鹽堿化地區(qū)農(nóng)田水利生態(tài)建設(shè)策略與探討

張艷

摘要：本工程是在崇明生態(tài)島建設(shè)的大背景下，在崇明東北部墾區(qū)鹽堿化土地上建設(shè)以低能耗、低物耗、低排放、低污染為特征的有機(jī)、低碳高效現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)示范基地，是以有機(jī)蔬菜種植為主，結(jié)合農(nóng)業(yè)科普教育為輔，建設(shè)目標(biāo)為國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)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(guān)鍵詞： 農(nóng)田水利；生態(tài)；低碳；鹽堿；建設(shè)

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

中圖分類號(hào)：S27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jí)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(jí)圩區(qū)。為崇明北部70年代圍墾土地，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，目前農(nóng)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(zhì)、土壤土性、地塊地勢存在嚴(yán)重先天不足。

1.2 工程總體布局與建設(shè)目標(biāo)

1.2.1 總體布局

工程以有機(jī)、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(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)、旅游農(nóng)業(yè)為重點(diǎn)的綜合性現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)。依據(jù)資源屬性、景觀特征性及其現(xiàn)存環(huán)境，在考慮保持原有的自然地形的完整性的基礎(chǔ)上，結(jié)合未來發(fā)展和客觀需要，本工程共分五個(gè)主要功能區(qū)：農(nóng)田水利教育區(qū)、有機(jī)農(nóng)業(yè)示范展示區(qū)、有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)、生物質(zhì)循環(huán)利用示范區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品包裝區(qū)。如圖1。

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1.2.2 工程研究的內(nèi)容和目標(biāo)

在土地資源越來越匱乏的大上海，尤其是在生態(tài)要求嚴(yán)格控制的崇明島如何能充分利用土地資源，實(shí)現(xiàn)有機(jī)生態(tài)農(nóng)業(yè)的高效穩(wěn)產(chǎn)是本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)。本工程是以低碳、高效低能耗理念以有機(jī)蔬菜種植為主、現(xiàn)代水利農(nóng)業(yè)科普示范推廣為輔的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園為建設(shè)目標(biāo)，工程研究的主要內(nèi)容為：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、農(nóng)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(nóng)業(yè)示范科普教育推廣設(shè)施等系統(tǒng)的工程布置及設(shè)計(jì)。本文研究的重點(diǎn)如何在鹽堿化地區(qū)進(jìn)行農(nóng)田水利的生態(tài)建設(shè)。

2 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

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

②水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。灌溉用水水質(zhì)目標(biāo)為III類。

③灌溉標(biāo)準(zhǔn)。低碳農(nóng)業(yè)示范園區(qū)內(nèi)的灌溉設(shè)計(jì)保證率為 95%。

④降漬標(biāo)準(zhǔn)。地下水位控制在60cm以下。

3 園區(qū)農(nóng)田水利排灌系統(tǒng)

園區(qū)以種植有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)高于北七滧低洼圩區(qū)，因此，將園區(qū)單獨(dú)設(shè)圩，與北七滧圩區(qū)河網(wǎng)可分可合。為控制外部水系與內(nèi)部水系互相滲透，內(nèi)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(nèi)布置河湖水面積根據(jù)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(nèi)部水面率為12.5%，可同時(shí)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(nèi)部雨水收集的調(diào)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(cè)與七滧港相交處建雙向引排水泵閘1座，東側(cè)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(cè)涵閘，利用北七滧圩區(qū)動(dòng)力預(yù)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(shí)，園區(qū)可利用西側(cè)泵閘直接排澇，東西兩側(cè)口門建筑同時(shí)也作為內(nèi)部水系的引清調(diào)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(nèi)部河、湖水源主要為園區(qū)內(nèi)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(bǔ)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(jù)園區(qū)總體規(guī)劃，區(qū)內(nèi)共有連棟棚大棚4片、露地菜田2片、經(jīng)濟(jì)果林1片，共分4個(gè)灌區(qū)，每個(gè)灌區(qū)設(shè)1座泵房，各灌區(qū)均采用2臺(tái)水泵，其中1臺(tái)為備用水泵。園區(qū)大棚及露天菜地均采用微噴系統(tǒng)進(jìn)行噴灌。由于項(xiàng)目所在區(qū)外部水源水質(zhì)PH值高，鹽堿化程度高，外部水源無法適應(yīng)園區(qū)有機(jī)蔬菜灌溉水質(zhì)要求，因此園區(qū)的灌溉水源利用區(qū)域內(nèi)部的收集處理后儲(chǔ)蓄在內(nèi)部河、湖中雨水進(jìn)行灌溉。

