成都市農田灌排生態工程建設研究

袁素勤，劉藝平，雷明慧，李詠梅

(1.四川水利職業技術學院，成都 611231； 2.四川省水利水電勘測設計研究院，成都 610072)

1 生態工程建設的提出與發展

2018年5月18日在北京召開的全國生態環境保護大會上，確立了習近平生態文明思想，提出“生態興則文明興、生態衰則文明衰的深邃歷史觀”，為推動生態文明建設、加強生態環境保護，提供了科學的思想指引和強大的實踐動力。1962年，美國學者奧德姆(H.T.Odum)首先提出生態工程是“為了控制生態系統，人類應用來自自然的能源作為輔助能對環境的控制”[1]，把生態學應用到工程這一新領域。生態工程不同于人為地單一保護局部環境的傳統環境保護工程，它強調利用自然的力量來恢復生態系統以達到保護環境以及周邊衍生產品的目的，抗外部干擾性強，在合理的代價范圍內保持較高的可持續能力，由此產生長遠的工程效益。

成都市地處四川省中部，屬于長江水系岷江及沱江流域，全市總面積12 121 km2，多年平均降水量991.8 mm，多年平均徑流量77.44億m3，多年平均地下水資源量32.53億m3。2016年，成都市總用水量61.04億m3，其中農業用水占比53.1%，居于主導地位[2]。2016年成都市用水量各部分占比如表1所示。

表1 2016年成都市用水量 單位:億m3

成都市農業用水量如此之大，都江堰灌區灌溉水利用率超過四川省水利發展十三五規劃規定的四川省灌溉水利用率約束目標0.48。一個良好的灌區生態系統應較好地支撐糧食供應和改善居民居住環境，調節氣候，維持生物物種多樣性，同時帶來一定的旅游效益。現有的灌溉工程建設對河流自凈能力產生了一定程度的破壞，農業面源污染嚴重，土壤結構變化，導致農業生產力降低，高效節水是當前亟待解決的現實問題。

2 農田灌排工程中存在的問題

2.1 渠道建設存在問題

傳統的渠道采用混凝土襯砌，使用過程中具有實用、美觀、運行安全的優點，但傳統渠道在注重提高渠道輸水能力時，忽略了原有渠道內水生生物和兩棲動物的生存環境，導致渠道自身水質凈化能力大大降低。各種植物和水生生物由于混凝土渠道的封閉，導致在坡面上無法生長和渠道內無法生存，大大降低了農田生態系統的物種多樣性。混凝土的阻隔造成水循環和地下水補給障礙，可能引起地下水位降低。

2.2 人工排水溝設計存在問題

人工排水溝能夠滿足排水的要求，但往往設計成筆直的溝渠，采用混凝土襯砌護坡，垂直的護坡使兩側岸邊植物無法生存，溝道內水流流速加快，破壞了動植物、富有微生物的生存環境，進而使水體的自凈化能力和自調控能力降低。混凝土襯砌的密實度阻礙了溝道與陸地之間地下水的連通，這種結構功能單一且可持續能力差的人工排水溝給溝道的生態環境平衡和物種多樣性造成了極大的破壞。

2.3 農業面源污染問題突出

近年來，丘陵山區的農業面源污染問題日益突出。農田中化肥和農藥在農作物生長期間用量的把控不當，導致農藥殘留超標和土壤殘存的氮磷化肥超標。在降雨作用下，農田土壤中的可溶性污染物隨著水土流失將氮磷化合物流入河流湖泊，引起水體的富營養化加劇。農業面源污染的因素眾多，包括氣象因素、土壤結構及地形地貌均對污染源的運動擴散有影響，從根源上防止農田溝渠中氮磷物質進入水體，是農業面源污染治理的關鍵技術問題。

3 農田灌排生態工程建設的措施

3.1 生態渠道的設計原則

農田生態渠道在設計時遵循盡可能降低采用混凝土襯砌的原則，確有必要修建混凝土襯砌時，應兼顧生態方面的要求設置生態廊道。采用草皮坡護坡時，保證種草直至草坡長成之前雜草的清除，選用免維護耐淹的兩棲草種，宜喬木灌木草叢結合形成局部立體空間的方式護坡，同時要格外注意引進外來物種時的前期調研工作，避免物種入侵[3]。修建襯砌渠道時，要選用環保材料，營造適合渠道原有水生生物和兩棲動物的自然生存環境，兼顧水利工程經濟效益和生態環境效益，體現人與自然和諧共處的理念。

3.2 生態型排水溝的設計原則

生態型排水溝在設計時，始終強調環境友好型和可持續發展的原則。首先，設計縱向溝道時盡量保持溝道的蜿蜒性，提供更加適宜的生態環境給多樣性的生物，滿足動植物群落復雜性生長環境要求[4]。其次，縱斷面遵循適應性原則，采用淺灘和深潭交替的布置，保留原有水質、水深及水溫流速的差異變化。再次，溝道橫斷面采用多樣化的形式，橫斷面較小的可考慮采用梯形斷面，橫斷面較大的可設計成帶有灘地植被的復式斷面。最后，在陸地和溝道之間要考慮設置由植被組成的緩沖帶，不僅能夠保護當地物種，防止污染物及泥沙進入水體，緩沖帶種植的植被林草還能收獲顯著的經濟效益。

3.3 農田生態攔截溝的設計原則

農田生態攔截溝設計是在農田系統中設置一些溝渠，同時配備多種植物，對土壤中氮磷等物質進行攔截、吸附，防止隨水土流失進入水體，達到凈化水質、減少農業面源污染的一種措施。農田生態攔截溝由生物部分和工程部分兩部分組成。生物部分指的是在溝底及溝道兩側種植植物，工程部分主要有溝道、生態攔截壩及節制閘等。植物種類的選擇以對氮磷營養元素吸收能力強為前提，抗外界干擾能力強，能夠兼顧經濟效益和良好生態景觀的作用。溝道兩側植物主要選用當地自然交替的兩棲植物，若輔助人工種植季節交替外來植物，則應提前做好充足的前期調查工作。溝中可種植馬來眼子菜、金魚藻等沉水植物。在水生植物生長期間，要注意做好植物的管養工作。工程設計中，盡量在溝底和邊坡采用土質設計，在排水溝出口處設立節制閘，采用碎磚、爐渣等建筑廢棄多孔材料建成透水壩。通過水生植物對水流養分的吸收，溝道流速減緩，有利于水流泥沙、顆粒物的有效沉降。生態工程對氮磷有機物質的立體式攔截，能夠有效攔截和清除污水、水體垃圾、泥沙、漂浮物，達到凈化水質、減少農業面源污染的目的。

4 結語

生態渠道中，盡量減少使用混凝土襯砌，改用環保材料護坡。生態型排水溝要考慮溝道縱向的蜿蜒性和淺灘與深潭交替設置。橫向斷面則依實際情況采用梯形小斷面或灘地植被覆蓋的復式斷面，農田生態攔截溝可利用節制閘、多孔性材料組成的透水壩等工程措施。選用護坡兩棲植物及溝底水生植物時，要盡量采用生長旺盛、易于管理的當地植物，同時兼顧經濟效益和生態景觀效益，體現人與自然和諧可持續發展的生態新理念。