張艷

摘要：本工程是在崇明生態(tài)島建設的大背景下，在崇明東北部墾區(qū)鹽堿化土地上建設以低能耗、低物耗、低排放、低污染為特征的有機、低碳高效現代生態(tài)農業(yè)示范基地，是以有機蔬菜種植為主，結合農業(yè)科普教育為輔，建設目標為國內領先、國際先進的現代生態(tài)農業(yè)示范園區(qū)。

Abstract： This project is to build an organic， low-carbon and high-efficiency modern ecological agriculture model featuring low energy consumption， low material consumption， low emission and low pollution on the salinized land in the northeastern area of Chongming in the context of the construction of the ecological island of Chongming Island. The base is based on the cultivation of organic vegetables， supplemented by agricultural science education， and aims to build a modern ecological agricultural demonstration zone with leading domestic and international advanced.

關鍵詞： 農田水利；生態(tài)；低碳；鹽堿；建設

Key words： farmland water conservancy；ecology；low carbon；saline；construction

中圖分類號：S27 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0088-03

1 工程概況

1.1 工程區(qū)自然條件

本工程位于世界級生態(tài)島崇明區(qū)東北部，工程占地面積1620畝，屬崇明北七滧低洼圩區(qū)中的二級圩區(qū)。為崇明北部70年代圍墾土地，土壤有機質含量較低，目前農田地面高程3.2m（上海吳淞，下同）左右，地下水位高；土壤pH偏高，約為7.4～8.3，鹽度在2‰左右，灌溉水水質、土壤土性、地塊地勢存在嚴重先天不足。

1.2 工程總體布局與建設目標

1.2.1 總體布局

工程以有機、低碳、生態(tài)為主線，以科研與示范推廣、旅游觀光、科普教育等功能為支撐，以有機農業(yè)、生態(tài)農業(yè)、低碳農業(yè)、旅游農業(yè)為重點的綜合性現代農業(yè)園區(qū)。依據資源屬性、景觀特征性及其現存環(huán)境，在考慮保持原有的自然地形的完整性的基礎上，結合未來發(fā)展和客觀需要，本工程共分五個主要功能區(qū)：農田水利教育區(qū)、有機農業(yè)示范展示區(qū)、有機農業(yè)生產區(qū)、生物質循環(huán)利用示范區(qū)、農產品包裝區(qū)。如圖1。

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1.2.2 工程研究的內容和目標

在土地資源越來越匱乏的大上海，尤其是在生態(tài)要求嚴格控制的崇明島如何能充分利用土地資源，實現有機生態(tài)農業(yè)的高效穩(wěn)產是本項目設計的重點難點。本工程是以低碳、高效低能耗理念以有機蔬菜種植為主、現代水利農業(yè)科普示范推廣為輔的現代農業(yè)示范園為建設目標，工程研究的主要內容為：農業(yè)生產系統(tǒng)、農田水利工程系統(tǒng)、低碳能源系統(tǒng)、灌溉水水生態(tài)凈化系統(tǒng)、工程管理中心及農業(yè)示范科普教育推廣設施等系統(tǒng)的工程布置及設計。本文研究的重點如何在鹽堿化地區(qū)進行農田水利的生態(tài)建設。

2 主要設計標準

①除澇排水標準。排澇規(guī)劃標準：按二十年一遇24小時面雨量202.4毫米，12小時排出不受澇。

②水質標準。灌溉用水水質目標為III類。

③灌溉標準。低碳農業(yè)示范園區(qū)內的灌溉設計保證率為 95%。

④降漬標準。地下水位控制在60cm以下。

3 園區(qū)農田水利排灌系統(tǒng)

園區(qū)以種植有機蔬菜為主，對灌溉水源、地塊的降漬要求較高，且園區(qū)排澇標準高于北七滧低洼圩區(qū)，因此，將園區(qū)單獨設圩，與北七滧圩區(qū)河網可分可合。為控制外部水系與內部水系互相滲透，內部水位與北七滧圩區(qū)控制水位基本一致的。

