于潔

摘要：本文主要針對上海市浦東新區(qū)某千畝蔬菜基地核心示范區(qū)建設項目設計工作進行技術總結，通過梳理設計思路，分析設計及施工過程中遇到的技術難點及實際困難，提出相應的解決方案及對策措施，并總結項目設計過程中的問題及不足。本文針對水肥一體化灌溉系統(tǒng)展開總結，結合設計要點及項目建設需要，提出潮汐式灌溉技術進行苗床上無土栽培種植，該方式利用落差原理，實現(xiàn)定時給水與施肥，保證了灌溉效果的發(fā)揮，體現(xiàn)該項目核心示范作用。

關鍵詞：設施菜田;農(nóng)田水利工程;潮汐式灌溉

1 工程概況

某千畝蔬菜基地核心示范區(qū)建設項目為上海市浦東新區(qū)2020年現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展專項項目，筆者作為此項目的主要參與人，負責項目的初步設計及施工圖的編制，施工現(xiàn)場服務等工作。

某千畝蔬菜基地核心示范區(qū)建設項目包含道路系統(tǒng)2410m2，排水系統(tǒng)2221m，水肥一體化灌溉系統(tǒng)25472m2，溫室大棚及內(nèi)部種植系統(tǒng)25472m2、園區(qū)農(nóng)電線路一套，智能監(jiān)測系統(tǒng)一套等。工程任務為加快推進設施菜田水利配套，加強菜田水利基礎設施建設，以解決設施菜田水利“最后一公里”難題，完善蔬菜基地灌排設施，全面提升核心示范區(qū)灌排能力。

2 項目前期設計技術總結

2.1 項目區(qū)主要問題

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及與泥城鎮(zhèn)公平村，菜田經(jīng)營方等多方確認，本次項目主要問題為：

（1）缺少高品質(zhì)蔬菜種植區(qū)域，蔬菜種植品質(zhì)無法提升。

（2）缺少完善的項目區(qū)總體規(guī)劃布局及道路系統(tǒng)。

（3）缺少水肥一體化灌溉系統(tǒng)，整個項目區(qū)灌溉效率仍處于較低水平。

（4）缺少完善的排水系統(tǒng)，汛期蔬菜種植難以得到保證。

2.2 項目設計思路

針對以上項目現(xiàn)狀，結合河道周邊特點，筆者提出了以下四點解決方案：

（1）區(qū)域露地菜田種植區(qū)增設連棟大棚種植區(qū)域，連棟大棚型號根據(jù)種植要求及地塊規(guī)模確定。

（2）根據(jù)現(xiàn)狀結合總體，規(guī)劃項目區(qū)總體布局方案，做到土地利用最大化，道路設施使用率最大化，排水能力最優(yōu)化，灌溉效率最優(yōu)化。

（3）根據(jù)種植作物的特點及當?shù)厮矗寥罈l件，結合項目區(qū)面積及管理實際，合理規(guī)劃布局水肥一體化灌溉系統(tǒng)。

（4）根據(jù)浦東新區(qū)水文資料及當?shù)氐貏莞叱?，合理布置排水系統(tǒng)。

具體工程設計思路如下：

（1）項目區(qū)核心區(qū)位于項目區(qū)中部，本次設計在附屬用房東側原露地菜田處布置VSWQ12450尖頂薄膜連棟溫室，南側布置GSW8430連棟溫室，此處溫室主要用于高品質(zhì)蔬菜種植，打造展示與種植采摘一體區(qū)域。

（2）項目區(qū)總體布局。根據(jù)現(xiàn)場條件，筆者提出了兩種布局方式，區(qū)域整體內(nèi)被河道分開，道路的布局關系到整個項目區(qū)的土地利用率。方式一：道路沿河道橫向布置，每間隔兩棟大棚布置機耕路一條，縱向設置環(huán)形道路，保證區(qū)域溝通。方式二：大棚沿河道布置，每間隔兩棟大棚布置機耕路一條，中部設置一條縱向道路。根據(jù)地塊及大棚的長度，考慮該地塊主要為種植生產(chǎn)基地，且河道多為規(guī)劃河道，河道建設時也將建設防汛通道（道路），經(jīng)綜合考慮，最終采用了方案二，可以達到整個項目區(qū)土地利用率最大化。整個區(qū)域布置相對規(guī)整，項目區(qū)平面布置圖詳下圖1。

（3）重新規(guī)劃項目區(qū)水肥一體化灌溉系統(tǒng)。根據(jù)項目區(qū)面積及項目區(qū)地塊特點，以河道及道路為界，將這個項目區(qū)劃分為5個灌區(qū)，每個灌區(qū)平均面積13.33hm2左右。由于區(qū)域種植品種多為綠葉菜，采用微噴灌作為項目區(qū)主要灌溉方式進行設計。

