基于灌區(qū)生態(tài)建設(shè)亮點工程與水文化建設(shè)工程探究

崔 進(jìn)

(遼寧省鐵嶺市銀州區(qū)水利局，遼寧 鐵嶺 112000)

1 概 述

亮點工程建設(shè)的內(nèi)容主要包括灌排水工程建設(shè)、信息化建設(shè)、生態(tài)工程建設(shè)3部分。通過灌區(qū)亮點工程的建設(shè)，建立全渠道控制系統(tǒng)和田間工程規(guī)模化示范點，實現(xiàn)整條干渠灌溉系統(tǒng)的智能化配水和優(yōu)化調(diào)度，成為灌區(qū)開展現(xiàn)代化灌溉的亮點，為灌區(qū)發(fā)展探索一條新模式[1]。

2 灌溉排水工程建設(shè)

2.1 管道布置

典型工程選取泵站設(shè)在末級渠系一側(cè)，管道布置干、支兩級，干管平行末級溝道，支管垂直干管，支管間距100m，支管長度700m，給水栓間距100-110m，每條支管上設(shè)7個給水栓，該地塊干管長度1100m，支管長度8400m，并在管道最低處設(shè)置排水口，便于管道沖洗淤沙。

2.2 田間工程

根據(jù)典型工程規(guī)劃布置，泵站位于干管中間，向兩側(cè)分水，干管沿孫家溝布置，2條干管總長度1200m。支管東西向布置，支管長度750m，每條干管控制6條支管，共12條支管。每條支管同時向一個給水栓供水。由于工程控制面積大，灌溉時可劃分為7個輪灌小組進(jìn)行灌溉，每個輪灌小組為每條支管上一個供水栓，每個輪灌小組的灌溉時間為19.29h，9d可灌溉一遍。

項目區(qū)小麥全生育期需灌水4次，毛灌溉定額為3000m3/hm2。按項目區(qū)灌水經(jīng)驗，分為越冬水、拔節(jié)水、抽穗水、灌漿水。玉米生長期一般灌溉2次水，即出苗水、抽雄水。灌水周期9d，灌溉流量500m3/h。

2.3 水肥一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)首部設(shè)置大田施肥機(jī)，采用3-4路文丘里取肥器，由電磁閥控制流量，注肥量1-2m3/h，通過自動和手動兩種方式來操控施肥機(jī)，自動方式下配有智能大田施肥控制系統(tǒng)，用戶可選擇合適的施肥程序完成施肥任務(wù)[2]。用戶可以選擇EC/pH監(jiān)測模塊，對肥液進(jìn)行電導(dǎo)率和酸堿度的實時監(jiān)測，并根據(jù)測量結(jié)果給用戶提示。如果用戶需要對灌溉末端的肥液電導(dǎo)率和酸堿度進(jìn)行檢測，也可通過無線方式將數(shù)據(jù)反饋回控制器[3]。

青海省《“十三五”特色農(nóng)牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出牧區(qū)要以推進(jìn)“全國草地生態(tài)畜牧業(yè)試驗區(qū)”建設(shè)為契機(jī)，大力發(fā)展草地生態(tài)畜牧業(yè)和有機(jī)畜牧業(yè)，培育生態(tài)有機(jī)特色品牌，建成全國面積最大的有機(jī)畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和規(guī)模最大、品質(zhì)最優(yōu)的藏羊生產(chǎn)基地，大力推進(jìn)肉羊產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近年來，青海省政府也出臺一系列優(yōu)惠政策，引導(dǎo)合作經(jīng)濟(jì)組織向畜產(chǎn)品加工、市場配送等領(lǐng)域擴(kuò)展，創(chuàng)辦經(jīng)濟(jì)實體。并建立良好的招商引資引智環(huán)境，吸引畜產(chǎn)品加工龍頭企業(yè)與合作經(jīng)濟(jì)組織開展多種形式的合作，開展畜產(chǎn)品加工，鼓勵畜產(chǎn)品就地加工轉(zhuǎn)化增值。

2.4 泵站

揚(yáng)水站管道輸水灌溉系統(tǒng)選用10SH-13A離心泵。進(jìn)水側(cè)采用 DN350進(jìn)水鋼管，經(jīng)漸縮管和 DN250 鋼管與水泵連接；出水側(cè)經(jīng)DN20鋼管和漸擴(kuò)管與Φ315出水管連接。利用真空泵抽空，在出水側(cè)DN200鋼管上設(shè)置閘閥、止回閥。選用SC10-80/10/0.4干式變壓器，設(shè)置配電屏一套，采用單干混凝土桿和低壓電力電纜輸電。揚(yáng)水站建7.5m×4.0m 泵房，房屋面積30m3。 泵房高3.8m。 設(shè)C20混凝土底板，以安裝水泵。

