生态节水型灌区建设关键技术及应用-公示材料

推荐国家科技进步奖项目公示项目名称生态节水型灌区建设关键技术及应用推荐单位教育部项目简介：主要技术内容：针对我国农业面源污染严重、减排控制困难、治理工程与灌区建设脱节及农村农业区生态环境退化的突出问题，项目组研发了灌区沟渠系统生态化、污染物源头控制和截留净化、农田退水循环利用与洼陷湿地构建、水肥精准灌溉和水量水质监控等核心技术，形成了完整的生态节水型灌区建设的关键技术系统，获得了可移动组装式农田排水沟水质净化器等多项原创性技术成果，为实现灌区“灌溉高效、排涝防渍、水肥节约”等水利功能与“面源截留、水质改善、环境优美、生物多样”等生态功能的耦合提供了重要技术支撑。(1)研发了灌区防渗型生态渠道和净污型生态沟道构建系列核心技术，突破了沟渠灌溉排水效率与生态环境效应相耦合的技术瓶颈，解决了沟渠“灌排高效、结构稳定、施工便捷、管理简单、投资节省”与“边坡生态化、面源截留净化、沿线绿色化”多功能复合的技术难点。(2)研发了灌区范围内面源污染物源头控制和逐级截留净化的整装成套核心技术，在污染物净化的高效、节能、节地方面取得重要突破。(3)建立了适合不同灌排系统格局的农田退水循环利用技术系统，发明了稻田排水带状湿地等洼陷结构湿地系统构建技术，突破了农田退水滞留时间不足和净污能力有限的技术难题。(4)研发了灌区水量监控与调配、农田肥力与土壤温湿度自动监控、面源污染物产输监测预报等核心技术，开发了监控系统的软件著作权，形成了灌区水肥精准灌溉与水量水质同步监控系统，有效地提升了灌区水份、肥料、退水污染物的“智能、节约、生态、高效”精准化和自动化管理的水平，通过精准计量的用水总量控制和经济杠杆，实现高效节水和有效控污的目标。专利与论著情况：申请PCT国际专利3项、国家发明专利100余项，软件著作权4项。发表学术论文218篇，其中SCI论文156篇。应用及效益情况：技术成果入选科技部、水利部联合编制的《节水、治污、水生态修复先进技术目录》(2015年)复审，在我国灌区生态节水工程的规划、设计、建设和运行管理中广泛应用，显著提升了行业科技水平，取得了巨大的生态环境及社会经济效益。应用于江苏沂北等50多个大中型灌区的生态节水工程之中，解决了灌区面源污染物对河流水体污染问题，达到灌区的灌溉、排洪、节水、净污、景观和生态相统一的目标。项目获2013年教育部高等学校科学研究优秀成果奖—自然科学一等奖、2015年教育部高等学校科学研究优秀成果奖—技术发明一等奖、2015年农业节水科技奖特等奖（公示）、2010年和2012年农业节水科技奖一等奖、第十七届中国专利优秀奖等。客观评价：教育部科技查新中心（国家授权查新资质证书号：G02）对技术内容做出了具有公信力的评价材料。技术查新报告（报告编号：201536000G020239）表明：在关键技术方面，灌区沟渠生态化和循环湿地建设关键技术及工程实践、灌区畜禽养殖等污染物截留净化与资源化高效利用、灌区水肥精准灌溉计量与水量水质自动监控技术系统研究目前尚不多见。教育部于2015年6月组织的以工程院张勇传院士为主任委员、张建云院士和康绍忠院士等组成的鉴定委员会，对本项目成果进行了鉴定（鉴字[教TP2015]第004号）。技术鉴定报告认为“成果总体达到国际领先水平”。技术成果应用实施后，用户单位对有关技术给予了充分认可和高度评价。江西省水利厅、江苏昆山水利局、浙江丽水水利局等用户单位对本技术应用效果给予了充分肯定和高度评价。认为本项目技术“有效地解决了灌区面源污染物对河流水体污染问题。系列技术实用性强，施工简单，维护管理方便，运行成本低，使用寿命长，真正实现了灌区的灌溉、排水、耐久、景观、净污和生态相统一的目标，取得了显著的生态、环境、社会和经济效益”。推广应用情况：本成果技术被水利部农水司、江西水利厅、江苏徐州水利局、江苏宿迁水务局、浙江丽水水利局等50多个单位直接应用到江苏沂北灌区、江西潦河灌区、浙江好溪堰灌区等多个大中型灌区的生态节水工程的规划、设计、建设和运行管理之中，有效地解决了灌区面源污染物对河流水体污染问题，达到灌区的灌溉、排洪、节水、净污、景观和生态相统一的目标。