面向精准农业的灌溉用水管理系统示范应用.docx
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面向精准农业的灌溉用水管理系统示范应用
农业科技成果转化资金项目
可行性研究报告
项目名称:
面向精准农业的灌溉用水管理系统示范应用
单位名称:
长江水利委员会长江科学院
推荐单位:
水利部
编写时间:
2010年4月7日
中华人民共和国科学技术部
二OO八年制
目录
一、总论
(一)申请项目概述
(二)项目预期目标
1.总体目标
2.阶段目标
3.资金投入及使用计划
二、项目技术成果的先进性分析
(一)简述
(二)项目创新点
(三)知识产权状况
三、项目实施方案分析
(一)项目的转化内容与技术路线
(二)项目组织实施方案
(三)项目产品市场调查与竞争能力预测
(四)投资预算与资金筹措
(五)项目实施风险评价
(六)项目实施计划
四、项目预期效益分析
(一)成果转化目标分析
(二)经济效益分析
1.产品成本分析
2.产品单位售价与盈利预测
3.经济效益分析
4.项目投资评价
(三)社会效益、生态效益分析
五、项目支撑条件分析
(一)申请单位基本情况
(二)单位转化能力论述
(三)单位职工队伍情况
(四)单位管理情况
(五)单位财务经济状况
(六)合作单位研发能力
农业科技成果转化资金项目可行性
研究报告编写提纲
一、总论
(一)申请项目概述
本次申请中试的主要内容是在湖北漳河灌区建成1000亩的中试基地,将遥感监测与田间实地观测相结合,选择不同作物类型(水稻、小麦、玉米、棉花)及其组合进行技术中试,形成基于物候期的灌溉用水管理系统技术规范和应用系统,发展农村低碳经济,创造农业与节水“双赢”。
项目申报单位具有自主知识产权的“灌溉用水决策支持”技术在处于国际先进水平,是一种可以大面积推广的新型农业节水技术。
(二)项目预期目标
1.总体目标:
项目执行期2年,计划投资额70万元。
利用“灌溉用水决策支持”技术,将遥感监测与田间实地观测相结合,选择不同作物类型(水稻、小麦、玉米、棉花)及其组合进行技术中试,形成基于物候期的灌溉用水管理系统技术规范和应用系统,形成能够指导全国灌区农业的技术质量体系。
项目在湖北漳河灌区二干渠和三干渠共建成1000亩的中试基地,通过精准农业试验形成技术标准,用以指导生产实践;通过技术培训,培养50名农民技术人员,以期推广这种新的农业形式。
2.阶段目标:
(1)精准农业中试(2010.4-2011.3),投资42万元。
针对灌区农业生产的实际需求,完成作物种植结构选择与搭配、物候期作物需水量监测、灌溉用水决策支持系统等技术。
湖北省漳河灌区二干渠(水稻200亩;小麦100亩;玉米100亩),漳河灌区三干渠(水稻200亩;小麦150亩;玉米150亩;棉花100亩);
(2)编制《灌溉用水管理技术指南》(2011.4-2012.1),投资26万元。
通过中试,制定不同种植结构下、不同作物生长周期内作物需水量测定技术规范;根据地表水资源分布情况,推荐适宜的作物类型和搭配结构;形成标准化的灌溉用水管理技术规范,在中试研究的基础上,编制《灌溉用水管理技术指南》,为我国灌区精准农业推广奠定技术基础;
(3)技术推广(2012.2-2012.4)投资2万元。
通过举办短期培训班的形式,培训50名农民技术骨干,并培养2名专业硕士,提供必要的技术指导。
3.资金投入及使用计划:
项目执行期间计划投资额70万元,其中申请农业成果转化基金50万元。
单位自筹资金20万元(其中长江科学院自筹资金12万元,武汉大学自筹资金8万元),用于中试设备的购置和人力资源开支。
二、项目技术成果的先进性分析
(一)简述
精准农业是灌区生产的重要发展方向之一,对于提倡节能减排,发展低碳经济起到重要的作用。
目前,我国灌区面临着灌溉用水利用效率低、总量浪费严重的现实情况,迫切需要在不对现有灌溉系统进行彻底改造的情况下,建立并推广提高灌溉用水利用效率、节约水资源总量的方法,其中的核心环节是制定合理的水资源调配计划。