揚(yáng)水站從斗溝取水，斗溝底寬4m，1：2土質(zhì)邊坡。灌水時斗溝水深3-4m。 設(shè)4.0m×1.0m進(jìn)水池，池底與溝底齊平，三面設(shè)直立式漿砌石擋土墻，配活動式攔污柵。

3 信息化建設(shè)

該區(qū)域節(jié)水改造工程是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)項目區(qū)，根據(jù)現(xiàn)有水源條件，揚(yáng)水泵站從孫家溝取水，信息化建設(shè)任務(wù)包括：水源地水位及水質(zhì)監(jiān)測、提水泵站遠(yuǎn)程控制、田間灌溉控制、視頻監(jiān)控以及控制管理信息中心。節(jié)水改造信息化典型設(shè)計如下：

3.1 水源地水位及水質(zhì)監(jiān)測

采用雷達(dá)水位計及拍照攝像機(jī)對孫家溝水位進(jìn)行監(jiān)測，遙測終端RTU采集水位數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將水位數(shù)據(jù)發(fā)送到信息中心[4]。管理人員通過軟件平臺查看監(jiān)測信息，綜合了解河道水位、水尺照片等水情信息，及時掌握管轄區(qū)域內(nèi)水情情況；為水利工程安全、防汛抗旱，水資源監(jiān)控，轄區(qū)配水調(diào)度、量水測水提供及時有效的信息支撐，同時水源水位數(shù)據(jù)還可以為提水泵站的自動啟停提供數(shù)值參考[5]。

采用水質(zhì)在線傳感器對水質(zhì)五要素進(jìn)行監(jiān)測，信息中心可實時查看河流水質(zhì)情況，水質(zhì)的好壞直接影響到農(nóng)作物的生長狀況及產(chǎn)量，管理人員可根據(jù)具體水質(zhì)狀況指導(dǎo)農(nóng)戶適時灌溉。

3.2 提水泵站遠(yuǎn)程控制

采用PLC作為泵站控制單元，實現(xiàn)泵站電機(jī)與輔助設(shè)備的現(xiàn)地和遠(yuǎn)程操作，從而實現(xiàn)泵站的遙測遙控及輸配水自動化。通過網(wǎng)絡(luò)可對泵站進(jìn)行控制，完成對設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行工況的實時監(jiān)測，有效地提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和自動化水平與管理[6]。

采用超聲波流量計對管道出水流量進(jìn)行監(jiān)測，通過PLC可統(tǒng)一把泵站運(yùn)行參數(shù)、出水流量等信息上傳到信息中心，管理人員可隨時掌握泵站運(yùn)行時間、灌溉所用流量等參數(shù)，可根據(jù)作物的灌溉需水量控制灌溉時間，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量、節(jié)約水資源提供保障，同時對水資源管理、水費(fèi)收繳帶來便利。

3.3 田間灌溉控制

通過對各灌溉組管道的電動閥進(jìn)行遠(yuǎn)程管控，并根據(jù)各個灌片的土壤水分情況，信息中心可直接遠(yuǎn)程控制電動閥來進(jìn)行灌溉或停灌，同時把閥門啟閉狀態(tài)反饋給信息中心。還可以通過土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)置土壤水分灌溉閾值，電動閥能根據(jù)這閾值自動開閉，逐步實現(xiàn)灌溉自動化。田間灌溉控制系統(tǒng)可根據(jù)土壤墑情狀況及時的進(jìn)行適時灌溉，可實現(xiàn)優(yōu)化配水、節(jié)約水資源的目標(biāo)。

3.4 視頻監(jiān)控

在泵房內(nèi)布置槍機(jī)、田間灌溉區(qū)布置室外球機(jī)；對泵房內(nèi)和田間灌溉區(qū)周圍的現(xiàn)場情況進(jìn)行全方位的監(jiān)視和管理。

通過視頻圖像可實時觀察作物生長狀況及觀察病蟲害狀況，也能起到環(huán)境監(jiān)控與安防的作用，實時采集到的視頻信息可以存儲在信息中心的硬盤錄像機(jī)中，作為歷史資料，對于事故分析，責(zé)任排查，都具有非常重要的價值。

