动感灌区自动化:灌区信息化让千年灌区实现水资源优化配置与高效利用
里运河-高邮灌区:千年灌区的创新与传承
原标题:里运河-高邮灌区等3项工程入选第八批世界灌溉工程遗产名录
千年灌区的创新与传承
图为12月3日的里运河-高邮灌区头闸取水口,这是该灌区沿京杭大运河9个取水口之一。(无人机照片)谭倩 摄
党的十九届六中全会指出:“加快推进农业农村现代化,坚持藏粮于地、藏粮于技。”粮食生产离不开水,灌溉是我国农业经济发展的基础支撑。水利部官方数据显示,我国农田有效灌溉面积已由新中国成立之初的2.4亿亩发展为目前的10.37亿亩,成为世界第一灌溉大国。占全国耕地面积50%左右的灌溉面积,生产了全国75%的粮食和90%以上的经济作物。党的十八大以来,我国加快大中型灌区现代化改造和智慧灌区建设,为农业高质量发展赋能。
我国是世界上灌溉工程遗产类型最丰富、分布最广泛、灌溉效益最突出的国家。在日前召开的国际灌排委员会第72届执行理事会上,江苏里运河-高邮灌区、江西潦河灌区、西藏萨迦古代蓄水灌溉系统成功入选第八批世界灌溉工程遗产名录。至此,我国已有26项灌溉工程入选。
古老与现代融合、传承与创新并存,这些有着千百年历史的灌区,至今仍发挥着灌溉效益,润泽着一方土地。它们承载着一代又一代中国人治水、用水的智慧,在新时代焕发出新的生机活力。
闸、洞、关、坝调节旱涝,完善的工程体系源自中华千年治水智慧
高邮市地处江南水乡,河道密布。京杭大运河淮阴至瓜洲段流经这里,便有了一个新名字——里运河。投奔长江的淮河从此路过,洒落下高邮湖这颗明珠。
里运河-高邮灌区是高邮市著名的现代化节水生态型灌区,有数千年灌溉史。沿着老淮江公路一直向北走,就能到达高邮灌区的南关取水口。平时,这里很安静。但到了开闸引灌的时候,奔涌的水流自此而出,引发阵阵轰鸣。
高邮灌区范围涵盖9个乡镇(园区)、88个行政村,以高邮湖与里运河为供水主水源。灌区内水工设施众多,历经唐、宋、明、清数代建设的闸、洞、关、坝等,连通了高邮湖和高邮灌区,通过利用河湖水位水量,实现水资源在“高邮湖-里运河-高邮灌区”三者间的调配。
时至今日,南水关洞、琵琶洞、子婴闸等水洞、水闸、水坝仍未“退休”:运河水通过子婴闸、界首小闸、车逻闸自流进入灌区,浇灌着田里的一季水稻和一季小麦。高邮灌区管理处主任胡锦辉说,灌区在保护这些古代工程的同时,也用现代化技术对它们进行了升级。比如沿运闸洞以前主要靠人工开合,如今配备了自动化的控制闸门,可以实现远程遥测遥控和视频监控,也推动了农业灌溉从大水漫灌向高效集约转变。管理处还给闸洞配上了二维码,灌区内的群众只要用微信扫一扫就能知道什么时间开闸、什么时间关闸,实现了“用水早知道、农事作业早安排”。
目前,灌区内有干渠9条、支渠127条、斗渠3250条、田间建筑物1.85万余座。这么多的工程设施并非全是古代遗留,而是当地在古代水工设施的基础上,不断扩建而成。当前,灌区已形成干、支、斗渠三级渠道为主的灌溉工程体系以及大、中、小沟相互连通的排水工程体系,做到了“灌、排、挡、降”工程基本健全,灌溉面积由明清时期的几万亩,发展到现在的50多万亩,最高峰时可达63万亩。
完善的工程体系体现了我国传承千年的体系化灌溉工程思想。浙江水利水电学院教授刘学应表示,里运河-高邮灌区的先进性,体现在修筑堤堰调节运河水位,形成了“防不足,泄有余”的治水理念,也体现在利用水闸、水洞、水关、水坝灌溉调水通道,通过干支斗渠三级配水网络实现灌溉,形成了完善的灌溉用水体系,实现了调节旱涝的水位平衡以及兼顾灌溉和漕运的功能平衡。
不仅是里运河-高邮灌区,我国的灌溉工程遗产均有着系统的工程设施和适应当地自然条件的合理规划设计。位于西藏自治区的萨迦古代蓄水灌溉工程海拔高,地势高差大,地形复杂,建筑材料运输困难。为降低造价,工程把蓄水池就建在当地干流萨迦冲曲附近,采用开敞式引流蓄水的灌溉形式。刘学应表示,这种治水思路、结构形式是最契合当地实际的。
人与自然和谐共生,生态农业彰显可持续发展的理念
潦河灌区位于江西省潦河流域,行走其间,周围林田秀美、岸青水绿,这里不仅是粮食的产区,更是一座生态基地。潦河工程管理局建设与管理科科长肖合伟表示,潦河灌区的维护及建设都是依托于生态元素,在不破坏生态的基础上展开维修与发展。近年来灌区新设计建造的枢纽工程均依托于生态理念,比如枢纽工程源头的气盾坝设计,不仅可以减轻防汛压力,还为当地营造了优美的水环境,发挥了景观生态作用。
生态灌区是我国灌溉工程的一个重要定位,天然美与人工美在此和谐相融,不仅是对“天人合一”传统农耕思想的传承,更彰显了可持续发展的现代生态理念。国际灌排委员会秘书长阿什温·潘迪亚曾感叹:“中国古代灌溉工程反映了人与自然和谐共生的理念,对当今灌溉农业发展有巨大贡献和启发价值。”