3.1 排澇及引換水系統(tǒng)

園區(qū)內布置河湖水面積根據種植蔬菜不同季節(jié)的最大灌溉需水量與自然蒸發(fā)及降雨量確定，開挖河道、人工湖，人工湖環(huán)園區(qū)布置，形成河、湖相串，內部水面率為12.5%，可同時滿足園區(qū)及七滧港低洼地區(qū)防洪排澇規(guī)劃要求、園區(qū)內部雨水收集的調蓄及園區(qū)灌溉水需要。河、湖岸線自然蜿蜒，環(huán)河河口寬11m～27m寬窄不等，為滿足排澇和河、湖換水要求，在西側與七滧港相交處建雙向引排水泵閘1座，東側與東隨塘河相交處建涵閘1座。汛期暴雨來臨前，園區(qū)可打開東側涵閘，利用北七滧圩區(qū)動力預降水位；降雨期間，如北七滧圩區(qū)水位不能滿足園區(qū)要求時，園區(qū)可利用西側泵閘直接排澇，東西兩側口門建筑同時也作為內部水系的引清調換水建筑。在河道周邊布置種植蔬菜連棟棚、單體棚以及露地菜區(qū)。

內部河、湖水源主要為園區(qū)內部的大棚、道路及露天菜地的雨水收集水體，雨水收集系統(tǒng)布置在連棟棚與人工湖之間，河、湖水源補充系統(tǒng)依托已有的外圍灌溉泵站。

3.2 灌溉系統(tǒng)

3.2.1 灌溉系統(tǒng)布置

根據園區(qū)總體規(guī)劃，區(qū)內共有連棟棚大棚4片、露地菜田2片、經濟果林1片，共分4個灌區(qū)，每個灌區(qū)設1座泵房，各灌區(qū)均采用2臺水泵，其中1臺為備用水泵。園區(qū)大棚及露天菜地均采用微噴系統(tǒng)進行噴灌。由于項目所在區(qū)外部水源水質PH值高，鹽堿化程度高，外部水源無法適應園區(qū)有機蔬菜灌溉水質要求，因此園區(qū)的灌溉水源利用區(qū)域內部的收集處理后儲蓄在內部河、湖中雨水進行灌溉。

3.2.2管網總體布置

本工程露天農田采用微噴灌方式，大棚內采用滴灌方式。根據園區(qū)總體規(guī)劃，東西兩側連棟棚各設一個灌溉泵站，泵站均設置在設在環(huán)河邊上，總干管呈南北向布置，支管均垂直干管東西向布置。

3.2.3 灌水器選擇

根據蔬菜需水量和微噴灌特點，初選WP-1103微噴頭，額定工作壓力為200kPa，設計流量取60 l/h，噴灑半徑 3.0～3.5m，制造偏差系數 0.05，單噴頭雨強 10.8mm/h，噴頭的流態(tài)指數 x=0.50。

3.2.4 毛管和微噴頭間距確定

蔬菜密植根淺，根據園區(qū)規(guī)劃、微噴頭噴灑直徑和菜畦規(guī)格，初步擬定毛管間距 Sl=3.5m，微噴頭間距 Se =2.2m。

3.3園區(qū)內部排水系統(tǒng)

3.3.1大棚周邊排水溝設計

雨水收集系統(tǒng)，是在每個大棚的落水側設置較窄適應流速較快的傳統(tǒng)的鋼筋砼預制板A型排水溝，并行的排水溝之間連通。東西兩組大棚之間設置生態(tài)過濾型B型的排水溝，將雨水排入內部中心河道，河道承擔蓄水作用。B型排水溝能同時起到收集和凈化雨水的作用?？紤]增加雨水在B型排水溝的停留時間，A型排水溝坡向遠離河岸的一側，且從遠離河岸的一側流入B型排水溝，B型排水溝末端設置生態(tài)礫石井。

