嘉興某土地集中連片整治工程之生態設計

邢玉芳，王 凱，陳春紅，荊子菁

(1.中國電建集團 華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江萬維空間信息技術有限公司，浙江 杭州 310052)

為積極響應黨的十九大報告中“堅持農業農村優先發展，實施鄉村振興戰略，按照產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕的總要求，建立健全城鄉融合發展機制和政策體系，加快推進農業農村現代化發展”，嘉興實施了某土地集中連片整治工程，以解決項目區內耕地分布破碎化、非糧化、生態系統退化等問題。項目堅持山水林田湖草生命共同體系統治理思路，以科學規劃為前提，在國土空間規劃的引領下，進行全域規劃、整體設計、綜合治理、多措并舉，統籌實施耕地質量提升、耕地功能恢復、耕地補充、建設用地復墾、農田基礎設施生態化建設、河流生態修復等工程，打造適宜規模化、現代化農業生產的集中連片耕地和永久性基本農田，切實保障糧食安全。本文著重介紹項目區農田水利生態設計和工程措施。

1 項目區現狀

項目區屬浙北水網平原，區內河道水力坡度小，河岸土質邊坡坍塌，河床淤積嚴重，淤積厚度達0.8～1.5 m，過水斷面小，行洪泄洪能力低。區內水源豐富，灌溉方式主要為機埠提水，明渠自流灌溉。排水溝和灌溉渠多采用三面光的混凝土硬化結構，功能單一，阻隔生態系統間相互交會，影響田間生物棲息，造成農田生態環境退化。農田排水多為自排，或抽排至末端承泄區，忽視了農田緩沖帶、末級生態池塘、生態壩等農田排水凈化體系的建設，使農藥、化肥等殘余有害物質直接排入水體，造成面源污染，影響農田生態系統的可持續發展。

2 生態設計和工程措施

2.1 河流生態修復

河流生態修復是利用生態系統原理，采取各種技術方法修復水生態系統里受損傷的生物群體及結構，重建健康的水體，恢復水生態系統的主要功能，使生態系統實現整體協調、自我維持、自我演替的良性循環。目前生物生態修復技術是河流生態修復的重要方法[1]，即恢復河道緩沖帶植被、補充水生生物、修復生態生境等。

2.1.1 河道緩沖帶

河道緩沖帶是河流與陸地的交界區域，如河邊濕地或洪泛區，具有水域與陸地雙重屬性，是水生態系統與陸地生態系統進行物質、能量、信息交換的重要過渡帶和橋梁。河道緩沖帶受地表水及地下水的影響，是一種生態交錯帶，具有明顯的邊緣效應[2]。在河流兩岸各設置一定寬度的緩沖帶是河流生態修復的重要措施。植被恢復是普遍的、重要的河流緩沖帶修復技術。本項目利用河道近岸河床高程較高的特點，在駁岸線外側建寬2～5 m的濱水濕地，既可發揮水生植物的天然凈化作用，又能起到固土的作用，同時可營造水上綠化景觀。在有條件的駁岸處種植多樣化的植物，形成不同層次的植物帶，構建河濱帶植物群落。一方面，利用水生植物如蘆葦、千屈菜、再力花等，攔截隨地表徑流沖刷下來的污染物，防止營養鹽四處擴散，達到凈化水質的目的；另一方面，通過河底及坡面表層泥里的大量微生物、藻類和水生動物凈化水體，增強河道的自凈能力，改善水環境。另外，植物發達的根系還可起到固土、穩定底泥的作用，從而提高河岸穩定性和抗沖刷能力。

2.1.2 生態護岸

生態護岸是濱水生態系統的重要組成部分，是水體與陸地物質、能量、信息交換的重要媒介，具有獨特的土壤、水文、物理、化學特性。在確保河道防洪、排澇、灌溉等功能和岸坡穩定的同時，維持岸坡的生態功能，是河道治理中必須考慮的問題。本項目采用植物、生態磚石等材料，結合工程、生物措施，采用多樣性孔隙結構，進行生態護岸建設，營造出適宜植物、昆蟲、鳥類、魚類等生存的環境，不僅增強了護岸的抗沖刷、抗風浪淘蝕能力，又提高了護岸的安全性、穩定性、景觀性、生態性、自然性和親水性。生態護岸的關鍵是保證護岸的多孔隙性和安全性，本項目駁坎采用了生態砌塊。生態砌塊的孔隙性和防沖刷性良好，為河岸生物創造了適宜的生存空間，同時也保障了地表徑流與地下水間的物質、能量交換。本項目生態護岸斷面示意見圖1。