2002年至2003年,武汉大学在“山东省灌区灌溉用水实时决策支持系统研究”项目中开发完成并在示范区陡山灌区进行试运行,经2002年水稻、冬小麦和夏玉米的运行计算结果,对系统模型及结构等进行了修改和进一步完善,并于2003年正式投入使用,用于指导灌区用水管理。
由于实施预报调度和多方案辅助决策,调度人员真正做到了心中有数,调度主动权始终在握,避免了人为的盲动与随意性,因而大大减少了渠系输水及田间灌水损失,示范区灌溉水利用系数从原来的0.55提高到0.65;对旱作物,次毛灌水定额从110-130m3/亩减少到80-90m3/亩,灌水周期从原来的15-20天减少到目前的12-17天;水稻泡田灌溉时间也缩短约3天左右,其生育期相应灌溉间隔时间增加2-3天,减少灌水次数2-4次,确保作物适时、适量灌溉。
采用本系统后,缩短灌水周期,能将农民所需水量及时送到田间,因而违章放水及水事纠纷事件大大减少,为建立健全良好的灌溉用水管理体制提供了保障。
近五年来,项目申报单位与武汉大学合作,以湖北漳河灌区团林试验站为实验区,开发了具有国际先进水平的“灌溉用水决策支持系统”。
该系统能够将灌溉用水利用效率从0.39提高到0.5,水库毛灌水定额从110-120立方米/亩减少到80-90立方米/亩,在2006年实际调度中节约灌溉水量高达2000万立方米,可增加发电效益32万元,取得了突出的经济效益和社会效益,具有广阔的推广应用前景。
相关研究成果获得2007年度教育部科学技术进步一等奖。
本次中试建立“灌溉用水管理系统”从物候期作物需水量角度出发,选择不同作物类型(水稻、小麦、玉米、棉花)及其组合,采用田间实地观测与遥感监测等方法,实时监控田间水量,土壤墒情,渠道水位,地表可用水资源量,结合物候期、作物种植结构,蒸发蒸腾等信息,在田间水量平衡综合模拟的基础上,建立田间、灌溉干渠、灌区等多尺度灌溉用水管理系统,完成由静态用水向动态用水的转变,为实现渠系优化配水、提高灌区水资源的利用率提供了技术保障。
(二)项目创新点
本项目将“灌溉用水决策支持技术”延伸到农业领域,将农业种植结构与灌溉用水管理融为一体,发展农村低碳经济,增加农民收入,实现农业与环保“双赢”,为“精准农业”大规模地发展开辟了道路。
根据中国农村水资源分布的实际情况设计多种作物种植结构选择与搭配方案,实现灌溉用水“精准”调度技术,充分利用现有水资源进行粮食生产,提高农村科技活动的水平,有效地拉动内需,增加农村劳动力转移就业,造福于广大农民。
(三)知识产权状况
1、“不同尺度条件下灌溉水高效利用研究与应用”
武汉大学“不同尺度条件下灌溉水高效利用研究与应用”获得2007年度教育部科学技术进步一等奖。
目前长江科学院已经获得武汉大学委托授权使用。
2、“数字灌区信息管理系统”
长江科学院自主知识产权的“数字灌区信息管理系统”,目前已经取得了计算机软件著作权登记证书。
3、农业科技成果转化资金项目“数字灌区信息管理与决策支持系统”验收意见
“数字灌区信息管理与决策支持系统”是2005年度农业科技成果转化资金项目,已经于2008年4月通过项目验收,附上项目验收意见。
4.“948”项目“水稻灌区高效节水持续高产的灌排技术”
“水稻灌区高效节水持续高产的灌排技术”是“948”计划创新与转化项目(合同编号:
CT200507),已经于2007年12月通过项目验收,附上项目验收意见。
目前长江科学院已经获得武汉大学委托授权使用。
三、项目实施方案分析
(一)项目的转化内容与技术路线论述
1.中试基地
本项目选择湖北漳河灌区作为中试基地。
湖北漳河灌区担负着荆门、荆州、宜昌等三个省级市、六个县(市、区)的农业灌溉用水,灌区设计灌溉面积260.52万亩,渠道总长7167.56km,渠系建筑物17547座。
漳河灌区运行四十多年来,为灌区供水160余亿立方米,为灌区农业生产的发展发挥了巨大经济效益。
具体选择湖北省漳河灌区二干渠(水稻200亩;小麦100亩;玉米100亩),漳河灌区三干渠(水稻200亩;小麦150亩;玉米150亩;棉花100亩)。
2.技术方案
方案概述:
(1)试点安排。