2.3 灌溉系統(tǒng)設計

微噴灌作為現(xiàn)代化灌溉的一種方式，具有顯著的優(yōu)點，其主要應用對象是果樹、蔬菜、花卉和草坪灌溉。為了實現(xiàn)設計目的，本項目采用微噴灌系統(tǒng)，根據(jù)作物需水要求，有效控制棚內(nèi)水分情況，確保精細供水，改善蔬菜質(zhì)量，節(jié)約用水量及勞動力，并為水、肥、藥一體化的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)管理創(chuàng)造條件。

（1）管網(wǎng)總體布置

根據(jù)區(qū)域總體規(guī)劃，項目區(qū)建設一座灌溉泵站，整個管網(wǎng)由總干管、支管、分管和毛管組成，支管垂直干管布置，各分管垂直支管布置。各級管道布置具體見管網(wǎng)布置圖。本報告灌溉泵站控制區(qū)域進行各級管網(wǎng)計算。

（2）微噴灌系統(tǒng)設計標準

根據(jù)《微灌工程技術規(guī)范（GB/T50485-2020）》，考慮項目區(qū)的自然條件和經(jīng)濟條件，微噴灌系統(tǒng)設計相關數(shù)據(jù)取值如下：

工程設計保證率：95%;

設計土壤濕潤比：P=70%;

設計耗水強度：Ea=5mm/d;

灌溉水利用系數(shù)：η=0.9;

設計流量偏差率：qv=0.2;

設計灌水均勻度：Cu=85%;

土壤容重：γ=1.35g/cm3（以砂壤土為主）;

田間持水率：25%;

允許噴灌強度：15mm/h。

（3）灌水器選擇

根據(jù)溫室蔬菜需水量，項目設計中初選微噴頭，相關參數(shù)如下：

額定工作壓力：200kPa;

設計流量：50L/h;

噴灑半徑：3.0～3.5m;

制造偏差系數(shù)：0.04;

單噴頭雨強：10.8mm/h;

噴頭流態(tài)指數(shù)：x=0.50。

（4）灌溉制度的確定及灌溉系統(tǒng)的計算

按照《微灌工程技術規(guī)范（GB/T50485-2020）》，通過毛管和微噴頭間距確定，毛管極限長度的校核、灌溉制度的擬定、系統(tǒng)流量推算、管網(wǎng)水力計算、水泵選型及動力配置幾個方面的計算，主管采用De90～160給水管道，毛管和支管采用DE25及De50、De63PE給水管道，內(nèi)壓等級1.6mpa，可滿足施工方便，耐久性高的特點，分管及主管根據(jù)計算采供De90～De160UPVC給水管，內(nèi)壓等級1.6MPa。UPVC給水管滿足費用較低，施工方便的特點，適用于微噴灌主管。

3 項目施工期技術總結

在施工過程中，經(jīng)營方提出，在項目區(qū)中部連棟大棚進行苗床上計劃采用無土栽培方式進行種植。經(jīng)過調(diào)查研究綜合考慮，設計認為原有微噴灌方式無法適應最新的苗床無土栽培方式，筆者提出采用潮汐式灌溉系統(tǒng)。

3.1 潮汐式灌溉系統(tǒng)設計

北美、歐洲等設施農(nóng)業(yè)發(fā)達國家于20世紀80年代正式提出潮汐式灌溉技術，2006年，我國從荷蘭引進該系統(tǒng)，其后逐步推廣應用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2012年、2013年相繼發(fā)布《NY/T2032—2012溫室灌溉系統(tǒng)設計規(guī)范》、《NY/T2533—2013溫室灌溉系統(tǒng)安裝與驗收規(guī)范》，規(guī)定了潮汐式灌溉的設計、安裝和檢驗要求。

潮汐式灌溉是一種先進、高效、節(jié)水、環(huán)保的底部灌溉方式。其工作原理是依靠栽培基質(zhì)的毛細管作用，實現(xiàn)種植過程中的按需給水與施肥?！皾q潮”指該系統(tǒng)運行中營養(yǎng)液由栽培床的底部進水口漫出，逐步浸潤栽培基質(zhì)，通過水分子內(nèi)聚力及毛細管表面附著能力供作物吸收，使灌溉更均勻?！巴顺薄敝腹喔饶繕诉_成后，富余營養(yǎng)液經(jīng)回水口排出栽培床并通過循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)循環(huán)利用，實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥。