咸鸭蛋是高邮的地理品牌标识。在位于高邮湖南面的高邮鸭良种繁育中心,“稻鸭共作”模式成为这里生态农业的典型。
“现代稻作生产大量使用的化肥、农药,不仅破坏了生态环境,也使稻米品质受到影响。而稻鸭共作是以稻作水田为条件,以种稻为中心,配合家鸭田间网养,是一种自然与人工相配合的生态工程系统,是有效控制常规稻作生态污染的重要技术途径。”胡锦辉表示。
作为灌区最重要的资源,水的节约与保护无疑是灌区可持续发展的基础。国际灌排委员会荣誉主席高占义表示,灌区是最大的人工生态系统,改善灌区生态环境是实现灌溉农业可持续发展的保障。在进行水资源分析和配置及选择节水措施时,要考虑生态需水和水资源的循环利用。
胡锦辉介绍,近年来,灌区一直在推进节水生态改造工程。比如,渠道改造采用复式断面或有限衬砌断面,既减轻生态破坏,又能保证绿化植被空间;生态措施采用护坡不护底、分段设通道、设置缓冲区,在实现渠道高效输水的同时,实现节水与生态统筹,安全与亲水兼顾。此外,灌区还将周邶墩村作为试点,通过控制排水在沟道中的滞留时间,利用土壤吸附、植物吸收等,使得农田排水得到初步降解;最后汇入湿地,通过人工拦蓄、生态系统重建和水量交换控制,使氮磷污染物得到进一步的降解和吸附,减少排入下游水体的氮磷污染物。通过各项举措,灌区年节水达到9100万立方米以上,年增产粮食500万公斤以上。
不仅是里运河-高邮灌区,就整个江苏省来说,星罗棋布的河湖、四通八达的水系是农村生态环境的重要载体。江苏省水利厅有关负责人介绍,为实现“十四五”期间全省建成5000万亩高标准农田的目标,江苏省已开展农田灌排系统生态化改造试点。2022年,全省30%的农村河道将建成生态河道,既提升耕地质量,又形成大面积连片节水生态高标准农田,提升了农田、河道的生态一体化水平。此外,江苏省也在加快美丽灌区建设,提升灌区生态安全保障能力和绿色发展支撑能力。
从靠经验到全程自动化,智能技术实现水资源优化配置与高效利用
不久前,江苏省盐城市的陈大爷因为“靠一部手机种植管理1500亩稻田”的新闻而成了“网红”。种水稻对灌溉的要求很高,水多水少都不行。在使用手机种田之前,陈大爷用传统方式种了30多年水稻,灌水多少全靠经验。放水灌溉的时候,1000多亩田至少需要5个人在田间忙活,有时还得再找人帮忙开关水阀。而如今,地里安装了智能化设备,依靠传感器采集的数据,数字化智能管理平台可以根据不同地块的土壤湿度、水稻生长周期等精确计算出灌溉量,灌溉完成后自动关阀。整个过程,陈大爷只需通过手机操作就行。
数字化、智能化灌溉是近年来国内灌区的发展方向。高占义表示,灌区是由取引水枢纽等建筑物构成的供水系统和种植作物组成的复杂大系统,依靠人工凭经验管理的方式难以实现水资源的优化配置和高效利用,迫切需要通过应用信息化、数字化、智能化和自动化技术提升灌区管理能力和水平。随着物联网、大数据、人工智能等新兴信息技术的迅速发展和深入应用,全国水利信息化建设进入全方位、多层次发展的新阶段,为数字灌区、智慧灌区的建设奠定了基础。
2020年,江苏省水利厅农村水利与水土保持处在全国率先建成了“江苏省智慧大型灌区平台软件”,通过高科技优化农业灌排,加快灌区现代化改造。正如盐城市一样,技术的加持,也让里运河-高邮灌区焕发新的活力。
位于高邮灌区内的卸甲镇近年来发展起了花卉苗木产业。花卉对温度、湿度要求极高,园区采用智能灌溉系统,实现了灌溉的全自动化,控温控湿、浇水、施肥等工作都由机器操作:通过物联网技术,可以随时掌握温度、湿度、日照条件等,哪块地“渴”了,系统都会知道;通过土壤传感,智能控制对作物的浇水量和施肥量,水分均匀渗入土壤,不仅降低了用水量,还减少了水土流失。智能化技术推动了当地花卉业的发展。今年9月,江苏省首个智能化花卉育苗中心在卸甲镇金港村的国家农业科技园区建成投产,全年可生产1亿株花卉,年产值3000多万元。
胡锦辉说,像卸甲镇这样的典型在灌区有很多。“目前,灌区已建成智慧灌溉平台,集成了‘可视化集中展示、灌区管理一张图、综合业务管理、移动智能终端’四个模块,初步实现了灌区水情工情可读、场景可视、水量可测、设施可遥控、资源可调度等功能。”为继续提高灌区信息化管理水平,灌区管理处正在试点运用“空天地一体智慧平台”以及“感知-决策-调度”智慧灌溉系统。“通过无人机和人工智能手段进行渠道巡查,生成电子化巡查报告;通过无人机搭载多光谱仪,分析处理灌区现状种植结构和各类监测数据,构建灌区作物水分状况感知体系,对作物水分状况进行精准预测,结合现有的遥控监控系统,实现智慧精准配水决策。”胡锦辉表示。(王雅婧)
动感灌区自动化:江苏农民陈大爷1人管理1400多亩稻田,快看看他是怎么做到的?