漳河灌区二干渠(水稻200亩;小麦100亩;玉米100亩),漳河灌区三干渠(水稻200亩;小麦150亩;玉米150亩;棉花100亩)
(2)通过不同地区的地表水资源分布特性,形成作物种植结构选择与搭配、物候期作物需水量监测、灌溉用水决策支持技术等,形成标准化的基于物候期的灌溉用水管理系统技术规范和示范系统。
关键技术:
(1)作物种植结构选择与搭配技术,根据不同的塘、堰、渠道等地表水资源分布情况选择恰当的作物类型与组合,进行季节搭配,形成循环式栽培链接;
(2)物候期作物需水量监测技术,根据不同水文和气候条件,以及推荐作物类型和生长周期,利用遥感监测与田间实际观测相结合估算作物需水量;(3)灌溉用水决策支持技术,根据不同的作物种植结构和需水量情况,结合地表水资源分布,合理地制定水资源调配计划,形成基于物候期的灌溉用水决策支持技术。
技术难点:
(1)作物种植结构搭配技术,通过中试和监测,界定适宜当地地表水资源状况的作物类型及其组合,形成循环式栽培链接;
(2)物候期作物长势监测,通过遥感监测与田间实际观测相结合,提取物候期作物长势信息,实时估算作物需水量。
技术路线:
利用项目申报单位具有完全自主知识产权的“灌溉用水决策支持技术”,将遥感监测与田间实地观测相结合,选择不同作物类型(水稻、小麦、玉米、棉花)及其组合进行技术中试,形成基于物候期的灌溉用水管理系统技术规范和示范系统,用于指导生产实践。
(二)项目组织实施方案
1、中间性试验地点
(1)漳河灌区二干渠
漳河灌区二干渠位于荆州、荆门与当阳三市之间,主要属于荆门市境内,灌溉面积约30平方公里,属于平原地貌,沙质土壤,土地肥沃,水源充沛,共有人口1万余人,耕地面积4000余亩,以农业种植为主导产业,属于湖北省重要的粮食作物生产基地。
漳河灌区二干渠典型地表覆盖
(2)漳河灌区三干渠
漳河灌区三干渠位于荆门市境内,灌溉面积约30平方公里,灌溉面积约54平方公里,属于平原地貌,沙质土壤,土地肥沃,水源充沛,共有人口2万余人,耕地面积5400余亩,以农业种植为主导产业,属于湖北省重要的粮食作物生产基地。
漳河灌区三干渠典型地表覆盖
2.、中间性试验规模
漳河灌区二干渠:
水稻200亩,小麦100亩,玉米100亩。
漳河灌区三干渠:
水稻200亩,小麦150亩,玉米150亩,棉花100亩)
中试规模(单位:
亩)
水稻
小麦
玉米
棉花
合计
二干渠
200
100
100
0
400
三干渠
200
150
150
100
600
合计
400
250
250
100
1000
3、各参加单位承担的具体工作任务和分工
长江科学院:
负责项目的总体设计、施工方案制定、灌溉用水管理系统开发、验收报告撰写。
武汉大学(水资源与水电工程国家重点实验室):
参与技术方案制定、组织漳河灌区二干渠和三干渠施工、负责田间实地监测、实时灌溉预报及渠系动态输配水计划等。
4、“三废”情况及处理的措施和方案
本项目不产生“三废”。
(三)项目产品市场调查与竞争能力预测
1、已经投入运行系统经济效益分析
2002年至2003年,武汉大学在“山东省灌区灌溉用水实时决策支持系统研究”项目中开发完成并在示范区陡山灌区进行试运行,经2002年水稻、冬小麦和夏玉米的运行计算结果,对系统模型及结构等进行了修改和进一步完善,并于2003年正式投入使用,用于指导灌区用水管理,两年来的运行结果表明,该系统投入使用的节水增产效果是显著的。
(1)由于实施预报调度和多方案辅助决策,调度人员真正做到了心中有数,调度主动权始终在握,避免了人为的盲动与随意性,因而大大减少了渠系输水及田间灌水损失,如超灌引起的渠道退水、泄水,田间灌水过量(过深)引起的深层渗漏或田间退水等,其显著结果是示范区灌溉水利用系数从原来的0.55提高到0.65;对旱作物,次毛灌水定额从110-130m3/亩减少到80-90m3/亩,灌水周期从原来的15-20天减少到目前的12-17天;水稻泡田灌溉时间也缩短约3天左右,其生育期相应灌溉间隔时间增加2-3天,减少灌水次数2-4次。
从而为确保作物适时、适量灌溉提供了保障。
