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推進農業灌溉全過程節水實現農業節水化

添加時間:2020-01-16 23:38:30

 中國水利水電科學研究院水利研究所所長     李益農 


農業作為主要的用水大戶,節水潛力相對最大。通過改變傳統的農業灌溉模式,在農業灌溉全過程中不斷優化各環節的節水技術,以此節約減少無效耗水、提高水資源利用效率。目前節水技術已發展到智能化,實現了從單一技術到綜合技術應用、從單一目標向多目標協同的轉變,但仍存在先進實用技術供給能力不足、節水產品低端化格局未改變等問題。因此,迫切需要突破農業灌溉全過程節水的關鍵技術瓶頸,解決節水灌溉技術與產品的智能化與實用化問題,實現農業灌溉全過程節水。

結合我國農業灌溉現代化的建設特點,從現代灌區用水智能決策與精準調控、數字灌區建設和面向不同用戶實現技術實用化3個方面推進農業灌溉全過程管理,實現農業節水化。

一、農業灌溉全過程節水的關鍵技術——現代灌區用水智能決策與精準調控

農業灌溉全過程節水涵蓋從水源、到輸配、再到田間灌溉的整套體系,可以劃分為農業灌溉需水端、供水端,以及供需時空耦合決策三方面。通過采集灌區土壤、水源、種植結構、渠系輸配水等各類信息,在需水端建立作物水肥虧缺診斷與預測,內容主要包括:基于冠氣溫差水分診斷、基于光譜信息水肥診斷、作物水肥需求定量表征、空間變異定量表征、水肥虧缺智能診斷、水肥需求預測預報、氣候變化下需水預測等。在供水端建立渠/管道輸配水實時調控和田間水肥高效配施,內容主要包括:灌溉水動力學過程仿真理論、配水系統優化調度、渠/管道水流量控、滴灌水肥一體化、噴灌變量控制、精細地面灌溉、灌溉傳感自控?;谛杷撕凸┧四M建立供需耦合智能決策系統,包括:多水源優化配置標準化水肥方案集、灌區用水調控智能決策、灌區用水綜合評價、灌區用水云服務平臺,進而最終構建現代灌區用水智能決策與精準調控系統。

二、農業灌溉全過程節水的重要抓手——數字灌區建設

數字灌區建設是把灌區的管理調度上升到數字化、智能化層面,服務于灌區管理需求,指導灌區管理實踐,使得灌區管理從以主觀判斷為依據向以客觀規律為依據轉變,由以經驗為主進行管理的模式向以數據為支撐、結合經驗進行管理的模式轉變,進而顯著提升灌區管理技術水平與服務能力。數字灌區的構成要素主要包括:體系完備的物理網(在灌區現有灌排工程體系基礎上,借助灌區信息化、自動化工程體系建設,打造數字灌區的基礎硬件物理網)、需求對應的數據網(在現有星-機-地立體監測技術及方法的基礎上,針對管理者和用水戶的不同需求,提供時空各異的多元化數據信息)、全景刻畫的模擬網(對現有的針對單一功能的仿真模型進行有機集成,形成物理機制模型庫,并采用歷史數據打造知識圖譜庫,提供灌溉用水全鏈條、全過程、全尺度系列化解決方案)、業務導向的決策網(以系統治理為抓手,在現有的單目標優化調度基礎上,提出基于灌區高質量服務和可持續發展的供需耗排多目標決策方案,打造情景決策“一張圖”)。數字灌區建設以物理網為基礎、數據網為支撐、模擬網為核心,決策網為靈魂,構建四網合一的完整體系,其核心技術在于,灌區農情信息遙感監測(需水過程)、現代灌區用水決策仿真(供水過程)、現代灌區用水調控智能決策(決策過程)、渠道量控一體化板閘系統(量測控產品)、云灌溉控制系統(農田自動控制灌溉)以及灌溉用水效率動態評估。

三、農業灌溉全過程節水的落地實施——面向不同用戶實現技術實用化

農業灌溉全過程節水落地實施需要面向不同的用戶來實現技術實用化。在面向行業時需要結合監管技術和預警技術的需求提供支撐;面向灌區管理部門時需要注重智能調控的提高和優質服務能力的提升;面向用水戶時,提供的技術要做到靈活便捷、穩定可靠、省工省力;面向節水企業時,重點要加大科技成果轉化力度、提升產品市場競爭力。

另外,有必要構建農業節水化的價值鏈體系。目前,我們有大量的技術、產品和方案,但都沒有很好的實施,主要是因為政府、灌區和農戶的價值沒有達成一致,或沒有足夠多的價值共同點。比如,農民要增收、省工;灌區管理要安全、穩定和效率效益;國家要水安全、生態安全和糧食安全。要達到各方利益平衡,就需要引入經濟學方法,運用價值理念,明晰節水的各方價值點,為國家節水政策制訂提供依據。

我國地域遼闊,不同灌區的農業用水需求、水資源分配地理差異明顯,因此必須因地制宜的開發相應的節水技術及管理系統,同時應考慮各個參與者的共同利益,加強相關機制體制改革,努力實現資源環境、社會和經濟的協調發展,最終實現農業灌溉全過程節水。


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