扬州大学水利规划与优化管理团队

大型自流灌区智慧灌溉技术助推现代化灌区高质量发展

大型灌区是我国农村经济的重要组成部分,是粮食安全的重要保障。近年来，中央一号文件多次聚焦农业现代化，提出大型灌区高效节水灌溉和现代化智慧灌区的建设要求。

扬州大学水利规划与优化管理团队长期立足江苏，顺应形势发展，致力于全省智慧灌区建设的技术研究与应用推广，取得了丰硕成果。尤其是近年来，团队在江苏省重大水利科技项目“江苏省农业节水关键技术研究与推广（2016002）”、国家重点研发计划项目“自流灌区用水调控技术集成与应用示范（2017YFC0403205）”的资助下，围绕南方自流灌区灌排协同的高效用水需求，及灌区智慧灌溉技术的核心问题，研究提出了包含基于短期天气预报的水稻田灌溉制度优化技术、水权受限条件下大型平原自流灌区骨干渠道及工程轮灌工作制度优化技术的自流灌区高效用水调控模式，构建了大型平原自流灌区管理信息系统通用技术。推广应用该模式可优化灌溉制度，提高灌溉效益，引领行业发展、有利于推动当下灌区现代化改造工作，研究成果已应用于江苏省洪金、周桥、高邮、渠南、船行等大型灌区续建配套与现代化改造规划。

(1)构建了水稻灌溉制度实时优化模型，提出了基于短期天气预报的水稻田灌溉制度优化方法。目前，灌区灌溉制度确定主要采用设计代表年方法，以设计代表年的降雨量及过程，制订灌溉制度。灌溉制度制订时，通常没有考虑实时降雨的影响，以及同一轮灌组在不同灌水日期遭遇降雨时，灌水定额需要修正的问题，整体灌溉制度较为粗放。根据短期降雨预报、BP神经网络ET预测模型、灌区实测墒情，采用水量平衡方法实时调整灌水日期与灌水定额，确定的灌溉制度更精准。在此基础上，提出了灌区“灌溉用水早知道”（一种江苏大型平原灌区广泛推广的灌溉制度，有利于灌溉与农业耕作、农事结合）灌溉制度修正方法，可结合灌区水权受限情况，充分利用降雨，优化灌区配水，提高灌区水资源利用效率。

(2)构建了基于灌溉预报的灌区优化配水模拟模型，提出了渠首水权受限条件下灌区骨干渠系轮灌工作制度优化方法。灌溉水位是南方自流灌区灌溉配水的主要限制因素之一，大型平原自流灌区渠道工作制度影响灌区灌溉自流面积。针对南方平原自流灌区灌溉水流坡度小、输配水多以渠道为主等特点，在灌溉预报的基础上，结合各种渠道工作制度，以自流灌溉面积最大为目标，考虑渠首水权、水源水位约束，干支斗渠系非恒定流方程、渠道最大引水流量与最小流量约束，闸孔出流公式、闸门开启高度约束等，构建灌区骨干渠道不同灌溉工作制度下的恒定非均匀灌溉模拟模型。通过方案比选，寻求最优的渠道灌溉工作制度及相应的配水方案，为灌区灌溉配水提供决策支持。

（3）开发了洪金灌区调度自动化与信息化管理系统，构建了灌区信息系统通用技术。早在2003年，团队利用水利和计算机学科交叉优势，开发了集灌区管理信息系统、地理信息查询和灌区配水方案优化的洪金灌区决策支持系统（单机版），多年来系统不断完善，在十三五国家重点研发计划项目资助下，形成了基于JAVA1.8，Tomcat8.0，Apache2.4，Redis3.0等服务器软件环境的洪金灌区调度自动化与信息化管理系统。系统实现闸门调度自动化控制、信息采集、灌区GIS一张图、工程管理和灌区自动化办公等功能，满足“无人值班、少人值守”的要求，达到远程监控、数据共享。系统通过基于无线传感器技术的物联网技术、云计算技术、大数据技术及人工智能技术，集智能感知、智能预报、智能决策、智能分析为一体，为灌区农业生产提供智能预测与决策方案，达到精确化灌溉的目的。

通过不断探索、创新与实践，针对智慧灌区建设需求，构建了大型平原自流灌区信息化通用技术，在硬件安装并连接网络情况下，系统功能框架和数据结构统一标准，不同灌区只需置换灌区一张图和灌区各类数据后，就可快速构建灌区管理信息系统。