3.2.2管網(wǎng)總體布置

本工程露天農(nóng)田采用微噴灌方式，大棚內(nèi)采用滴灌方式。根據(jù)園區(qū)總體規(guī)劃，東西兩側(cè)連棟棚各設(shè)一個(gè)灌溉泵站，泵站均設(shè)置在設(shè)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(jù)蔬菜需水量和微噴灌特點(diǎn)，初選WP-1103微噴頭，額定工作壓力為200kPa，設(shè)計(jì)流量取60 l/h，噴灑半徑 3.0～3.5m，制造偏差系數(shù) 0.05，單噴頭雨強(qiáng) 10.8mm/h，噴頭的流態(tài)指數(shù) x=0.50。

3.2.4 毛管和微噴頭間距確定

蔬菜密植根淺，根據(jù)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(nèi)部排水系統(tǒng)

3.3.1大棚周邊排水溝設(shè)計(jì)

雨水收集系統(tǒng)，是在每個(gè)大棚的落水側(cè)設(shè)置較窄適應(yīng)流速較快的傳統(tǒng)的鋼筋砼預(yù)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(shè)置生態(tài)過濾型B型的排水溝，將雨水排入內(nèi)部中心河道，河道承擔(dān)蓄水作用。B型排水溝能同時(shí)起到收集和凈化雨水的作用。考慮增加雨水在B型排水溝的停留時(shí)間，A型排水溝坡向遠(yuǎn)離河岸的一側(cè)，且從遠(yuǎn)離河岸的一側(cè)流入B型排水溝，B型排水溝末端設(shè)置生態(tài)礫石井。

3.3.2露地菜田排水溝設(shè)計(jì)

露地菜田田間每50m設(shè)一道C型排水溝，溝口寬1.00m，深1.00m，底寬0.50m，采用多孔質(zhì)生態(tài)透水砼結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊坡及底部布置水質(zhì)凈化植物，起到過濾水質(zhì)作用，過濾后的水體就近流入內(nèi)部河湖，同樣排水口末端設(shè)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(nèi)道路雨水經(jīng)收集后，均經(jīng)過礫石溝處理后排入河道，經(jīng)河道生態(tài)水質(zhì)凈化系統(tǒng)處理后用于農(nóng)田灌溉用水。經(jīng)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(shí)，從外側(cè)河道取水補(bǔ)充用水，引入的水體經(jīng)過人工濕地凈化系統(tǒng)進(jìn)入內(nèi)部河、湖。

4.2 水質(zhì)凈化工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)工程總體規(guī)劃特點(diǎn)，水質(zhì)凈化工藝可分為預(yù)處理系統(tǒng)、河湖水生態(tài)凈化系統(tǒng)、水動(dòng)力改善系統(tǒng)和脫鹽處理4個(gè)部分。

園區(qū)日常生產(chǎn)用水水源主要來自雨水的收集利用和外圍中心河補(bǔ)水，大棚和露地菜田雨水收集后經(jīng)生態(tài)濾溝處理后排入河道，園區(qū)河道和人工湖內(nèi)通過水生態(tài)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)對水源進(jìn)行凈化，通過水動(dòng)力改善系統(tǒng)增強(qiáng)水體的水質(zhì)維持功能，當(dāng)水體中含氯度及全鹽度指標(biāo)滿足要求時(shí)，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(biāo)不滿足要求時(shí)，在水體進(jìn)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(biāo)，滿足灌溉水質(zhì)要求。工程工藝流程圖見圖2。