最近,有一则新闻冲上热搜。江苏盐城农民陈大爷1个人种植管理1500亩稻田,而且还仅仅依靠一部手机。对于耕作历史有几千年的传统农业来说,这简直就是天方夜谭,然而,在江苏盐城,这的的确确是现实。
这位陈大爷用一部手机管理1400多亩稻田究竟靠什么呢?就是“AI技术”。所谓“AI技术”,就是“数字化农业”,就是利用高清摄像头观察稻田以及传感器反馈农田里土壤等指标,然后有针对性地进行灌溉、除草、修补田埂等工作。
原来,这1400多亩稻田之前是盐城市盐南高新区的一片复垦地,后被当地一个农业科技公司“珠溪一米公司”承包,他们花费数月时间将这一片复垦地打造成“高标准农田”,然后又承包给当地种了35年地有丰富种植经验的陈大爷种植水稻。
尽管陈大爷种了35年水稻,但那都是传统的种植方式,现在突然要他1个人用“数字化农业”管理1400多亩水稻,他认为这“数字农业”太过高深,不敢接受。但珠溪一米公司的技术员对陈大爷说,一点都不难学,只要会玩智能手机就行。
结果,技术员仅仅用了30多分钟时间就教会了陈大爷如何用手机管理这1400多亩水稻。原来,公司在这片稻田里安装了“阿里云智能AIoT一体杆”,这个装置实际上就是监控器,可监测农田里的温度、风向、土壤墒情、稻田长势、病虫害等各类指标,并实时反馈到智能平台。技术人员根据各种指标情况及算法分析,制定每日生产计划,然后通过钉钉推送给陈大爷。
技术员教陈大爷在手机上下载了“钉钉”APP,每天的生产计划就通过“钉钉”推送给陈大爷,陈大爷根据生产计划进行灌溉、除草、修补田埂等工作。每天工作结束,陈大爷再通过“钉钉”向公司技术员发送生产日志。
那么,有人可能会问,怪该、除草、耕地、播种、喷洒农药等,这么多具体农活,陈大爷一个人怎么干得了?
其实,陈大爷只是管理人员,其它具体工作除了少数需要人工外,大多数不需要人工。因为这1400多亩稻田属于“高标准农田”,本身具有高度的机械化水平。
比如灌溉,原来1400多亩农田至少需要5个人防水灌溉,现在数字化管理不需要一个人,只需要机器进行智能化灌溉,而且,通过智能化精确计算,怪该效率是原来的3倍。
再比如喷洒农药,传统的方式是人工背上喷雾器在农田里进行喷洒,喷洒1400多亩农田需要的人恐怕最少也得数百个人吧,但现在只要设定好路线,利用无人机喷洒,既省时省力,还绝对安全。其它耕地、播种、收割、运输等就更不用说了。而这些,仅凭一部手机就可以实现。
过去,这里的年轻人都不愿意回家乡务农,就是因为传统农业太苦太累,成本高,收益低,一个人最多只能耕种10几亩地。而现在的数字化农业,陈大爷一个人就能管理1400多亩农田,比在外打工强多了。陈大爷说,以前管理不了这么多土地,有了数字化农业,他的愿望就是让儿子回来和他一起管理2000多亩地。
中国未来的农业一定是“数字化农业”,最近国务院同意出台的《全国高标准农田建设规划(2021—2030年)》提出,到2022年建成10亿亩高标准农田,以此稳定保障1万亿斤粮食产能;到2025年建成10.75亿亩高标准农田,以此稳定保障1.1万亿斤粮食产能,并改造提升1.05亿亩现有的高标准农田;到2030年建成12亿亩高标准农田,以此稳定保障1.2万亿斤粮食产能,并改造提升2.8亿亩现有高标准农田。这其实就是为我国实现数字化农业奠定基础。
总之,未来,中国不仅是世界农业大国,也一定是世界农业强国,中国人的饭碗一定会牢牢掌握在中国人手里。
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