本項目潮汐式灌溉系統(tǒng)主要由栽培床部分、營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)組成。

（1）栽培床部分

本項目栽培床采用國產(chǎn)固定式栽培床。為適應地面沉降等影響因素，栽培床腿可升降調(diào)節(jié)，確保經(jīng)營過程中床箱保持水平，營養(yǎng)液可均勻布滿床箱1～5cm高度，從而保證作物植株生長的整齊一致性。

（2）營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)

營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)主要由水肥儲備池、水泵、循環(huán)管路、消毒設備、增氧系統(tǒng)組成。工作流程為：水肥儲備池調(diào)制形成指定養(yǎng)分含量的營業(yè)液，經(jīng)由水泵提升，通過微納米氣泡發(fā)生裝置提升營養(yǎng)液含氧量，經(jīng)循環(huán)管路輸送至栽培床箱進水口，并形成一定灌溉高度。達成灌溉目標后，剩余的營業(yè)液通過循環(huán)管路自然回流，經(jīng)過多段處理消毒設備，去除營養(yǎng)液中的有機、無機污染物、有害菌及微生物，進入儲備池，用于下次灌溉，實現(xiàn)循環(huán)利用，節(jié)水節(jié)肥，同時降低肥料對于環(huán)境的污染。

（3）操作控制系統(tǒng)

潮汐式灌溉的操作控制系統(tǒng)主要控制兩個方面：一是灌溉時間的控制，如灌溉的啟動頻率和灌溉時長，前者可根據(jù)作物的需水需肥規(guī)律制定灌溉頻次，后者可確保每次灌溉的灌溉效率;二是營養(yǎng)液成分的控制，根據(jù)不同作物、不同成長階段，制定合理的養(yǎng)分配比、EC值和pH值，實現(xiàn)精細化種植的目的。

操作控制系統(tǒng)主要由計算程序和集成控制元器件及電磁閥來控制灌溉時間和養(yǎng)分配比，同時通過各類傳感器，采集并記錄種植數(shù)據(jù)，有利于農(nóng)業(yè)技術人員采集有效參考數(shù)據(jù)、總結技術經(jīng)驗，進一步達到項目的核心示范作用。

3.2 潮汐式灌溉系統(tǒng)優(yōu)缺點總結

最終，經(jīng)營單位在我方的推薦下，連棟大棚區(qū)域均采用潮汐灌溉的方式進行灌溉。

施工完成后，經(jīng)過調(diào)試運行，總結經(jīng)驗，得出潮汐式灌溉系統(tǒng)的優(yōu)缺點如下：

（1）潮汐式灌溉系統(tǒng)目前已形成產(chǎn)業(yè)化，適配的專用栽培床具有較高的耐久性，能滿足經(jīng)營生產(chǎn)需要。同時，智能控制系統(tǒng)日益成熟，用戶數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)采集、記錄、處理能力，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)管理提供數(shù)據(jù)與技術依托，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技化。

（2）潮汐式灌溉以營養(yǎng)液的形式實現(xiàn)水肥一體化，營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)通過多段過濾處理技術，有效滅菌凈化，確保蔬菜種植高效無污染。營養(yǎng)液循環(huán)利用，節(jié)約水肥并有效降低環(huán)境污染。

（3）營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)置微納米氣泡發(fā)生裝置，產(chǎn)生活性氧、氧離子、氫離子和氫氧離子等自由基離子，一方面可以通過超強氧化能力分解污染物，另一方面通過氧化降解反應提升水質(zhì)，也能防止植物病害的發(fā)生與傳播。利用納米氣泡技術進行水體溶氧復氧，提高水體含氧量，有效杜絕水培植物根系缺氧情況。

（4）目前農(nóng)業(yè)全過程采用無土栽培的運用場景不多，潮汐式灌溉系統(tǒng)多用于前期育苗培育階段使用。

4 結語

農(nóng)田水利工程是一項重要的惠民工程，有利于提升農(nóng)田的灌排能力，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平，改善農(nóng)民的生活質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營、標準化生產(chǎn)。

作為本項目設計全過程的主要參與人，為了確保農(nóng)田水利工程設計更加科學合理和技術措施運用更具針對性，筆者在本項目中總結的設計經(jīng)驗如下：

（1）設計人員要多思考，針對問題，不斷提出各種解決方案，從中擇優(yōu)。

（2）設計人員要勇于創(chuàng)新，大膽涉足自己未曾熟悉的領域，不斷學習，不拘泥于陳舊的知識內(nèi)容及結構。

（3）設計方案應因地制宜，針對不同地區(qū)特點及工程實際，考慮不同解決方案。

參考文獻

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