4.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)的目的是通過合適的預(yù)處理工藝進(jìn)行攔截過濾，去除河道補(bǔ)給水源中的懸浮物和有機(jī)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(zhì)相對較好，因此，考慮將排水溝設(shè)計(jì)成生態(tài)溝渠對入河雨水進(jìn)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(jìn)一步沉淀水體中的懸浮物，同時(shí)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(jīng)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(nèi)的河湖水體進(jìn)行強(qiáng)化凈化，降低由于補(bǔ)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(diǎn)維護(hù)河湖水質(zhì)，提高水體透明度，抑制水體富營養(yǎng)化。

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

4.2.3 水動(dòng)力改善系統(tǒng)

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

4.2.4 脫鹽系統(tǒng)

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

4.2.5 工程運(yùn)行維護(hù)

工程的運(yùn)行維護(hù)主要是對人工創(chuàng)造的水系環(huán)境內(nèi)栽培的水生植物和放養(yǎng)的水生動(dòng)物進(jìn)行科學(xué)的栽培管理，以達(dá)到凈化功能高、成本低、提高其成活率和觀賞價(jià)值等。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

農(nóng)田水利設(shè)施的修建、田間設(shè)施的改造、外圍河道的整治，都能帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益，主要可歸納為以下幾個(gè)方面：

①增強(qiáng)防洪除澇能力，減小災(zāi)害損失，間接帶來經(jīng)濟(jì)效益；

②改善農(nóng)田灌溉條件、改善灌溉水質(zhì)，從而提高作物生產(chǎn)條件，有助于提高作物產(chǎn)量、減小病蟲害，帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益；

③提高土地利用率、增加種植面積、增加蔬菜產(chǎn)量、保障市場供應(yīng)，帶來經(jīng)濟(jì)效益；

④提高農(nóng)場自動(dòng)化程度，減小人力代價(jià)，提高生產(chǎn)效率。

5.2 社會(huì)效益

農(nóng)業(yè)是其他產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)與保障，發(fā)展農(nóng)業(yè)，保障城區(qū)蔬菜及糧食供給，穩(wěn)定物價(jià)。同時(shí)，還關(guān)乎“三農(nóng)”、關(guān)乎民生，有著極為重要的社會(huì)意義。農(nóng)業(yè)的發(fā)展也能推倒其他相關(guān)產(chǎn)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(nóng)場內(nèi)的排灌設(shè)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(zhì)、改善農(nóng)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(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的建設(shè)秉承高效、低碳的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)理念，通過發(fā)展微噴的節(jié)水灌溉技術(shù)、有機(jī)肥料、生物除蟲技術(shù)及對風(fēng)能等新能源利用，設(shè)計(jì)體現(xiàn)了低碳農(nóng)業(yè)的理念，響應(yīng)了上海市對建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，具有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范作用。

6 結(jié)語

近年上海地區(qū)人口逐年增加，蔬菜供應(yīng)的缺口越來越大，隨著人們生活的提高，人們對優(yōu)質(zhì)有機(jī)蔬菜的需求也日益增長，有機(jī)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(shí)現(xiàn)有機(jī)蔬菜的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，是我們探索研究的課題，本工程位于世界級(jí)生態(tài)島崇明區(qū)，是本市一個(gè)示范性低碳農(nóng)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(shí)現(xiàn)園區(qū)有機(jī)蔬菜灌溉水源及水質(zhì)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(xié)調(diào)統(tǒng)一，通過園區(qū)內(nèi)部及周邊的配套水利工程建設(shè)，提高整個(gè)地區(qū)的防汛排澇能力和區(qū)域內(nèi)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(nèi)蔬菜的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，作為現(xiàn)代農(nóng)田水利的示范性工程，對現(xiàn)代農(nóng)田水利科普理念起到推廣、宣傳、教育引導(dǎo)效應(yīng)。

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