(2)2002年及2003年,在维持灌区灌溉面积16.2万亩及作物种植比基本不变的情况下,运用本决策支持系统辅助灌溉用水调度,不仅确保农作物适时适量得到灌溉,夺取丰收,也使灌区自身获得巨大经济效益。
统计表明,2年节约灌溉用水总计约1890万m3,其中20%用于工业及城镇供水,80%用于农业用水,按目前水费标准(工业0.50元/m3,农业0.05元/m3)计算,总收益达264.6万元。
(3)在陡山灌区,由于水库来水一定,原有各级渠道的设计流量已定,目前由于灌区面积扩大,用水户也从原有的纯灌溉用水扩大到灌溉用水、乡镇生活供水以及部分乡镇企业供水、用水高峰期各部门争水严重。
由于乡镇生活供水以及部分乡镇企业供水必须优先保证,农业灌溉往往得不到保障,同时,灌水又无实时计划,从而导致灌水周期过长历来困扰灌区管理部门。
一方面农作物得不到及时灌水引起减产,另一方面各部门、乡村等由于争水而发生的水事纠纷不断。
采用本系统后,缩短灌水周期,能将农民所需水量及时送到田间,因而违章放水及水事纠纷事件大大减少,为建立健全良好的灌溉用水管理体制提供了保障。
2005年至2007年,长江科学院与武汉大学在“数字灌区”管理信息与决策支持系统研究项目中开发系统并在湖北漳河灌区进行2年试运行,取得很好的经济效益、社会和生态效益。
根据2006年的运行结果,在维持三干渠灌区灌溉面积51.2万亩及作物种植比基本不变的情况下,运用本决策支持系统辅助灌溉用水调度,节约水量2100万方,可增加发电效益32万元。
系统具有广阔的推广应用前景。
2、项目最终生成产品经济效益预测与竞争能力分析
本次中试在湖北漳河灌区建成1000亩的中试基地,将遥感监测与田间实地观测相结合,选择不同作物类型(水稻、小麦、玉米、棉花)及其组合进行技术中试,形成基于物候期的灌溉用水管理系统技术规范和应用系统,使灌区水资源调度、用水决策、节水灌溉等建立在一个科学、精确、直观的信息管理系统的基础上,创造农业与节水“双赢”。
项目申报单位具有自主知识产权的“灌溉用水决策支持”技术在国内处于领先水平,是一种可以大面积推广的新型农业节水技术。
按照试验区面积1000亩,每年直接节水经济效益在40万元以上,由于管理效率提高产生的经济、社会效益更是不可估量。
目前市场上并无相关同类产品,该技术在灌区现代化管理方面是一个创举,因此市场潜力是非常大的。
(四)投资预算与资金筹措
1、投资预算
本中试项目总预算70万元。
包含:
(1)区域试验费
●农作物物种筛选与适宜性分析,总经费1.00万元
●试验材料选择与运输,总经费1.00万元
●野外实地调查,每年进行1次野外调查,一共进行2次野外调查,约为2万元
合计:
4万元
(2)中间试验或生产性试验费
●田间实地观测试验,预算为12.00万元
●应用系统研发与调试,预算为10.00万元
●项目外协费,预算为10.00万元
合计:
32万元
(3)设备仪器购置费
●自动气象站,每台价格0.50万元左右,1台,总计0.50万元
●时域反射土壤水分测定计(TDR),每台价格3.50万元左右,1台,总计3.50万元
●便携式地物波谱分析仪,每台价格价格3万元,1台,3.00万元
合计:
7。
00万元
(4)培训费
●组织一次农民培训班,参会人员50人左右,培训期3天,补助午餐和资料费,共约2万元
合计:
3.00万元
(5)差旅及会议费
●项目主持人(1人),每年差旅费开支1万元,2年预算2.00万元
●其他研究人员(8人),每年差旅费开支0.5万元,2年预算8.00万元
●参加一次全国性学术研究讨论会,参会代表4人,会议费约2.00万元
●协助组织一次项目成果鉴定会,高级鉴定专家15人左右,其他参会人员50人左右,会期1天,会议费约为3.00万元
合计:
15.00万元
(6)专家咨询费
●聘请5名非课题组资深研究人员为本课题专家委员会成员,每年参与课题咨询2次(每年年初的工作会议和年末的年度总结会议),每次2天,按500元每天计,每年专家咨询费1.00万元,2年预算2.00万元
合计:
2.00万元
(7)劳务费
●课题聘请研究人员3人,以每人每年工资5000元支付劳务(加班)费,年支出1.50万元,2年总预算为3.00万元
