推进农业灌溉全过程节水 实现农业节水化

李益农 

中国水利水电科学研究院水利研究所所长

农业作为主要的用水大户，节水潜力相对最大。通过改变传统的农业灌溉模式，在农业灌溉全过程中不断优化各环节的节水技术，以此节约减少无效耗水、提高水资源利用效率。目前节水技术已发展到智能化，实现了从单一技术到综合技术应用、从单一目标向多目标协同的转变，但仍存在先进实用技术供给能力不足、节水产品低端化格局未改变等问题。因此，迫切需要突破农业灌溉全过程节水的关键技术瓶颈，解决节水灌溉技术与产品的智能化与实用化问题，实现农业灌溉全过程节水。

结合我国农业灌溉现代化的建设特点，从现代灌区用水智能决策与精准调控、数字灌区建设和面向不同用户实现技术实用化3个方面推进农业灌溉全过程管理，实现农业节水化。

一、农业灌溉全过程节水的关键技术——现代灌区用水智能决策与精准调控

农业灌溉全过程节水涵盖从水源、到输配、再到田间灌溉的整套体系，可以划分为农业灌溉需水端、供水端，以及供需时空耦合决策三方面。通过采集灌区土壤、水源、种植结构、渠系输配水等各类信息，在需水端建立作物水肥亏缺诊断与预测，内容主要包括：基于冠气温差水分诊断、基于光谱信息水肥诊断、作物水肥需求定量表征、空间变异定量表征、水肥亏缺智能诊断、水肥需求预测预报、气候变化下需水预测等。在供水端建立渠/管道输配水实时调控和田间水肥高效配施，内容主要包括：灌溉水动力学过程仿真理论、配水系统优化调度、渠/管道水流量控、滴灌水肥一体化、喷灌变量控制、精细地面灌溉、灌溉传感自控。基于需水端和供水端模拟建立供需耦合智能决策系统，包括：多水源优化配置标准化水肥方案集、灌区用水调控智能决策、灌区用水综合评价、灌区用水云服务平台，进而最终构建现代灌区用水智能决策与精准调控系统。

二、农业灌溉全过程节水的重要抓手——数字灌区建设

数字灌区建设是把灌区的管理调度上升到数字化、智能化层面，服务于灌区管理需求，指导灌区管理实践，使得灌区管理从以主观判断为依据向以客观规律为依据转变，由以经验为主进行管理的模式向以数据为支撑、结合经验进行管理的模式转变，进而显著提升灌区管理技术水平与服务能力。数字灌区的构成要素主要包括：体系完备的物理网（在灌区现有灌排工程体系基础上，借助灌区信息化、自动化工程体系建设，打造数字灌区的基础硬件物理网）、需求对应的数据网（在现有星-机-地立体监测技术及方法的基础上，针对管理者和用水户的不同需求，提供时空各异的多元化数据信息）、全景刻画的模拟网（对现有的针对单一功能的仿真模型进行有机集成，形成物理机制模型库，并采用历史数据打造知识图谱库，提供灌溉用水全链条、全过程、全尺度系列化解决方案）、业务导向的决策网(以系统治理为抓手，在现有的单目标优化调度基础上，提出基于灌区高质量服务和可持续发展的供需耗排多目标决策方案，打造情景决策“一张图”)。数字灌区建设以物理网为基础、数据网为支撑、模拟网为核心，决策网为灵魂，构建四网合一的完整体系，其核心技术在于，灌区农情信息遥感监测（需水过程）、现代灌区用水决策仿真（供水过程）、现代灌区用水调控智能决策（决策过程）、渠道量控一体化板闸系统（量测控产品）、云灌溉控制系统（农田自动控制灌溉）以及灌溉用水效率动态评估。

三、农业灌溉全过程节水的落地实施——面向不同用户实现技术实用化

农业灌溉全过程节水落地实施需要面向不同的用户来实现技术实用化。在面向行业时需要结合监管技术和预警技术的需求提供支撑；面向灌区管理部门时需要注重智能调控的提高和优质服务能力的提升；面向用水户时，提供的技术要做到灵活便捷、稳定可靠、省工省力；面向节水企业时，重点要加大科技成果转化力度、提升产品市场竞争力。

另外，有必要构建农业节水化的价值链体系。目前，我们有大量的技术、产品和方案，但都没有很好的实施，主要是因为政府、灌区和农户的价值没有达成一致，或没有足够多的价值共同点。比如，农民要增收、省工；灌区管理要安全、稳定和效率效益；国家要水安全、生态安全和粮食安全。要达到各方利益平衡，就需要引入经济学方法，运用价值理念，明晰节水的各方价值点，为国家节水政策制订提供依据。

我国地域辽阔，不同灌区的农业用水需求、水资源分配地理差异明显，因此必须因地制宜的开发相应的节水技术及管理系统，同时应考虑各个参与者的共同利益，加强相关机制体制改革，努力实现资源环境、社会和经济的协调发展，最终实现农业灌溉全过程节水。