浙江德清智能節(jié)水灌溉示范園建設(shè)與示范探討

黃 堅(jiān)，劉冰菁

（1.浙江省德清縣水利建設(shè)發(fā)展有限公司，313200，德清；2．揚(yáng)州大學(xué)，225000，揚(yáng)州）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌溉是用水大戶， 根據(jù)2020年中國(guó)水資源公報(bào)， 我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量占用水總量的62.1%，但用水效率總體不高，節(jié)水潛力很大。黨中央、國(guó)務(wù)院歷來(lái)高度重視節(jié)水灌溉工作， 習(xí)近平總書記提出的“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，把節(jié)水放在首要位置?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃綱要》 中提出增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，推進(jìn)大中型灌區(qū)節(jié)水改造和精細(xì)化管理， 建設(shè)節(jié)水灌溉骨干工程，要求在“十四五”期間新增高效節(jié)水灌溉面積0.6 億畝 （1 畝=1/15 hm2，下同）。探索新時(shí)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉新途徑意義重大。

一、建設(shè)背景

2016年7月，浙江省德清縣委縣政府提出建設(shè)“浙江省現(xiàn)代水利德清示范區(qū)（德清洛舍）”方案，并于2017年5月獲得浙江省水利廳復(fù)函同意。示范區(qū)位于德清洛舍鎮(zhèn)， 規(guī)劃面積10.8 km2，總投資約3.2 億元，旨在通過(guò)水土保持科普?qǐng)@、智能節(jié)水灌溉示范園、自動(dòng)化防洪排澇示范園、信息化水資源管理示范園、生態(tài)河湖展示園、水情教育園、管理運(yùn)行中心“六園一中心”的整體規(guī)劃，推動(dòng)德清的鄉(xiāng)村振興，打通“綠水青山就是金山銀山”的水利通道，為浙江省乃至全國(guó)水利現(xiàn)代化建設(shè)提供 “德清樣板”。2019年12月，按照《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于開展農(nóng)業(yè)農(nóng)村及新型城鎮(zhèn)化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)示范申報(bào)工作的通知》（標(biāo)委函〔2019〕16 號(hào)）要求，德清縣水利局以智能節(jié)水灌溉示范園為載體，積極開展節(jié)水灌溉標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)申報(bào)工作。經(jīng)水利部和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)專家組的兩輪評(píng)審，2020年4月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)印發(fā)《關(guān)于下達(dá)農(nóng)業(yè)農(nóng)村及新型城鎮(zhèn)化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》（國(guó)標(biāo)委發(fā)〔2019〕16 號(hào)），德清縣張陸灣節(jié)水灌溉項(xiàng)目（智能節(jié)水灌溉示范園）被確定為國(guó)家節(jié)水灌溉標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)，并先后于2020年12月和2021年11月兩次以優(yōu)秀等級(jí)通過(guò)水利部年度績(jī)效考核。

德清智能節(jié)水灌溉示范園（以下簡(jiǎn)稱“示范園”）總占地面積395 畝，總投資2772 萬(wàn)元。依托數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化與智能化的精準(zhǔn)高效節(jié)水灌溉技術(shù)及裝備，帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的全面建設(shè)，尤其是高效節(jié)水灌溉和農(nóng)田水利工程方面的建設(shè)。

二、示范園建設(shè)內(nèi)容

1.功能分區(qū)

示范園以“一個(gè)中心、六項(xiàng)技術(shù)、五大板塊”為設(shè)計(jì)理念。以智能灌溉與節(jié)水控制中心為核心，應(yīng)用智能泵站、水肥一體、節(jié)水灌溉、品質(zhì)灌溉、中水回用、 科學(xué)試驗(yàn)等六項(xiàng)技術(shù)，建成稻油區(qū)、果蔬區(qū)、水產(chǎn)區(qū)、溫室大棚、生態(tài)水池等五大板塊。其中， 水稻田93 畝，采用低壓管道灌溉方式，根據(jù)田間水位及土壤墑情判斷作物需水情況實(shí)現(xiàn)智能灌溉；果蔬地64 畝，種植觀賞性強(qiáng)、附加值高的果蔬，實(shí)現(xiàn)水肥一體化及精準(zhǔn)節(jié)水灌溉； 魚塘91 畝，養(yǎng)殖特種水產(chǎn)， 采用低壓管灌技術(shù)和尾水處理技術(shù)；溫室大棚12 畝，通過(guò)沙漠植物、熱帶植物種植，水生植物培養(yǎng)，微地形景觀打造，建成具有多種植物、多種氣候、多種栽培技術(shù)的示范園區(qū)， 并結(jié)合不同灌溉方式形成四季共生的展示效果， 起到科普教育及技術(shù)推廣的示范作用；中水池40 畝，對(duì)原有池塘岸坡進(jìn)行生態(tài)整治， 盡量保留原生態(tài)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)處理，使其成為灌溉水源地和雨（尾）水的集蓄池，實(shí)現(xiàn)灌溉用水的內(nèi)部循環(huán)。

