北疆灌區高標準農田建設技術方案比選

王 飛

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 項目區概況

項目區位于新疆伊犁州密縣，地形南高北低，東高西低，地面南北向縱坡1/150。東西向縱坡平均海拔高程630 m，東西寬約1.5 km，南北長約5 km，本次高標準農田建設項目區控制面積333.33 hm2。根據土壤普查的資料，北疆灌區的土壤類型主要為灰鈣土。按耕地土壤類型可劃分為：灌耕土、灌溉灰鈣[1]。平原區氣候干旱，熱量豐富，光照充足，四季分明，降水少，蒸發大，無霜期較長，對水稻、小麥、玉米、甜菜、棉花的生長十分有利。灌區平均氣溫7.7 ℃，極端最高氣溫39.8 ℃，極端最低氣溫-43.7 ℃，多年平均降水量195 mm，多年平均蒸發量1640 mm，最大凍土深度98 cm，最多風向是為東風，年平均風速為2.5 m/s，常見大風為西風，最大風速達 28 m/s。灌區內的積溫隨地理分布與年平均氣溫分布一致，項目區所處位置積溫最高，大于等于10 ℃的積溫3900 ℃，有利于農業生產。早期此處為蘆葦灘和草地，地下水位高，土壤表層肥力高，適合多種作物生長。根據相關工程標準，本工程等別為Ⅳ等，工程規模為小(1)型，建筑物級別為5級[2]。

本文通過對項目區農田進行高標準建設，對渠道的斷面形式和襯砌方式及田間灌溉模式進行比選分析，構建適應當地經濟發展的高標準農田模式。

2 工程技術方案比選

2.1 灌溉方法的選擇

考慮北疆灌區經濟發展狀況、地形條件以及農民文化素質等影響因素，灌溉方式采用常規地面灌，低壓管道灌和滴灌做方案比選，如表1所示。

表1 灌水方式比選

常規地面灌。利用輸水渠道將灌溉水輸送到田間，再用漫灌的方式進行灌溉。此方法技術難度低，運行管理方便，后期維護費相對較低，但水量損失較大。

低壓管道灌。利用耐壓較低的管道將低壓力的水從水源地輸送到田間，然后進行地面灌溉的技術。此方法輸水損失少，運行費用低，但對管理人員要求高，容易出現灌水分配不均等現象[3]。

滴灌。是將有一定壓力的灌溉水通過管道和滴頭一滴一滴的滴入植物根部附近土壤的一種灌水方法。此方法省水、省工、省肥、灌溉均勻、有利于保持土壤團粒結構和植物的吸收。但工程安裝比較復雜、滴頭易堵塞、不易維護。

本項目區經濟發展水平較低，人均收入不高，人員素質參差不齊。目前項目區正在打造地區“稻田畫”旅游基地，結合旅游、人文、景觀和項目區實際情況，本次項目區最終采用常規地面灌的灌溉方式。

2.2 渠道結構的選擇

項目區斗、農渠土質為粉質黏土，滲漏量大，抗沖流速低，因此，渠道必須進行防沖及抗凍脹處理。

根據渠道布置、設計流量、建筑材料等直接影響因素，渠道結構采用混凝土板(方案一)、漿砌卵石(方案二)和鍍鋅網片石籠(方案三)三種結構形式作對比分析，如表2所示。

表2 襯砌方案對比分析

(1)輸水效率。混凝土板襯砌糙率為0.017；漿砌卵石襯砌糙率為0.028；鍍鋅網片石籠襯砌糙率為0.035，混凝土板的輸水效率高，漿砌卵石次之，鍍鋅網片石籠較差。

(2)防滲效果。混凝土板防滲效果為滲流量0.06～0.17 m3/m2·d；漿砌卵石防滲效果為滲流量0.09～0.25 m3/m2·d；鍍鋅網片石籠防滲效果為滲流量0.2～0.4 m3/m2·d。混凝土板最好，漿砌卵石次之，鍍鋅網片石籠較差。

