【应用】智慧水利在农业中的创新应用与实践

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当代水电科技 聚知刊出版社 2025 年 2 卷 4 期 JZK publishing 99 智慧水利在农业中的创新应用与实践 刘慧姗 华北水利水电大学，河北省沧州市，062350； 摘要：智慧水利是利用现代信息技术实现水资源高效管理和利用的系统，对农业发展具有重要意义。本文分析了 智慧水利的概念、技术组成及其在农业中的应用价值，探讨了智慧水利在农业中的创新应用与实践，并提出了农 业中智慧水利建设的实施路径与政策建议。 关键词：智慧水利；农业；创新应用；实践 DOI：10.69979/3060-8767.25.04.031 引言 联合国《世界水发展报告》显示：由于人口增长和 气候变化，预计到 2050 年全球人均淡水资源量将从 19 60 年的 13,000 m³/年降至 4,000 m³/年。随着全球水资 源短缺问题日益严峻，农业作为用水大户面临着巨大的 挑战。传统农业灌溉方式效率低下，水资源浪费严重， 亟需创新解决方案。智慧水利作为信息技术与水利工程 相结合的产物，为解决这一问题提供了新的思路。本文 旨在探讨智慧水利在农业中的创新应用与实践，为农业 水资源高效利用提供理论参考和实践指导。研究采用文 献分析、案例研究和比较分析等方法，系统考察智慧水 利在农业领域的应用现状和发展前景。 1 智慧水利的概念与内涵 智慧水利是指利用物联网、大数据、云计算、人工 智能等现代信息技术，实现对水资源全过程的智能化感 知、分析、决策和控制的现代水利系统。其核心在于通 过信息技术手段，提高水资源的利用效率和管理水平， 实现水资源的可持续利用。智慧水利系统通常由感知层、 传输层、数据层、应用层等组成，形成一个完整的水资 源管理闭环系统。 智慧水利包含关键要素如下图所示。 2 农业中建设智慧水利的必要性 农业是全球水资源消耗最大的领域，约占全球淡水 使用量的 70%。根据联合国粮农组织数据分析，由于人 口增长和饮食结构变化（如肉类消费增加），全球农业 需水量预计将从目前的 2,800 km³/年增至 4,200 km³/ 年。传统农业灌溉方式效率低下，大量水资源在输送和 灌溉过程中被浪费。据统计，传统灌溉方式的水资源利 用率通常不足 50%，这种低效用水模式在全球水资源日 益紧张的背景下难以为继。 智慧水利利用新一代信息技术，通过精准灌溉、墒 情监测、智能决策等应用，推动传统农业向数字农业转 型，实现“节水、增产”目标。智慧水利不仅是技术革 新，更是治水理念的系统性变革。通过构建"感知-认知 -决策-执行"的智能闭环，实现了从被动应对到主动防 控、从粗放管理到精准治理的转变。通过精准监测和智 能调控，可以显著提高农业用水效率，减少水资源浪费， 这对于保障粮食安全和水资源可持续利用具有重要意 义。 3 智慧水利在农业中的创新应用案例 3.1 智能灌溉系统 搭建以土壤墒情感知层、气象数据融合、决策控制 中枢的三层技术架构： 土壤墒情感知层：部署介电常数传感器（测量精度 ±2%）、热脉冲探针等设备，实时监测 0-100cm 土层含 水量。 气象数据融合：集成卫星遥感（如 MODIS 地表温度 数据）与田间微型气象站，预测蒸散发量。 决策控制中枢：基于作物需水模型（如 FAO Penma n-Monteith 公式）生成灌溉方案，通过物联网阀门实现 分区定量灌溉。 聚知刊出版社 当代水电科技 JZK publishing 2025 年 2 卷 4 期 100 宁夏贺兰山东麓葡萄园智能灌溉系统安装无线传 感器网络覆盖 3.2 万亩葡萄种植区，结合酿酒葡萄生长 阶段需水特性，将灌溉用水量从每亩 550 立方米降至 3 20 立方米，节水率达 42%，葡萄糖度提升 1.5-2.0Brix。 3.2 农田水肥一体化系统 利用多参数水质监测、变量施肥算法、智能混肥装 置等实现技术突破： 多参数水质监测：采用离子选择电极（ISE）阵列 在线检测氮、磷、钾浓度，检测限达 0.1mg/L。 变量施肥算法：基于 NDVI 植被指数与土壤养分图 谱，生成空间差异化施肥处方图。 智能混肥装置：利用 PID 控制器调节 EC/pH 值，动 态匹配作物需求（如草莓花期需 N:P:K=1:2:3）。 山东寿光蔬菜大棚应用水肥一体化系统，肥料利用 率从 30%提升至 68%，减少面源污染排放量 45%。 3.3 农业洪旱灾害防控系统 综合利用旱情预警云图、排涝智能调度、保险精准 定损等实现创新应用： 旱情预警云图：通过微波遥感反演土壤湿度（如 S MAP 卫星 L 波段雷达），生成 250m 分辨率干旱指数，实 现 14 天预见期预警。 排涝智能调度：基于 LiDAR 地形数据构建农田排水 模型，自动启闭闸门泵站（如江苏里下河地区响应时间 缩短至 15 分钟）。 保险精准定损：运用无人机多光谱成像识别受灾区 域，结合区块链存证技术，保险理赔周期从 45 天压缩 至 72 小时。 