息技术（GIS）的深度融合，为在大规模区域内进行详尽的数据统计与深入分析开辟了新途径。这一结合不仅显著提升了数据处理效率，还极大增强了分析结果的准确性和全面性，为农业资源规划、灾害监测及可持续发展策略的制定提供了强有力的科学依据。特别值得一提的是，无人机遥感作为前沿技术，在农业领域的应用尤为引人注目。无人机搭载的高精度传感器能够精准捕获农作物的详细光谱信息，这些信息对于评估作物生长状态、预测产量及监测病虫害具有至关重要的作用。基于这些光谱数据，农业管理者能够精确判断作物的需水状况，进而科学制定灌溉