3.3.2露地菜田排水溝設計

露地菜田田間每50m設一道C型排水溝，溝口寬1.00m，深1.00m，底寬0.50m，采用多孔質生態(tài)透水砼結構，兩側邊坡及底部布置水質凈化植物，起到過濾水質作用，過濾后的水體就近流入內部河湖，同樣排水口末端設置生態(tài)礫石井。

4 灌溉水源及水處理系統(tǒng)

4.1 灌溉水源

大棚雨水及場地內道路雨水經收集后，均經過礫石溝處理后排入河道，經河道生態(tài)水質凈化系統(tǒng)處理后用于農田灌溉用水。經處理后的水，回用于灌溉和夏天大棚采用的噴霧降溫。非雨季，雨水不能滿足用水要求時，從外側河道取水補充用水，引入的水體經過人工濕地凈化系統(tǒng)進入內部河、湖。

4.2 水質凈化工藝設計

根據工程總體規(guī)劃特點，水質凈化工藝可分為預處理系統(tǒng)、河湖水生態(tài)凈化系統(tǒng)、水動力改善系統(tǒng)和脫鹽處理4個部分。

園區(qū)日常生產用水水源主要來自雨水的收集利用和外圍中心河補水，大棚和露地菜田雨水收集后經生態(tài)濾溝處理后排入河道，園區(qū)河道和人工湖內通過水生態(tài)凈化系統(tǒng)設計對水源進行凈化，通過水動力改善系統(tǒng)增強水體的水質維持功能，當水體中含氯度及全鹽度指標滿足要求時，河道中的水源直接供給灌溉系統(tǒng)，在冬季長江咸潮期等含氯度及全鹽度指標不滿足要求時，在水體進入灌溉系統(tǒng)前段通過脫鹽系統(tǒng)降低水體中的氯化物及全鹽度指標，滿足灌溉水質要求。工程工藝流程圖見圖2。

4.2.1 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)的目的是通過合適的預處理工藝進行攔截過濾，去除河道補給水源中的懸浮物和有機碎屑。工程河道主水源為園區(qū)大棚、道路和露地菜田收集雨水。資料表明，大棚收集雨水除懸浮物含量較高外，水質相對較好，因此，考慮將排水溝設計成生態(tài)溝渠對入河雨水進行攔截過濾，去除水體的懸浮物含量，在排水溝入河前通過沉淀井進一步沉淀水體中的懸浮物，同時利用管道將收集的雨水排至河道常水位以下。露地菜田和道路收集的則通過收集系統(tǒng)直接將雨水收集后經生態(tài)礫石井處理后排至河道常水位以下。

4.2.2 河湖水生態(tài)凈化系統(tǒng)

河湖水生態(tài)凈化系統(tǒng)主要目的是對園區(qū)內的河湖水體進行強化凈化，降低由于補給水源和大氣干濕沉降帶來的外源污染，并通過生態(tài)系統(tǒng)的凈化特點維護河湖水質，提高水體透明度，抑制水體富營養(yǎng)化。

根據工程布置，主要考慮在人工湖四周設置湖濱濕地緩沖帶、湖泊淺水區(qū)種植沉水植物強化凈化區(qū)、河道近岸水位變動區(qū)設置挺水植物凈化帶、河道淺水區(qū)設置不同類型的沉水植物群落對園區(qū)河湖內儲存的水源進行水質凈化和透明度改善。

4.2.3 水動力改善系統(tǒng)

水體水動力改善系統(tǒng)主要目的是改善水體水動力條件。工程主要通過設置在河道和湖泊內的水流微循環(huán)動力設施的推動，使得工程區(qū)域內的河道與湖泊之間的水體形成有序流動，改善水體的水動力條件，提高生態(tài)系統(tǒng)的凈化能力，同時，在人工湖內設置曝氣增氧裝置，改善水體理化指標。