圖1 生態護岸斷面示意

2.2 生態型田間灌排系統

2.2.1 大田智慧灌溉系統

項目區地處浙北水網平原，土壤肥沃，是長三角水稻主產區。現狀水稻種植具有稻田分布廣泛，人工成本高，耕作耗時，耕作信息采集不全、不及時等特點。針對此特點，設計了基于物聯網技術的大田智慧灌溉系統(見圖2)，即利用農業物聯網技術，采用高精度土壤溫濕度傳感器和智能氣象站，遠程在線采集土壤墑情、酸堿度、養分和氣象等信息，通過墑情(旱情)自動預報、灌溉用水量智能決策、遠程自動控制灌溉設備等系統，獲得作物最佳灌溉時間、灌溉水量及需采取的節水措施等，科學指導農民實時適量灌溉，做到精確灌溉，達到節水目的，極大地提高生產效率和管理效率。

圖2 大田智慧灌溉系統示意圖

項目區采用稻田灌溉系統，其作業設備包括自吸泵房、過濾器、匯聚節點、灌溉管道、控制終端、電磁閥或電動閥、水分感知節點等(見圖3)。其中灌溉管道采用低壓管道灌溉，突破傳統地面明渠灌溉的局限性，使灌溉過程不再受地形、土壤等因素的影響，不僅能較好地控制灌水時間、灌水部位、灌水均勻度、灌水定額等，大幅度地提高灌溉水利用率，又能更好地與現代農業機械化水平相匹配。另外，管道灌溉能加快施工進度，提高工程質量，減少渠道占地面積，后期可減少清淤、維護工作量，降低灌溉成本。

高精度土壤溫濕度傳感器對稻田情況進行實時采集，并將采集的信息上傳智慧云平臺，用戶可通過手機端小程序或PC端大數據平臺實時查看。若出現異常情況會及時預警，用戶可及時采取防范措施，減輕自然災害帶來的損失，如強降雨來臨前，打開稻田蓄水口等。

圖3 稻田灌溉系統示意圖[3]

2.2.2 生態型排水系統

本項目在水網平原灌排基礎上，構建了“廊道-斑塊(生境)”排水系統。排水系統采用了生態設計，增加了溝渠的生態功能和岸坡緩沖帶凈化功能，注重與溝渠連接的坑塘、低洼地生態池塘、人工濕地的建設，同時注重生物多樣性保護，沿縱向溝渠合理布設了動物遷徙通道和生物池。

項目區斗溝、農溝采用梯形斷面，溝邊坡采用預制混凝土板，在溝壁預留孔洞，孔徑15 cm；在夯實溝壁土體的基礎上，貼緊鋪設一層土工布，預留孔洞覆耕植土，穴播狗牙根，邊坡鋪設植草磚，加固岸坡。混凝土底板預留孔洞，孔洞交錯布置，為圓形或方形，孔洞間距宜為7.5 cm，孔徑宜為15 cm，孔洞內回填碎石和耕植土，可適當種植水生植物。溝底部交錯種植挺水植物，如茭白、水芹等，凈化水質。當溝長超過200 m時，每隔200 m設置一處生物橋，生物橋槽深20～30 cm，槽內回填10 cm厚耕植土，并撒播草本植物。

農田尾水通過斗溝、農溝排至凈化塘或斷頭河濱末端。斷頭河濱設置生態透水壩，農田尾水通過水生植物凈化和生態透水壩過濾后，再排至連接河道。斷頭河濱內側根據需要，配置曝氣設備，增加尾水凈化能力。農田尾水凈化系統見圖4。

圖4 農田尾水凈化系統

目前，生態透水壩的應用研究更多的是基于農村面源污染的處理，項目區地處河網密集的平原區，水力坡降小，利用斷頭河濱建造生態透水壩，可在上游形成一個前置庫。在前置庫系統中，生態透水壩控制著水的滲流速度，在上游進行蓄水，使水位上升到一定程度，上游來水停留時間增長，水中污染物可經過物理沉降、自然降解、水生生物吸收、微生物降解后得以清除，有利于凈化水質。除此之外，生態透水壩(見圖5)本身就可以凈化水質，其凈化水質的方式是物理過濾、植物吸收和微生物降解等。

圖5 生態透水壩結構

通過“溝-塘-斷頭河濱”“溝-斷頭河濱”協同凈化模式，構建科學的農田尾水凈化系統，這對控制農業面源污染、改善農田生態環境、推動農業綠色發展具有較大意義。農田尾水經過斗溝、農溝、生態塘、尾水凈化池、岸坡緩沖帶及生態透水壩等梯級凈化系統處理，既改善了水質，極大地降低了農田面源污染，又提升了生態系統的可持續發展能力。

3 結 語

通過生態設計和工程措施的實施，共同打造了“田沃宜耕、水清可濯、徑通可至、林幽可隱、景美可賞、人居可適、民富可留、業優可達、鄉風可詠”的美麗田園。