基于灌區(qū)生態(tài)建設亮點工程與水文化建設工程探究

崔 進

(遼寧省鐵嶺市銀州區(qū)水利局，遼寧 鐵嶺 112000)

1 概 述

亮點工程建設的內容主要包括灌排水工程建設、信息化建設、生態(tài)工程建設3部分。通過灌區(qū)亮點工程的建設，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

2.1 管道布置

典型工程選取泵站設在末級渠系一側，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)首部設置大田施肥機，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，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[2]。用戶可以選擇EC/pH監(jiān)測模塊，對肥液進行電導率和酸堿度的實時監(jiān)測，并根據(jù)測量結果給用戶提示。如果用戶需要對灌溉末端的肥液電導率和酸堿度進行檢測，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”特色農牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出牧區(qū)要以推進“全國草地生態(tài)畜牧業(yè)試驗區(qū)”建設為契機，大力發(fā)展草地生態(tài)畜牧業(yè)和有機畜牧業(yè)，培育生態(tài)有機特色品牌，建成全國面積最大的有機畜牧業(yè)生產基地和規(guī)模最大、品質最優(yōu)的藏羊生產基地，大力推進肉羊產業(yè)發(fā)展。近年來，青海省政府也出臺一系列優(yōu)惠政策，引導合作經濟組織向畜產品加工、市場配送等領域擴展，創(chuàng)辦經濟實體。并建立良好的招商引資引智環(huán)境，吸引畜產品加工龍頭企業(yè)與合作經濟組織開展多種形式的合作，開展畜產品加工，鼓勵畜產品就地加工轉化增值。

2.4 泵站

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

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

3 信息化建設

該區(qū)域節(jié)水改造工程是現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)項目區(qū)，根據(jù)現(xiàn)有水源條件，揚水泵站從孫家溝取水，信息化建設任務包括：水源地水位及水質監(jiān)測、提水泵站遠程控制、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計如下：

3.1 水源地水位及水質監(jiān)測

采用雷達水位計及拍照攝像機對孫家溝水位進行監(jiān)測，遙測終端RTU采集水位數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡將水位數(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]。

采用水質在線傳感器對水質五要素進行監(jiān)測，信息中心可實時查看河流水質情況，水質的好壞直接影響到農作物的生長狀況及產量，管理人員可根據(jù)具體水質狀況指導農戶適時灌溉。

3.2 提水泵站遠程控制

采用PLC作為泵站控制單元，實現(xiàn)泵站電機與輔助設備的現(xiàn)地和遠程操作，從而實現(xiàn)泵站的遙測遙控及輸配水自動化。通過網(wǎng)絡可對泵站進行控制，完成對設備參數(shù)和運行工況的實時監(jiān)測，有效地提高系統(tǒng)設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行監(jiān)測，通過PLC可統(tǒng)一把泵站運行參數(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，為提高農作物產量、節(jié)約水資源提供保障，同時對水資源管理、水費收繳帶來便利。

3.3 田間灌溉控制

通過對各灌溉組管道的電動閥進行遠程管控，并根據(jù)各個灌片的土壤水分情況，信息中心可直接遠程控制電動閥來進行灌溉或停灌，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行適時灌溉，可實現(xiàn)優(yōu)化配水、節(jié)約水資源的目標。

3.4 視頻監(jiān)控

在泵房內布置槍機、田間灌溉區(qū)布置室外球機；對泵房內和田間灌溉區(qū)周圍的現(xiàn)場情況進行全方位的監(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中，作為歷史資料，對于事故分析，責任排查，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性、實用性、穩(wěn)定性和可擴展性的角度出發(fā)，建設一個設備先進、安全可靠、功能分區(qū)和環(huán)境舒適美觀，能以聲、光、電等多種形式服務于灌區(qū)業(yè)務的信息中心[7]。

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

4 水生態(tài)保護與水文化建設

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

4.1 生態(tài)護坡型式選擇

多孔結構護坡是利用多孔磚進行植草的一類護坡,常見的多孔磚有八字磚、六棱護坡網(wǎng)格磚等。這種具有連續(xù)貫穿的多孔結構，為動植物提供了良好的生存空間和棲息場所,可在水陸之間進行能量交換，是一種具有"呼吸功能"的護岸。同時,異株植物根系的盤根交織與坡體有機融為一體，形成了對基礎坡體的錨固作用，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，同時可以調節(jié)相關的小氣候。

1)護坡基地應夯實，常規(guī)水位高度至溝渠底部應做混凝土防滲層；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)多孔磚鋪設前需制作混凝土護腳和底模，以防止多孔磚向底部滑移；之后鋪設雙向反濾土工布。多孔磚鋪設應緊密，防止急流沖刷脫落。

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

4.2 植物護坡方案

植物型生態(tài)護坡是通過在岸坡種植植被 ,利用植物發(fā)達根系的力學效應(深根錨固和淺根加筋)和水文效應(降低孔壓、削弱濺蝕和控制徑流)進行護坡固土、防止水土流失,在滿足生態(tài)環(huán)境的需要的同時進行景觀造景。護坡植物擬選擇環(huán)境適應能力強的滁菊和黃花菜兩種花卉。護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功能。

生態(tài)排水溝是在傳統(tǒng)排水溝的基礎上，兩側以大面積綠化固定邊坡或鋪設可透水的蜂窩狀混凝土預制板以保持農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岸，在水工建筑物部分區(qū)域進行混凝土硬化，在邊坡上栽種一些容易吸收氮磷、農藥等污染物且不太阻水的水生植物，由此構成穩(wěn)定的生態(tài)減污型排水溝系統(tǒng)，并在滿足農田排水澇、防漬標準要求下，設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、磷和農藥等有害物質向區(qū)域水體的排放。

生態(tài)排水溝植物種植設計：采用喬木灌木以及花卉相結合的方式，觀葉高大喬木可采用孤植或對植的形式散布在溝渠兩側，常綠喬木采用行列栽植的形式種植，灌木則可群植在兩側的喬木之下，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?shù)刂参餅橹鳎缌鴺洹⒒睒洹⒂軜洹⑹⒔鹑~女貞、麥冬、波斯菊、蘆葦、菖蒲、鳶尾等。

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

4.4 毛渠

毛渠為田間灌溉渠道，直接服務于農田灌溉。田間灌溉渠道除基礎硬化、渠道襯砌以外，主要以節(jié)約用地為標準。

4.5 水生態(tài)與水文化建設

地下水質監(jiān)測點16處，總干渠兩側設防護網(wǎng)共91.3km；總干渠兩岸生態(tài)護坡總長度2.5km，總干渠兩岸水位以上植物護坡共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，生產橋修復(防撞護欄)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16處，總干渠兩岸設置宣傳牌8處等。

5 結 語

根據(jù)現(xiàn)代灌區(qū)內涵要求，結合灌區(qū)實際情況，進行灌溉排水工程、信息化工程、水生態(tài)保護與水文化建設、現(xiàn)代灌區(qū)管理等4方面的布局與調整。到2030年，根據(jù)水利現(xiàn)代化建設標準與要求，使得灌區(qū)應達到以下功能。

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

2)灌溉設計保證率達到50%，其中高效節(jié)水灌溉工程灌溉設計保證率達到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%，田間工程配套率達到95%以上，田間灌溉水利用系數(shù)達到0.9以上。

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

5)排水工程健全，避免作物遭受澇漬災害，防止土壤鹽堿化。農田排澇標準達到10a一遇以上。