“智慧水利”灌溉现代农业——江苏昆山市生态型智慧灌区建设的实践...
29.04.2015 11:30
本文来源: 水务局
近年来，昆山市水利局结合中央财政高标准农田重点县建设对全市部分灌区进行改造，大胆探索、创新实践，科学规划、系统治理，建成了一批集高效、节水、智能、生态为一体的现代农业高效灌溉示范区，用“智慧水利”灌溉出现代农业，做到了水资源高效利用、灌溉系统自动化与智能化、工程技术生态化的有机统一，成为智能、节能、生态、高效的“e灌区”。
2014年，昆山市灌溉水利用系数总体达到0.728，远远高于国家要求2020年达到的0.55，率先达到江苏省水利现代化指标。
以基地为平台扎实开展基础试验研究
构建高效节水控污“零排放”生态灌区
稻田排水中氮磷含量较高，一直以来作为农业面源污染直接排入外河，导致水环境恶化和水体富营养化，同时也造成了肥料的浪费。昆山水利局秉承“工程带科研、科研促水利、产学研相结合”理念，与河海大学联合建设了昆山排灌试验基地（千灯基地），长期开展智慧灌溉、水稻控制灌溉理论、农田灌排与生态环境效应等方面的基础试验研究，按照集中连片、系统治理、节水优先、生态高效的原则，将项目区内的河、渠、田、沟、路、站作为一个有机的整体，进行灌区系统建设。
——高标准建设系统集中整治田块。对项目区的农田进行系统规划，打破粮油作物区原来“小、散、乱”的格局，因地制宜对田块进行优化设计，做到“田成方、田面平、连成片”，既保证了现代农业规模经营的需求，又保障了农业机械化作业的需求，为稻田农业节水灌溉提供保障；田埂原则上采取南北向设计，保障了作物的通风和采光；田块宽度和长度在满足农业机械生产的前提下，做到最大化，提高了耕地实际可种植面积。利用田头与河道之间的不规则土地，改造为湿地，种植水生经济作物，有效拦截农田尾水中的氮磷等肥药及面源污染。
——节水控污建设“零排放”循环灌排系统。灌溉渠系原则上采用低压管道和混凝土U形渠，大大减少了跑、冒、滴、漏现象，大幅度提高了灌溉水利用系数。在规划设计时改变原来只注重灌溉渠系的思路，按照生态灌区的理念，建设生态沟——田头湿地——二级湿地三级氮磷拦截、水肥药收集利用的排水系统。
建设时避免使用硬质防渗沟，利用田头不规则田块改造为相互连通的小型一级湿地，通过生态排水沟将稻田排水引入湿地；将田间洼地和部分断头河浜改造为二级湿地（同时作为灌溉站的灌溉取水水源），一级湿地尾水排入二级湿地中，两级湿地种植菱角、藕、芡实等经济作物，种植的经济作物通过对稻田排水中氮磷的吸收利用，不仅可以减少排入外界水体的氮磷负荷，还可以提高肥料的利用量；将灌溉泵站取水口设置在二级湿地，二级湿地经过净化的水源通过灌溉站及渠系再回灌入稻田，实现稻田水的循环利用，进一步提高水、肥、药的利用率，实现了农业面源污染的“零排放”。
——集约高效建设空间均衡的路网河网。结合灌区内土地整平，对项目区内河道进行全面清淤整治，恢复河道生物多样性，着力构建生态河道；优化灌区内河道和机耕路的空间布局，形成互联互通、空间布局合理高效的生态河网和机耕道路网，有利于田块集约高效利用；部分机耕道路建设与慢行系统结合，为旅游度假区现代农业观光体验提供保障。
以科技项目为载体开创技术研究示范
探索“互联网+水利信息化”智慧水利模式
在灌区建设的同时，昆山市水利局对灌区智能化管理积极探索，在部分灌区应用高效节水技术、灌溉智能控制技术以及农田控污减排生态技术等创新性成果，构建为集高效节水、智能化灌溉和生态景观为一体的高科技灌溉排水示范区。示范区的建设综合使用计算机技术、自动控制技术、信息技术和地理信息系统等，构建集信息采集—信号传输—决策—信息反馈—智能控制为一体的智能化灌溉系统（以下简称“灌区管理系统”）。