2023 年夏汛期间，-湖南洞庭湖区“智慧排灌”系 统通过 AI 算法优化泵站群联合调度，减少受淹农田面 积 12 万亩，挽回经济损失 1.8 亿元。 这些成功的案例为发展农业智慧水利提供了宝贵 参考，智慧水利在农业中的应用价值主要体现在以下几 个方面：首先，通过土壤湿度传感器和气象站实时监测 作物需水情况，实现精准灌溉，避免过度灌溉或灌溉不 足；其次，利用智能控制系统实现自动化灌溉，减少人 工操作误差和劳动强度；再次，通过数据分析优化灌溉 方案，根据不同作物、不同生长阶段的需水特性制定差 异化灌溉策略；最后，智慧水利系统还可以实现水资源 的多级利用，如将处理后的污水用于灌溉，进一步提高 水资源利用效率。 4 农业智慧水利的挑战与对策 虽然农业智慧水利已取得了一定的进步，但仍然面 临很多挑战，如初期投资成本高，技术维护复杂，特别 是一些关键技术瓶颈，比如高温、腐蚀、鼠害等农田环 境下传感器耐久性以及边缘计算能力等。农民接受度需 要逐步提高等。未来智慧水利在农业中的应用将呈现以 下趋势：一是技术集成度更高，物联网、大数据、人工 智能等技术将更加深度融合；二是系统智能化水平提升， 实现更精准的预测和决策；三是应用范围扩大，从灌溉 管理扩展到整个农业生产过程的水资源优化配置；四是 服务模式创新，出现更多基于云平台的智慧水利服务。 为推动智慧水利在农业中的广泛应用，建议采取以 下对策： 4.1 系统规划和分步实施智慧水利 首先做好顶层设计，制定智慧水利发展规划，明确 建设目标和实施步骤。充分考虑水资源状况、农业发展 需求和信息化基础，确保方案的可行性和适用性。其次， 加强基础设施建设，包括传感器网络、通信网络、数据 中心等硬件设施的建设和完善。同时，注重软件系统的 开发，建立智能化的水资源管理平台。 4.2 加大研发投入，突破关键核心技术 如高精度传感器、低功耗通信技术、大数据分析算 法等。同时，要加强技术集成，将物联网、云计算、人 工智能等技术有机融合，形成完整的解决方案。此外， 还要注重技术的适用性和易用性，确保农民能够方便地 操作和使用智慧水利系统。 4.3 加强人才培养和技术培训；促进产学研合作， 加快技术转化和应用 一方面，要培养专业技术人才，包括信息技术人才、 水利工程人才和农业技术人才，形成跨学科的人才队伍； 另一方面，要加强农民培训，提高其信息化素养和操作 技能，确保智慧水利系统能够得到有效应用。可以建立 多层次的培训体系，包括基础培训、操作培训和高级培 训，满足不同用户的需求。 4.4 加大政策支持和资金投入 政府应出台相关政策，鼓励智慧水利技术的研发和 应用，如提供财政补贴、税收优惠等激励措施。同时， 当代水电科技 聚知刊出版社 2025 年 2 卷 4 期 JZK publishing 101 要建立多元化的投融资机制，吸引社会资本参与智慧水 利建设。此外，还要完善相关标准和规范，确保智慧水 利系统的互联互通和数据共享。 5 结语 智慧水利作为现代信息技术与水利工程的深度融 合，为农业水资源高效利用提供了创新解决方案。本文 研究表明，智慧水利通过精准监测、智能分析和自动控 制，可以显著提高农业用水效率，实现节水增产的目标。 但在农业智慧水利建设的进程中还面临很多困难和挑 战，需要加强系统规划、加快研发投入、加强人才培养、 加强政策支持，促进农业现代化和可持续发展。 参考文献 [1]孙亮，王瑞国，袁瑞，等.人工智能技术在智慧水 利中的应用与展望[J].中国水利，2024（3）：44-51. [2]冯海军.智慧水利信息化系统在水利工程中的应用 探究[J].中国设备工程,2025,(06):254-256. [3]师倩,阮国杰,陈代鑫.智慧水利中的遥感技术应用 探讨[J].水上安全,2025,(04):145-147. [4]张晓艳.基于数字孪生技术的智慧水利应用研究 [J].中国战略新兴产业,2025,(03):56-58. [5]张新洋,华陆韬,张志龙.智慧水利应用中的可视化 建模关键技术研究[J].建筑经济,2024,45(S2):298-3 00.DOI:10.14181/j.cnki.1002-851x.2024S2298. [6]杨发.智慧水利在农业灌溉中的应用与效果分析 [J].河北农机,2025,(04):126-128.DOI:10.15989/j. cnki.hbnjzzs.2025.04.044. [7]孙姝娅.水资源管理中的智慧水利信息化系统应用 探究[J].中国设备工程,2025,(01):26-28. [8]郑毅.智慧水利的发展及应用探讨[J].现代农业科 技,2024,(19):162-164+169. [9]任小凤,任鑫.信息化背景下 5G 通信技术对智慧水 利建设的作用分析[C]//河海大学,江苏省水利学会, 浙江省水利学会,上海市水利学会.2024（第十二届） 中国水利信息化技术论坛论文集.河南黄河水文勘测 规划设计院有限公司;中国市政工程西北设计研究院 有限公司;,2024:363-369.DOI:10.26914/c.cnkihy.2 024.009368. [10]王莹.智慧水利在农业灌溉中的应用与节水效果 分析[J].黑龙江粮食,2024,(04):49-51.