摘要：本论文针对农田水利灌溉系统的优化设计与效能提升策略展开研究。阐述在水资源短缺与农业高质量发展需求下，传统农田水利灌溉系统存在效率低、水资源浪费等问题。分析地理信息系统（GIS）在空间数据处理、分析与可视化表达方面的优势，探讨其在农田水利灌溉系统规划布局、水资源管理、灌溉决策等环节的应用。从灌溉网络优化、水资源动态调配、智能灌溉控制等方面提出系统优化设计方案，并给出配套的效能提升策略。研究表明，GIS 技术的应用能显著提高农田水利灌溉系统的科学性与高效性，促进农业节水与可持续发展。

关键词：GIS 技术；农田水利灌溉系统；优化设计；效能提升

引言

农业是国民经济的基础，农田水利灌溉系统则是农业生产的命脉。随着全球气候变化和水资源短缺问题日益严峻，传统农田水利灌溉系统因缺乏精准规划与科学管理，存在灌溉效率低下、水资源浪费严重、灌溉均匀度差等问题，难以满足现代农业高质量发展需求。地理信息系统（GIS）具有强大的空间数据采集、存储、分析和可视化功能，将其应用于农田水利灌溉系统，有助于实现灌溉资源的精准配置与高效利用。研究基于 GIS 技术的农田水利灌溉系统优化设计与效能提升策略，对保障农业用水安全、推动农业节水增效具有重要现实意义。

一、农田水利灌溉系统现状及GIS 技术应用优势

（一）现状与问题

当前，多数农田水利灌溉系统仍采用大水漫灌、沟渠灌溉等传统方式，水资源利用率普遍较低，仅为 40%-50%_⨀ 。灌溉系统缺乏科学规划，存在灌溉区域划分不合理、输水管道布局混乱等问题，导致部分区域灌溉不足，而部分区域过度灌溉引发土壤盐渍化。此外，灌溉管理依赖人工经验，无法实时掌握土壤墒情、气象条件等信息，难以根据农作物需水规律进行精准灌溉，造成水资源浪费的同时，也影响农作物产量与品质。

（二）GIS 技术应用优势

GIS 技术能够整合农田地形、土壤类型、气象数据、灌溉设施分布等多源空间信息，构建可视化的农田水利灌溉系统空间数据库。通过空间分析功能，如缓冲区分析、叠加分析等，可优化灌溉系统布局，确定最佳的水源位置、输水管道走向和灌溉区域划分。GIS 还能实时接收气象卫星、土壤墒情传感器等数据，动态监测农田水分变化，结合农作物生长模型，为灌溉决策提供科学依据，实现精准灌溉。此外，GIS 的可视化表达功能，可直观展示灌溉系统运行状态，便于管理人员及时发现问题并进行调控。

二、基于GIS 技术的农田水利灌溉系统优化设计

（一）灌溉系统空间布局优化

数据采集与处理：利用遥感（RS）技术获取农田地形、植被覆盖等宏观信息，结合 GPS 定位技术采集灌溉设施位置数据。通过 GIS 的数据处理功能，将多源数据进行格式转换、坐标校准和空间配准，构建高精度的农田水利灌溉系统空间数据库。

布局规划分析：运用 GIS 的空间分析工具，对农田地形坡度、土壤质地、作物种植分布等进行综合分析。通过坡度分析确定适宜的输水管道铺设路线，避免因地形起伏过大增加输水能耗；利用土壤质地分析结果，划分不同灌溉需求区域，对保水性差的沙质土壤区域加密布设灌溉设施，提高灌溉均匀度。结合农作物种植区域分布，优化灌溉区域划分，确保每个灌溉区域内农作物需水特性相近，便于精准灌溉管理。

（二）水资源动态调配系统构建

水资源信息整合：将 GIS 与水文监测系统相结合，实时采集河流、水库、地下水等水源的水量、水位数据，以及农田土壤墒情、气象降水等数据。在GIS 平台上建立水资源信息数据库，实现对水资源相关数据的统一管理与动态更新。

智能调配模型建立：基于 GIS 的空间分析和数学建模功能，建立水资源动态调配模型。根据农作物不同生长阶段的需水规律、实时土壤墒情和气象预报信息，预测未来一段时间内的灌溉需水量。结合各水源的水量状况，通过模型优化计算，制定科学的水资源调配方案，实现水资源在不同灌溉区域、不同农作物之间的合理分配，提高水资源利用效率。

（三）智能灌溉控制系统设计

传感器网络部署：在农田中合理布设土壤湿度传感器、气象站、水位传感器等设备，实时采集土壤含水量、空气温湿度、风速、降雨量等数据。传感器采集的数据通过无线网络传输至GIS 系统，实现对农田环境信息的实时监测。

灌溉决策支持：GIS 系统将实时采集的数据与农作物生长模型、灌溉专家知识库相结合，分析当前农田水分状况和农作物需水情况。当土壤含水量低于设定阈值时，GIS 系统自动生成灌溉指令，通过无线通信模块发送至灌溉设备控制器，控制水泵、电磁阀等设备启动，实现自动灌溉。同时，根据气象预报信息，提前调整灌溉计划，避免因降雨导致过度灌溉。

三、基于GIS 技术的农田水利灌溉系统效能提升策略

（一）加强数据共享与协同管理

建立农田水利灌溉系统数据共享平台，整合农业、水利、气象等部门的数据资源。通过 GIS 的数据接口技术，实现不同部门数据的互通共享，打破信息孤岛。各部门可在平台上实时查看农田灌溉系统运行状态、水资源状况等信息，协同制定灌溉管理决策。例如，水利部门根据水资源储量调整供水计划，农业部门依据农作物生长需求提出灌溉建议，气象部门提供精准气象预报，实现多部门协同管理，提高灌溉系统运行效能。

（二）完善灌溉系统维护与管理机制

利用 GIS 的空间分析功能，对灌溉系统设备进行定期巡检规划。通过缓冲区分析确定设备维护范围，对处于老化期或易损坏区域的设备重点监测。建立设备维护管理数据库，记录设备安装时间、使用情况、维护记录等信息，实现设备全生命周期管理。当设备出现故障时，GIS 系统自动定位故障位置，并通过短信、邮件等方式通知维修人员，同时提供设备维修手册和历史维护记录，辅助维修人员快速解决问题，保障灌溉系统正常运行。

（三）强化技术培训与人才培养

开展针对基层农业技术人员和农民的 GIS 技术应用培训，通过理论讲解、现场演示和实际操作等方式，让其掌握 GIS 在农田水利灌溉系统中的基本操作和应用方法。培养既懂农业灌溉知识又熟悉 GIS 技术的复合型人才，鼓励高校和科研机构开设相关专业课程和研究项目，为农田水利灌溉系统优化与管理提供人才支持。同时，建立技术交流平台，组织专家和技术人员进行经验分享和技术研讨，推动GIS 技术在农田水利灌溉领域的创新应用。

四、结论

基于 GIS 技术的农田水利灌溉系统优化设计与效能提升策略，通过发挥GIS 在空间数据处理和分析方面的优势，实现了灌溉系统布局优化、水资源动态调配和智能灌溉控制。研究表明，该技术的应用能够有效解决传统灌溉系统存在的问题，显著提高灌溉效率和水资源利用效率，促进农业节水增效。未来，应进一步加强 GIS 技术与物联网、大数据等技术的融合，完善数据共享机制，培养专业人才，推动农田水利灌溉系统向智能化、精准化方向发展，为农业可持续发展提供有力支撑。

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