●课题聘请的非编制人员(临时农民工、建筑小工和研究生等)维持在5名左右,以每人年参与工作5个月,每月劳务费400元计,每年需支付劳务费1.00万元,2年总预算为2.00万元
合计:
5.00万元
(8)管理费
●按5%提取管理费,约3万元
合计:
3.00万元
2、资金筹措
本项目总预算70万元,申请国家“农业科技成果转化资金”50万元,单位配套20万元(其中长江科学院自筹资金12万元,武汉大学自筹资金8万元),拟用于设备仪器购置费、差旅费、会议费和劳务费等。
3、资金使用计划
科目
申请农转基金
自筹资金
合计
1区域实验费
4
0
4
2中间试验或生产性试验费
32
0
32
3设备仪器购置费
0
7
7
4培训费
2
0
2
5差旅及会议费
12
3
15
6专家咨询费
0
2
2
7劳务费
0
5
5
8管理费
0
3
3
合计
50
20
70
(五)项目实施风险评价
技术风险分析:
目前灌溉用水决策支持系统已经获得了1项国家专利和1个计算机软件著作权登记证书。
作为系统支撑技术的3S技术、计算机高速网络、科学可视化与虚拟现实等技术将在水资源的综合管理中实现真正意义上的有效、实时监控与管理。
项目申报单位已经拥有项目所需的全套自主知识产权,并经过了五年的前期试验研究,技术风险很低。
资金风险分析:
本项目为示范研究性课题,对项目设施的各个环节资金需求已按照有关标准进行了核算。
配套资金是各单位对国家课题政策配套费框算,由科研基金配套执行,没有资金风险。
(六)项目实施计划
本项目计划2年完成(2010年4月-2012年4月)
2010年4月-2011年3月
●中试基地附近地表水资源分布、现有灌溉渠系调查
●精准农业灌溉典型试验
●灌溉用水管理系统开发
2011年4月-2012年1月
●精准农业灌溉大面积推广
●灌溉用水管理系统完善
●《灌溉用水管理技术指南》编制
2012年2月-4月
●中试基地对外开放,主办一期农民培训班
●《中试报告》
●项目验收
任务
精准农业灌溉试验、系统开发
指南编制、系统完善
人员培训、项目验收
时间
2010年2010年2011年2012年2012年
4月10月3月1月4月
四、项目预期效益分析
(一)成果转化目标分析
实物示范:
建立水稻400亩;小麦250亩;玉米250亩;棉花100亩,总计1000亩。
中试研究:
通过不同地区的地表水资源分布特性,形成作物种植结构选择与搭配、物候期作物需水量监测、灌溉用水决策支持技术等,形成标准化的基于物候期的灌溉用水管理系统技术规范和示范系统。
在示范研究的基础上,编制《灌溉用水管理技术指南》。
技术推广:
通过举办短期培训班的形式,培训50名农民技术骨干,提供必要的技术指导,培养2名专业硕士。
(二)经济效益分析
1.产品成本分析
本系统投入约为20万,主要包括三个部分:
数据采集费用8万;系统开发费用10万元;系统培训与技术维护费用2万元。
2.产品单位售价与盈利预测
以灌溉面积1000亩计算,建立灌溉用水管理系统售价在30万左右(包括硬件、数据、软件开发费用)。
3.经济效益分析
以灌溉面积1000亩计算,灌溉用水管理系统投入使用后,每年直接节水经济效益在10万元以上。
4.项目投资评价
以灌溉面积1000亩计算,灌溉用水管理系统投入使用后,每年直接节水经济效益在10万元以上,短期投资在2-3年以后就能收回成本,项目收益率相当可观。
通过项目的实施,可以吸纳5名人员就业。
另外,项目可培训农民技术员50名和硕士研究生2名。
(三)社会效益、生态效益分析
本项目在不改变现有灌溉系统的情况下,合理利用灌溉水资源,增加农产品产量,提高农民收入,促进“三农”问题的解决。
项目的实施,将实现农业与节水“双赢”,发展农村低碳产业,提高农村科技活动的水平,有效地拉动内需,增加农村劳动力转移就业,对我国农业和农村经济结构战略性调整有重要影响,符合党中央、国务院关于“稳粮保供给、增收惠民生、改革促统筹、强基增后劲”的总体部署。
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