3.5 信息中心

信息中心需要從先進(jìn)性、實用性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的角度出發(fā)，建設(shè)一個設(shè)備先進(jìn)、安全可靠、功能分區(qū)和環(huán)境舒適美觀，能以聲、光、電等多種形式服務(wù)于灌區(qū)業(yè)務(wù)的信息中心[7]。

同時在信息中心建設(shè)信息化管理平臺，它總覽整個項目區(qū)水源水位、泵站運(yùn)行、自動化灌溉、農(nóng)作物生長情況，對項目區(qū)的灌溉用水實施監(jiān)管和控制，同時能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和灌溉決策。

4 水生態(tài)保護(hù)與水文化建設(shè)

本案亮點工程在孫家溝西側(cè)，以管道輸水為主，取水段位于孫家溝揚(yáng)水站部位。在水生態(tài)保護(hù)工程方面，此處孫家溝供水渠道重點打造為生態(tài)護(hù)坡；主要以多孔結(jié)構(gòu)護(hù)坡結(jié)合植物護(hù)岸塑造節(jié)水、生態(tài)、現(xiàn)代化樣式的生態(tài)渠道。

4.1 生態(tài)護(hù)坡型式選擇

多孔結(jié)構(gòu)護(hù)坡是利用多孔磚進(jìn)行植草的一類護(hù)坡,常見的多孔磚有八字磚、六棱護(hù)坡網(wǎng)格磚等。這種具有連續(xù)貫穿的多孔結(jié)構(gòu)，為動植物提供了良好的生存空間和棲息場所,可在水陸之間進(jìn)行能量交換，是一種具有"呼吸功能"的護(hù)岸。同時,異株植物根系的盤根交織與坡體有機(jī)融為一體，形成了對基礎(chǔ)坡體的錨固作用，也起到了透氣、透水、保土、固坡的效果[8]。

可以根據(jù)不同的需求選擇不同外形的多孔磚或預(yù)制夯；多孔磚的孔隙既可以用來種草，水下部分還可以作為魚蝦的棲息地；排水性和透水性好，可實現(xiàn)自由排水；具有較強(qiáng)的水循環(huán)能力和抗沖刷能力，能較好的抵抗流失作用，同時可以調(diào)節(jié)相關(guān)的小氣候。

1)護(hù)坡基地應(yīng)夯實，常規(guī)水位高度至溝渠底部應(yīng)做混凝土防滲層；坡度<60°，并且在表面做粗糙處理，為兩棲類動物上岸提供方便，多孔磚鋪貼層以上另培植種植土。

2)多孔磚鋪設(shè)前需制作混凝土護(hù)腳和底模，以防止多孔磚向底部滑移；之后鋪設(shè)雙向反濾土工布。多孔磚鋪設(shè)應(yīng)緊密，防止急流沖刷脫落。

3)種植植物應(yīng)附帶網(wǎng)兜種植土，整體培植入多孔磚孔洞內(nèi)壓實，可選之物主要為淺根系植物。

4.2 植物護(hù)坡方案

植物型生態(tài)護(hù)坡是通過在岸坡種植植被 ,利用植物發(fā)達(dá)根系的力學(xué)效應(yīng)(深根錨固和淺根加筋)和水文效應(yīng)(降低孔壓、削弱濺蝕和控制徑流)進(jìn)行護(hù)坡固土、防止水土流失,在滿足生態(tài)環(huán)境的需要的同時進(jìn)行景觀造景。護(hù)坡植物擬選擇環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的滁菊和黃花菜兩種花卉。護(hù)坡與道路之間擬選擇雛菊、波斯菊、二月蘭為樹下綠化植物。渠道堤頂公路行道樹擬選擇欒樹、合歡、榆樹。

4.3 生態(tài)排水溝功能

傳統(tǒng)的人工排水溝具有可持續(xù)發(fā)展能力差且功能單一的特點[9]。而現(xiàn)代建設(shè)的生態(tài)排水溝不僅具有過濾屏蔽與棲息地功能，還具備完整的社會服務(wù)功能。