“灌区管理系统”概括起来就是测、传、决、控、述五个方面，可以形象地比喻成人的工作过程，系统可自动跟踪灌区气象、土壤墒情和农作物长势并及时传输至控制中心，自动控制中心数据块模块对田间信息（田间水分、气象数据、作物生育阶段需水量和各个诊断指标）、渠系和管道运行工况（压力、流量）以及泵房运行工况（启闭状态、电压、电流、压力、转数等）等信息远程上传至上位机，由专家决策系统制定相应的决策，并将控制指令远程传递至田间控制泵、阀门、电动闸等，从而实现智能化灌溉。
高效精准的数字化信息采集系统。“测控点”就像人的感官，将气象、河（渠）水位、田间水位、土壤墒情、作物苗情、闸门开启度、泵站运行等实时信息通过各类传感器采集，实现自动化采集、微机处理和远程联网，数据指标齐全，采集高效、精准，并实现全过程入库。
物联网技术远程的实时数据传输系统。“数据传输”就相当于神经网络，上传下达各种数据、指令；利用微波、互联网等网络将田间采集的各类数据实时传输到控制决策中心。
智能科学的专家决策支持系统。决策系统软件”就好比是整个系统的大脑，执行“思考”的功能，收集管理决策所需要的所有数据，通过各类软件分析处理，产生决策结果。如根据灌溉需求发出闸门启闭和泵站运行的调度指令等。
高效便捷的自动化控制系统。“控制系统”就相当于人的双手，按照决策指令，实现远程自动化控制；根据专家决策支持系统发出的控制指令远程传递至田间控制泵、阀门、电动闸等，实现按作物需求自动化智能灌溉，根据田间水位、土壤墒情、作物生育期及气象等要素，科学合理调度配置水、药、肥，对作物按需水量实施精准灌溉，从而达到节水、节药、节能、节肥的效果。
面向公众的信息发布系统。“发布系统”则如同人的嘴巴，根据需要和权限，将灌区的产品信息、生产过程、控制原理等信息发布给公众或相关管理人员；将作物生长阶段的苗情、水情、工情以及视频等各类信息通过互联网发布给灌区管理工作人员，工作人员在控制室或办公室就能够全面了解作物生长的全过程。
以技术推广为途径疏通“最后一公里”
经济、社会效益十分显著
近年来，昆山水利局联合河海大学等高校结合水利工程建设，建成了一批集高效、节水、智能、生态为一体的现代农业高效灌溉技术集成示范区，达到了排水再利用、治理渍害、减少水体污染、提高产量的综合效益,实现了水资源高效利用、灌溉系统自动化与智能化、工程技术生态化的有机统一。
昆山市水利技术推广站联合河海大学、南京东邦科技公司、花桥水利站共同承担的江苏省水利科技项目“高效节水灌溉关键技术研究与应用示范”于2014年通过验收，并得到了省厅领导和验收专家组高度评价。该项目以昆山市花桥天福灌区为主要实施地点，结合昆山市排灌试验基地，着力建成1 800亩集高效、节水、智能、生态、美观为一体的现代农业高效灌溉技术集成示范区，实现水资源高效利用、灌溉系统自动化与智能化、工程技术生态化的有机统一，建设智能、节能、生态、高效的“4E灌区”。灌区智能灌溉决策系统已被水利部科技推广中心列入《2014年度水利先进实用技术重点推广指导目录》。
昆山市水利部门积极整合各方力量，各区镇水利站、农技服务中心与村合作社密切配合，提供灌溉排水、农业生产、维修保养等技术服务，并推广应用水稻节水减排、现代农艺等先进实用技术。
发展智慧水利，不仅改变了传统的农业灌溉模式，而且带来了生态和经济的双重效益。自2007年以来，稻田节水控污灌排技术与工程模式在昆山市推广应用于200多个小型灌区共8.5万多亩，累计节水4 208万立方米420.8万元；节电280.4万千瓦时168.3万元；节肥2 596吨778.8万元；节工66.9万工日10 035万元；水稻增产增收766万公斤2 068.2万元。实现节支增收效益共计1.35亿元，累计减少稻田尾水氮、磷排放1 472吨和420.8吨，实现了农田高效节水和控污减排的统一。高效节水灌溉关键技术研究与应用示范得到了中国工程院、水利部科技推广中心、江苏省水利厅等单位领导和专家的高度评价。
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29.04.2015 11:30
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