智能灌溉與節(jié)水控制中心位于溫室大棚內(nèi)，通過(guò)電子沙盤對(duì)整個(gè)園區(qū)進(jìn)行集中展示，同時(shí)，沙盤后的大屏可以對(duì)整個(gè)園區(qū)進(jìn)行智能化控制管理。以智能灌溉為核心，打造由一體化智能泵站、全園管道供水、田間需水信息自動(dòng)采集、 用水精準(zhǔn)計(jì)量、節(jié)水終端組成的一套完整農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)， 并兼顧農(nóng)業(yè)植保、農(nóng)情測(cè)報(bào)等功能， 實(shí)現(xiàn)園區(qū)灌溉取水、輸水、配水、灌水智能化，農(nóng)情管理、蟲情災(zāi)情處理智能化。

2.智能化管控系統(tǒng)

智能化管控系統(tǒng)分為智能灌溉系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)植保系統(tǒng)、農(nóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、園區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)、 園區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)、控制中心及沙盤演示系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)等7 個(gè)子系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)。其中，農(nóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)及園區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)為智能灌溉系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)植保系統(tǒng)提供決策支持， 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)貫穿整個(gè)園區(qū)，為所有子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

①智能灌溉系統(tǒng)。根據(jù)定點(diǎn)區(qū)域作物的需水需肥參數(shù)，配合生態(tài)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行基于人工智能的灌溉、施肥參數(shù)設(shè)定，并且控制一系列機(jī)電設(shè)備實(shí)施上述灌溉、施肥再根據(jù)傳感器反饋評(píng)估效果以自動(dòng)改進(jìn)人工智能決策，從而達(dá)到按照作物需求灌溉、施肥。

②農(nóng)業(yè)植保系統(tǒng)。根據(jù)農(nóng)情蟲情儀表監(jiān)測(cè)的災(zāi)害情況及預(yù)測(cè)信息，結(jié)合植保無(wú)人機(jī)低飛傳回的實(shí)時(shí)圖像，管理人員可隨時(shí)遠(yuǎn)程了解田間病蟲害情況與變化，制定防治措施。平臺(tái)自動(dòng)記錄每天采集的數(shù)據(jù)，形成病蟲害數(shù)據(jù)庫(kù)， 配合植保專家數(shù)據(jù)庫(kù)，及時(shí)進(jìn)行無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥的操作或邀請(qǐng)農(nóng)業(yè)專家進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。

③農(nóng)情測(cè)報(bào)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)采集作物的需水需肥參數(shù)、農(nóng)情蟲情參數(shù)，為智能灌溉系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)植保系統(tǒng)提供決策支持。需水需肥數(shù)據(jù)包括大棚空氣溫濕度、大棚光照度、土壤溫濕度、土壤養(yǎng)分、蝦塘水位、稻田水位、氣象參數(shù)等； 農(nóng)情蟲情包括蟲情圖像、孢子數(shù)量及圖像、 植物生理生態(tài)數(shù)據(jù)（果實(shí)變化、莖稈微變化、葉片溫度、葉面濕度）等。

④園區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。視頻監(jiān)視系統(tǒng)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的攝像裝置，將實(shí)時(shí)圖像準(zhǔn)確、快速、清晰地傳輸?shù)娇刂浦行?。值班管理人員根據(jù)視頻圖像反映的現(xiàn)場(chǎng)情況（包括設(shè)備運(yùn)行狀況、園區(qū)主要道路情況、灌溉出水口情況、園區(qū)水域情況等）進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，對(duì)事故分析、責(zé)任排查、提高運(yùn)行管理水平具有非常重要的作用。

⑤園區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)。園區(qū)利用溫室及塑料大棚頂部進(jìn)行雨水收集并自流入雨水收集池中，利用生態(tài)排水渠與人工濕地將收集的雨水及農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行凈化，排入水源地。該系統(tǒng)主要對(duì)園區(qū)的農(nóng)業(yè)減污及水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)園區(qū)內(nèi)改造的補(bǔ)水、 排水泵閘站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)園區(qū)水循環(huán)使用。