同时，本技术能降低沟渠河流衬砌工程造价，这些专利应用于灌区的灌排水系统之中，与硬质化混凝土衬砌工程相比可节约工程投资，降低入河总氮和总磷污染负荷，取得了显著的环境、生态、社会和经济效益。主要知识产权证明目录：知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明一种可移动组装式农田排水沟水质净化器中国ZL201310283010.62014.05.141404563河海大学王沛芳，钱进，侯俊，王超，范秀磊有效发明灌区稻田排水沟串联湿地净污系统中国ZL201410036964.12014.04.221640166河海大学王沛芳，王超，钱进，侯俊，任文畅有效发明灌区防渗型生态渠道的构建方法中国ZL201410036612.62015.08.121753783河海大学王沛芳，王超，钱进，侯俊，包子云有效发明一种构建农田排水生态净化系统的方法中国ZL201110036371.12013.02.131135944河海大学王超，王沛芳，侯俊，钱进，高越超有效发明农田排水沟便携式复合人工湿地净化箱中国ZL201310283007.42014.02.201371901河海大学钱进，王沛芳，王超，侯俊，范秀磊有效发明置于田埂的水稻田退水水质净化装置中国ZL201410068237.32015.05.131664335河海大学王沛芳，王超，钱进，侯俊，包子云有效发明旱作物农田首级退水水质强化净化装置中国ZL201410215464.42015.06.171699855河海大学王沛芳，王超，钱进，侯俊，饶磊，包子云有效发明一种适用于农田排水沟渠的迷宫式生态净化池中国ZL201410216755.52015.07.151722575河海大学饶磊，王沛芳，汪双君，欧阳倩，钱进有效发明一种山间防止雨水冲刷水土流失的集雨净化系统中国ZL201310283009.32015.09.161786770河海大学王沛芳，钱进，王超，侯俊，包子云有效发明景观塔型水体曝气和生物净化装置及净化方法中国ZL201410068263.62015.07.011711447河海大学王沛芳，王超，钱进，侯俊，范秀磊有效主要完成人情况：1.王沛芳，排名1，教育部重点实验室主任，教授，工作单位：河海大学，完成单位：河海大学，是该项目的主要负责人，对创新点1~4均有重要贡献，具体如下：(1)主持创新点1灌区沟渠系统生态化建设和修复的所有技术研发；(2)主持创新点2灌区污染物源头控制和截留净污的所有技术研发；(3)主持创新点3灌区农田退水循环利用和洼陷湿地系统的所有技术研发；(4)主持创新点4灌区水肥精准灌溉和水量水质监控的所有技术研发。2.王超，排名2，中国工程院院士，教授，工作单位：河海大学，完成单位：河海大学，是该项目的主要负责人，确定了技术研发的总体思路、创新理念、技术路线和技术体系，对创新点1~4均有重要贡献，具体如下：(1)在创新点1灌区沟渠系统生态化建设和修复技术研发中，突破了沟渠输水排水效率与生态效应相耦合的技术瓶颈；(2)创新点2灌区污染物源头控制和截留净污技术研发中，在灌区不同类型污染物净化的高效、节能、节地方面取得了突破；(3)在创新点3灌区农田退水循环利用和洼陷湿地系统技术研发中，突破了农田退水循环利用、农田退水滞留时间不足和净污能力有限的技术难题；(4)主持研发了灌区水量监控及调配等技术，实现了对灌区水、肥、退水污染物的自动化管理。3.侯俊，排名3，副研究员，工作单位：河海大学，完成单位：河海大学，参与全部技术研发和负责专利申请工作，对创新点1~4均有重要贡献，具体如下：(1)在创新点1中，参与灌区防渗型生态渠道等20项技术研发，解决了沟渠“灌排高效、结构稳定、施工便捷、管理简单、投资节省”与“边坡生态化、面源截留净化、沿线绿色化”多功能复合的技术难点。