(3)結合旅游、人文、景觀。鍍鋅網片石籠最符合項目區打造“稻田畫”旅游基地的理念，漿砌卵石次之，混凝土板砌較差。

(4)施工。混凝土板防滲結構與鍍鋅網片石籠結構施工質量易于保證，漿砌卵石施工質量相對難于保證。

(5)使用年限。混凝土板防滲施工質量易于控制，質量較好，使用年限較長，漿砌卵石與鍍鋅網片石籠使用年限相對較短。

(6)抗凍脹變形能力。混凝土板襯砌結構抗凍脹允許法向位移量為5～10 mm；漿砌卵石襯砌結構抗凍脹允許法向位移量為10～20 mm；鍍鋅網片石籠襯砌結構抗凍脹允許法向位移量為10～30 mm。鍍鋅網片石籠抗凍脹變形能力最好，漿砌卵石次之，混凝土板較差。

(7)造價。通過綜合對比，矩形斷面造價略高于梯形斷面。

綜合上述分析：結合渠道抗凍脹變形能力、工程安全性、造價等因素，最終采用方案三，即鍍鋅網片石籠為本項目區渠道設計方案。

2.3 渠道橫斷面

(1)渠道結構選型

鍍鋅網片石籠渠道斷面形式一般有梯形、矩形兩種。因此本工程在設計時，將梯形斷面和矩形斷面進行對比選擇，主要從以下幾方面對比：

水力條件。梯形斷面的水力條件好，近似水力最佳斷面。

占地。在流量相同的條件下，矩形斷面渠口窄，占地小，節省土地，挖填方量較小；梯形斷面，渠口寬，占地大，挖方量相對較大。

防滲效果。兩種斷面防滲能力均比較差。

流量適應范圍。矩形斷面半徑不宜過大，因而適應流量范圍小，梯形斷面適應流量的范圍較大。梯形斷面優于矩形斷面。

適應凍脹、沉陷變形能力。鍍鋅網片石籠渠道在凍脹性和濕陷性地基上適應地基不均勻變形的能力均比較好。

適應規模變化的能力。鍍鋅網片石籠渠道均可以根據規模的變化二次加高，便于操作，施工方便，適應流量增大的變化。

防凍脹措施。鍍鋅網片石籠渠道抗凍脹能力均較好。

水力要素。鍍鋅網片石籠渠道在水力要素從技術角度均可行。

(2)橫斷面形式的選擇

本項目在設計時，將梯形斷面和矩形斷面進行對比，如表3所示。

表3 方案技術經濟比較

方案一：采用梯形斷面，30 cm鍍鋅網片石籠，邊坡系數1∶1.5，占地大，抗凍脹性能好，施工簡單。

方案二：采用矩形斷面，30 cm鍍鋅網片石籠，占地小，抗凍脹性能好，施工簡單。

通過對上述兩個方案的建筑材料、施工條件、工期、運行管理及相對投資等方面的比較，方案二具有防沖效果好、占地小、工程投資少和施工速度快等優點。因此選用方案二，矩形鍍鋅網片石籠斷面作為推薦方案。

3 經濟效益分析

2019年種植水稻123.53 hm2，冬小麥 18.53 hm2，玉米57.07 hm2，大豆37.40 hm2，甜菜25.93 hm2，油葵30.73 hm2。其中投入成本相關費用主要包括：購置種子、機械、水電、肥料、植保、地膜、人工等，共計334.25萬元，銷售收入784.20萬元，投入產出比為1∶2.35。

4 結 論

本文通過對北疆灌區開展高標準農田建設，從灌溉模式、渠道襯砌和渠道橫斷面進行比選，實施建設后，完善了灌區內基礎輸水設施，改善了灌溉條件，提升了灌溉水平，同時為灌區人民實現脫貧攻堅打下堅實的水利基礎。