⑥控制中心及沙盤演示系統(tǒng)。在溫室內(nèi)以沙盤方式演示園區(qū)所有功能分區(qū)及先進(jìn)技術(shù)，包括智能溫室演示、水產(chǎn)養(yǎng)殖演示、果蔬種植演示、智能灌溉演示、拼接大屏等。園區(qū)的智能化管控系統(tǒng)最終通過(guò)電子沙盤后的拼接大屏演示，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的集中調(diào)度，合理分配水資源，保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行， 提高園區(qū)各子系統(tǒng)科學(xué)管理的水平。

⑦網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。整個(gè)園區(qū)內(nèi)的信息傳輸依靠通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括園區(qū)的信息傳輸、信息交換和信息存儲(chǔ)。園區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的搭建根據(jù)實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)類型及周邊環(huán)境情況采用多種形式。

三、成果與效益

示范園圍繞節(jié)水優(yōu)先方針，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、先進(jìn)成果應(yīng)用、水價(jià)改革、人員培訓(xùn)、運(yùn)維管理等方面體現(xiàn)“先進(jìn)、示范、長(zhǎng)效”的原則，實(shí)現(xiàn)智能灌溉、農(nóng)業(yè)節(jié)水、示范科普、科學(xué)試驗(yàn)、鄉(xiāng)村農(nóng)旅等功能，產(chǎn)生了較好的社會(huì)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等效益，具有良好的示范作用，目前已成為浙江省乃至全國(guó)農(nóng)業(yè)水利具有典型示范效益的窗口。

1.生態(tài)效益

示范園內(nèi)建有綠化及生態(tài)濕地，通過(guò)生態(tài)排水渠建設(shè)對(duì)園區(qū)循環(huán)用水進(jìn)行生態(tài)處理。園區(qū)內(nèi)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，杜絕禁用藥品流入，目前已有產(chǎn)出的91 畝水稻田年農(nóng)藥用量總支出約為5000 元， 與普通水稻每畝年農(nóng)藥用量150～200 元的支出相比，畝農(nóng)藥用量減少40%左右，顯著減少了農(nóng)業(yè)面源污染。同時(shí)，灌溉節(jié)水增加了用于生態(tài)環(huán)境改善的水量，改善了植被條件，增加了湖泊、水漾的自凈能力與環(huán)境容量。通過(guò)農(nóng)田與坡地整治，水土流失狀況得到緩解，極大改善了農(nóng)田生態(tài)條件和水土環(huán)境，真正走上可持續(xù)發(fā)展的道路。項(xiàng)目區(qū)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境改善顯著。

2.社會(huì)效益

標(biāo)準(zhǔn)化示范園實(shí)地驗(yàn)證了《灌溉用水定額編制導(dǎo)則》（GB/T 29404—2012） 和 《節(jié)水灌溉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50363—2018）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其在江南平原地區(qū)適用情況進(jìn)行了檢驗(yàn)；研究了農(nóng)業(yè)節(jié)水機(jī)制，探索并試行了江南多水地區(qū)水價(jià)制度； 同時(shí)，創(chuàng)新實(shí)施政府主導(dǎo)（政策引導(dǎo)、投資主體）、企業(yè)實(shí)施（投資+EPC）、農(nóng)民入股的園區(qū)共建、共管、共享機(jī)制，以市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)引導(dǎo)土地集約高效利用，產(chǎn)生效益后反哺水利， 實(shí)現(xiàn)企業(yè)有收入、農(nóng)民有利潤(rùn)。可為今后同類型項(xiàng)目提供參考依據(jù)。

3.經(jīng)濟(jì)效益

示范園建成后， 實(shí)現(xiàn)了省工、省料、增產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。其中，人均管理面積由原來(lái)的45 畝增加到300 畝，平均節(jié)約人力費(fèi)用169 元/百畝。人均管理定額由50 畝提高到300 畝，管理費(fèi)用由100 元/畝降低到20 元/畝。每畝節(jié)水200 m3左右，節(jié)約化肥28%，每畝可節(jié)約水肥藥費(fèi)用約200 元。2021年11月示范園91 畝水稻畝產(chǎn)量1200 斤，達(dá)到了節(jié)水又豐產(chǎn)的效果。

4.示范帶動(dòng)

截至2021年10月，示范園共接待國(guó)內(nèi)參觀學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)54 批次， 開展中小學(xué)生節(jié)水活動(dòng)3 次，進(jìn)行節(jié)水灌溉標(biāo)準(zhǔn)化培訓(xùn)100 人次。技術(shù)成果已推廣至浙江省綠色農(nóng)業(yè)德清百糧山農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、江蘇省盱眙縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、江蘇省東?？h現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園等項(xiàng)目。