(2)在创新点2中，主持和参与灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统等15项技术研发，解决了灌区不同类型污染源治理技术难点。(3)在创新点3中，参与灌区稻田排水沟串联湿地净污系统等20项技术研发，解决了农田退水面源污染湿地净污关键技术难点。(4)在创新点4中，参与农田退水持留净化时间自动调控装置等10项技术研发。4.崔远来，排名4，教授，工作单位：武汉大学，完成单位：武汉大学，主要贡献为创新点1~3，具体如下：(1)考虑不同的灌排模式和施肥制度，系统地提出了以节水、增产、高效、减污为目标的水稻高效利用水肥的综合调控技术。(2)提出了减轻水稻灌区面源污染的“三道防线”理念以及具体的减污技术，构建了相应的面源污染负荷适宜生态治理模式。(3)发现农业面源污染排放的尺度效应，探明了不同尺度间农业面源污染排放的变化规律及其机理，提出有利于灌区尺度水肥资源高效利用及减轻农业面源污染的水肥管理技术。5.钱进，排名5，副教授，工作单位：河海大学，完成单位：河海大学，参与全部技术研发和负责专利申请工作，主要贡献为创新点1~3，具体如下：(1)在创新点1中，参与可移动组装式农田排水沟水质净化器等20项技术研发，创新性借助生物净化器、附着微生物结构体等与农田排水系统进行耦合，解决了农田排水净污装置技术难题；(2)在创新点2中，参与景观塔型水体曝气和生物净化装置等15项技术研发；(3)在创新点3中，主持和参与农田排水沟便携式复合人工湿地净化箱等20项技术研发，解决了生物净污介质耦合微生物作用增强沟系净污能力的技术难点；(4)在创新点4中，参与农田灌区面源污染监控及预报系统等10项技术研发。6.饶磊，排名6，教授，工作单位：河海大学常州校区，完成单位：河海大学，主要贡献为参与创新点3、4中部分技术研发，具体如下：(1)研发了系列适用于灌区沟道、湿地水质净化的高效生态浮床装置，具有净化效率高、流速自适应、免维护等优点；(2)研发了系列水利及环保设备，包括模拟复杂分层流动水体的装置及控制方法、旋转封底式原位采泥器、流量感知型自排涝安全闸门等；(3)研发了系列灌溉水量计量及控制装置，具有计量精确、自动化程度高等优点；(4)开发了灌区水量调配、面源污染及农田状态监控信息化管理系统，有利于提高灌区运行效率及管理水平。7.徐俊增，排名7，教授，工作单位：河海大学，完成单位：河海大学，主要贡献为参与创新点1~3中部分技术研发，在水肥调控的高效机理与水肥模式、灌溉-排水湿地集成模式方面起到了重要作用，具体如下：(1)提出了水肥调控的阈值区间与组合；(2)提出了稻田排水在湿地和排水沟中适宜水力停留时间；(3)提出了集控制排水、不同流量排水的分流控制和岸坡渗滤系统与一体的排水工程设计新方法。8.顾斌杰，排名8，教授级高工，工作单位：水利部农村水利司，完成单位：河海大学，在河海大学攻读博士学位期间研究制定了生态型灌区的总体技术框架，研发了生态型灌区沟渠构建模式和关键技术，之后主要开展本项目技术的推广应用工作，对创新点1、3有重要贡献。9.敖燕辉，排名9，副教授，工作单位：河海大学，完成单位：河海大学，主要贡献为参与创新点1~3中部分技术研发，具体如下：(1)在创新点1中研发了多层生态滤料等新材料和生物净化器等新装置；(2)在创新点2中，解决了活性铁与微生物协同治污的技术难题；(3)在技创新点3中研发了吸附基质球、光催化净污介质等新材料。10.茆智，排名10，中国工程院院士，教授，工作单位：武汉大学，完成单位：武汉大学，主要贡献为创新点1~3，具体如下：(1)考虑不同的灌排模式和施肥制度，系统地提出了以节水、增产、高效、减污为目标的水稻高效利用水肥的综合调控技术。(2)提出了减轻水稻灌区面源污染的“三道防线”理念以及具体的减污技术，构建了相应的面源污染负荷适宜生态治理模式。(3)发现农业面源污染排放的尺度效应，探明了不同尺度间农业面源污染排放的变化规律及其机理，提出有利于灌区尺度水肥资源高效利用及减轻农业面源污染的水肥管理技