4.2.4 脫鹽系統(tǒng)

脫鹽系統(tǒng)主要是保障灌溉水質，局部時段當湖區(qū)原水氯化物及全鹽度指標不能滿足灌溉水質設定要求時，通過脫鹽系統(tǒng)，降低灌溉原水中氯化物及全鹽度，同時還可以降低水體中的懸浮物，為園區(qū)提供優(yōu)質的灌溉水。

4.2.5 工程運行維護

工程的運行維護主要是對人工創(chuàng)造的水系環(huán)境內栽培的水生植物和放養(yǎng)的水生動物進行科學的栽培管理，以達到凈化功能高、成本低、提高其成活率和觀賞價值等。

5 效益分析

5.1 經濟效益

農田水利設施的修建、田間設施的改造、外圍河道的整治，都能帶來較大的經濟效益，主要可歸納為以下幾個方面：

①增強防洪除澇能力，減小災害損失，間接帶來經濟效益；

②改善農田灌溉條件、改善灌溉水質，從而提高作物生產條件，有助于提高作物產量、減小病蟲害，帶來一定的經濟效益；

③提高土地利用率、增加種植面積、增加蔬菜產量、保障市場供應，帶來經濟效益；

④提高農場自動化程度，減小人力代價，提高生產效率。

5.2 社會效益

農業(yè)是其他產業(yè)的基礎與保障，發(fā)展農業(yè)，保障城區(qū)蔬菜及糧食供給，穩(wěn)定物價。同時，還關乎“三農”、關乎民生，有著極為重要的社會意義。農業(yè)的發(fā)展也能推倒其他相關產業(yè)的發(fā)展，外圍河道的整治能夠改善區(qū)域環(huán)境。

5.3 生態(tài)效益

無論是農場內的排灌設施改造，還是外圍河道的整治，都能起到減小水土流失、改善水質、改善農田生態(tài)循環(huán)，從而改善生態(tài)環(huán)境，帶來一定的生態(tài)效益。

5.4 示范效益

崇明現代高效農業(yè)示范園區(qū)的建設秉承高效、低碳的現代農業(yè)理念，通過發(fā)展微噴的節(jié)水灌溉技術、有機肥料、生物除蟲技術及對風能等新能源利用，設計體現了低碳農業(yè)的理念，響應了上海市對建設現代農業(yè)的要求，具有現代農業(yè)示范作用。

6 結語

近年上海地區(qū)人口逐年增加，蔬菜供應的缺口越來越大，隨著人們生活的提高，人們對優(yōu)質有機蔬菜的需求也日益增長，有機蔬菜的市場需求缺口也日益增大，如何在有限的土地資源上特別是在鹽堿化地區(qū)實現有機蔬菜的高產穩(wěn)產，是我們探索研究的課題，本工程位于世界級生態(tài)島崇明區(qū)，是本市一個示范性低碳農業(yè)示范園區(qū)，通過探索雨水收集、生態(tài)凈化處理系統(tǒng)，實現園區(qū)有機蔬菜灌溉水源及水質保障，通過布置生態(tài)排水溝渠，為園區(qū)生態(tài)、低碳種植提供保證，與崇明區(qū)生態(tài)總體規(guī)劃協調統(tǒng)一，通過園區(qū)內部及周邊的配套水利工程建設，提高整個地區(qū)的防汛排澇能力和區(qū)域內水生態(tài)環(huán)境，改善了園區(qū)外部水利條件，確保了地塊內蔬菜的高產、穩(wěn)產，作為現代農田水利的示范性工程，對現代農田水利科普理念起到推廣、宣傳、教育引導效應。

參考文獻：

[1]崔錫春.水利工程對生態(tài)環(huán)境的影響及生態(tài)水利工程[J].科技與企業(yè)，2014.

[2]余晶濤.淺談水利工程中的生態(tài)影響及生態(tài)水利工程的建設[J].科技創(chuàng)新與應用，2012.