生態(tài)排水溝是在傳統(tǒng)排水溝的基礎(chǔ)上，兩側(cè)以大面積綠化固定邊坡或鋪設(shè)可透水的蜂窩狀混凝土預(yù)制板以保持農(nóng)田排水暢通和維持邊坡穩(wěn)定[10]。亮點示范工程部分孫家溝渠道排水溝寬度較窄，考慮實際成本與總干渠道截堿溝生態(tài)化形式，此部分生態(tài)排水溝主要采用植物型護(hù)岸，在水工建筑物部分區(qū)域進(jìn)行混凝土硬化，在邊坡上栽種一些容易吸收氮磷、農(nóng)藥等污染物且不太阻水的水生植物，由此構(gòu)成穩(wěn)定的生態(tài)減污型排水溝系統(tǒng)，并在滿足農(nóng)田排水澇、防漬標(biāo)準(zhǔn)要求下，設(shè)置寬頂堰形式攔水堤壩(閘)，來實現(xiàn)控制排水與排水計量，減少氮、磷和農(nóng)藥等有害物質(zhì)向區(qū)域水體的排放。

生態(tài)排水溝植物種植設(shè)計：采用喬木灌木以及花卉相結(jié)合的方式，觀葉高大喬木可采用孤植或?qū)χ驳男问缴⒉荚跍锨蓚?cè)，常綠喬木采用行列栽植的形式種植，灌木則可群植在兩側(cè)的喬木之下，地被類植物叢植地表層，在空間上形成中高低使其在豎向上層次分明豐富空間感[11]。排水溝內(nèi)水生植物選擇為蘆葦、菖蒲、鳶尾等具有水體凈化功能的水生植物，具有生態(tài)功能的同時還能美化環(huán)境。植物選擇為：首先以選擇當(dāng)?shù)刂参餅橹?，如柳樹、槐樹、榆樹、石楠、金葉女貞、麥冬、波斯菊、蘆葦、菖蒲、鳶尾等。

鳶尾：耐寒性較強(qiáng)，生于淺水中，喜陽光充足，氣候涼爽，耐寒力強(qiáng)，亦耐半陰環(huán)境。

4.4 毛渠

毛渠為田間灌溉渠道，直接服務(wù)于農(nóng)田灌溉。田間灌溉渠道除基礎(chǔ)硬化、渠道襯砌以外，主要以節(jié)約用地為標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 水生態(tài)與水文化建設(shè)

地下水質(zhì)監(jiān)測點16處，總干渠兩側(cè)設(shè)防護(hù)網(wǎng)共91.3km；總干渠兩岸生態(tài)護(hù)坡總長度2.5km，總干渠兩岸水位以上植物護(hù)坡共76.8km，截堿溝提升改造為生態(tài)排水溝總長度2.5km；總干渠建筑物美化座133，其中：節(jié)制閘外立面提升改造6座，引水閘55座，生產(chǎn)橋修復(fù)(防撞護(hù)欄)45座，渡槽及周邊環(huán)境美化改造27座；干渠及以下渠道建筑座美化141座，其中節(jié)制閘外立面提升改造11座，水閘外立面提升改造105座，渡槽及周邊環(huán)境美化25處；管理所景觀景觀提升改造16處，水文化展覽室1處，文化墻建設(shè)16處，總干渠兩岸設(shè)置宣傳牌8處等。

5 結(jié) 語

根據(jù)現(xiàn)代灌區(qū)內(nèi)涵要求，結(jié)合灌區(qū)實際情況，進(jìn)行灌溉排水工程、信息化工程、水生態(tài)保護(hù)與水文化建設(shè)、現(xiàn)代灌區(qū)管理等4方面的布局與調(diào)整。到2030年，根據(jù)水利現(xiàn)代化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與要求，使得灌區(qū)應(yīng)達(dá)到以下功能。

1)具有較為完善的防洪、除澇體系，防洪除澇工程達(dá)到規(guī)定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，灌排建筑物、灌溉渠道設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)10-20a一遇，灌排工程設(shè)計使用年限達(dá)到30a一遇及以上。

2)灌溉設(shè)計保證率達(dá)到50%，其中高效節(jié)水灌溉工程灌溉設(shè)計保證率達(dá)到80%。

3)渠道輸配水工程完備，田間工程布局合理，配套齊全。渠道配套率≥95%，田間工程配套率達(dá)到95%以上，田間灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.9以上。

4)節(jié)水灌溉工程面積達(dá)到有效灌溉面積的90%以上，灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.69。

5)排水工程健全，避免作物遭受澇漬災(zāi)害，防止土壤鹽堿化。農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到10a一遇以上。