盐碱化地区农田水利生态建设策略与探讨 ——以上海崇明区现代农业园区为例.pdf

价 值 工 程 图1 工 程 总 体 布 局 1展览温室； 2育苗温室； 3连栋薄膜温室； 4单体棚； 5废弃物处理场；6叶菜工厂； 7产品加工场；8露地菜田 labs.com/about,2018-4-18. 4 xeroxpaloaltoresearchcenter.PARC简介 EB/OL.https:/ www.parc.com/about/,2018-4-18. 5微软研究院.研究院简介 EB/OL.https:/www.microsoft. com/en-us/research/,2018-4-18 6 IBM研究院.研究院简介EB/OL.http:/www.research.ibm. com/,2018-4-18. 7三星研究院.研究院简介EB/OL.http:/research.samsung. com/,2018-4-18. 8百度百科.海尔研究院EB/OL.https:/baike.baidu.com/， 2018-4-18. 9格力公司.格力简介EB/OL.http:/gree.com/pczwb/gygl/qyjj/ 20180319/detail-17935.shtml, 2018-4-18. 10 张利华.华为研发M.机械工业出版社,2009 11联想研究院.研究院简介EB/OL.http:/research.lenovo. com/webapp/view/index.html,2018-4-18. 12 百度研究院.研究院简介EB/OL.http:/research.baidu. com/,2018-4-18. 13 阿里研究院.研究院简介EB/OL.http:/www.aliresearch. com/,2018-4-18. 14 腾讯研究院.研究院简介EB/OL.http:/www.tisi.org/, 2018-4-18. 1 工 程 概 况 1.1 工程区自然条件 本工程位于世界级生态岛崇明区东北部，工程占地面 积1620 滧 亩， 属崇明北七 低洼圩区中的二级圩区。为崇明 北部70年代围垦土地， 土壤有机质含量较低，目前农田地 面高程3.2m （上海吴淞，下同）左右，地下水位高；土壤pH 偏高，约为7.48.3 ，盐度在2 左右，灌溉水水质、土壤土 性、 地块地势存在严重先天不足。 1.2工程总体布局与建设目标 1.2.1总体布局 工程以有机、低碳、生态为主线，以科研与示范推广、 旅游观光、科普教育等功能为支撑，以有机农业、生态农 业、 低碳农业、 旅游农业为重点的综合性现代农业园区。依 据资源属性、景观特征性及其现存环境，在考虑保持原有 的自然地形的完整性的基础上，结合未来发展和客观需 要，本工程共分五个主要功能区： 农田水利教育区、有机农 业示范展示区、 有机农业生产区、 生物质循环利用示范区、 农产品包装区。如图1 。 盐 碱 化 地 区 农 田 水 利 生 态 建 设 策 略 与 探 讨 以上海崇明区现代农 业园区为例 StrategyandDiscussiononEcologicalConstructionofFarmlandWater ConservancyinSalinizationArea: ACaseStudyofModernAgricultureParkinShanghaiChongmingDistrict 张 艳ZHANGYan （上海宝川水利设计有限公司， 上海201900 ） （ShanghaiBaoChuanWaterDesignCo.， Ltd.， Shanghai201900 ， China） 摘 要： 本 工 程 是 在 崇 明 生 态 岛 建 设 的 大 背 景 下 ， 在 崇 明 东 北 部 垦 区 盐 碱 化 土 地 上 建 设 以 低 能 耗 、 低 物 耗 、 低 排 放 、 低 污 染 为 特 征 的 有 机 、 低 碳 高 效 现 代 生 态 农 业 示 范 基 地 ， 是 以 有 机 蔬 菜 种 植 为 主 ， 结 合 农 业 科 普 教 育 为 辅, 建 设 目 标 为 国 内 领 先 、 国 际 先 进 的 现 代 生 态 农 业 示 范 园 区 。 Abstract:Thisprojectistobuildanorganic,low-carbonandhigh-efficiencymodernecologicalagriculturemodelfeaturinglowenergy consumption,lowmaterialconsumption,lowemissionandlowpollutiononthesalinizedlandinthenortheasternareaofChongminginthe context of the construction of the ecological island of Chongming Island. The base is based on the cultivation of organic vegetables, supplemented by agricultural science education, and aims to build a modern ecological agricultural demonstration zone with leading domesticandinternationaladvanced. 关 键 词： 农 田 水 利 ； 生 态 ； 低 碳 ； 盐 碱 ； 建 设 Keywords:farmlandwaterconservancy ； ecology ；lowcarbon ； saline ； construction 中 图 分 类 号：S27 文 献 标 识 码：A 文 章 编 号：1006 -43 11 （2 01 8）26- 0088-03 作 者 简 介：张艳（1982 -）， 女， 陕西人，高级工程师， 本科，研究方向 为水利、 水环境治理。 88 ValueEngineering 1.2.2工程研究的内容和目标 在土地资源越来越匮乏的大上海， 尤其是在生态要求 严格控制的崇明岛如何能充分利用土地资源，实现有机生 态农业的高效稳产是本项目设计的重点难点。本工程是以 低碳、高效低能耗理念以有机蔬菜种植为主、现代水利农 业科普示范推广为辅的现代农业示范园为建设目标，工程 研究的主要内容为： 农业生产系统、 农田水利工程系统、低 碳能源系统、灌溉水水生态净化系统、工程管理中心及农 业示范科普教育推广设施等系统的工程布置及设计。本文 研究的重点如何在盐碱化地区进行农田水利的生态建设。 2 主 要 设 计 标 准 除涝排水标准。排涝规划标准： 按二十年一遇24 小 时面雨量202.4 毫米，12 小时排出不受涝。 水质标准。灌溉用水水质目标为III 类。 灌溉标准。低碳农业示范园区内的灌溉设计保证率 为95%。 降渍标准。地下水位控制在60cm以下。 3 园 区 农 田 水 利 排 灌 系 统 园区以种植有机蔬菜为主，对灌溉水源、地块的降渍 滧 要求较高， 且园区排涝标准高于北七 低洼圩区，因此，将 滧 园区单独设圩， 与北七 圩区河网可分可合。为控制外部 滧 水系与内部水系互相渗透， 内部水位与北七 圩区控制水 位基本一致的。 3.1排涝及引换水系统 园区内布置河湖水面积根据种植蔬菜不同季节的最 大灌溉需水量与自然蒸发及降雨量确定，开挖河道、人工 湖，人工湖环园区布置，形成河、湖相串，内部水面率为 12.5% 滧 ，可同时满足园区及七 港低洼地区防洪排涝规划 要求、园区内部雨水收集的调蓄及园区灌溉水需要。河、湖 岸线自然蜿蜒， 环河河口宽11m 27m宽窄不等，为满足排 滧 涝和河、湖换水要求，在西侧与七 港相交处建双向引排 水泵闸1座， 东侧与东随塘河相交处建涵闸1座。汛期暴 滧 雨来临前，园区可打开东侧涵闸，利用北七 圩区动力预 滧 降水位；降雨期间，如北七 圩区水位不能满足园区要求 时，园区可利用西侧泵闸直接排涝，东西两侧口门建筑同 时也作为内部水系的引清调换水建筑。在河道周边布置种 植蔬菜连栋棚、 单体棚以及露地菜区。 内部河、湖水源主要为园区内部的大棚、道路及露天 菜地的雨水收集水体，雨水收集系统布置在连栋棚与人工 湖之间， 河、 湖水源补充系统依托已有的外围灌溉泵站。 3.2灌溉系统 3.2.1灌溉系统布置 根据园区总体规划，区内共有连栋棚大棚4片、露地 菜田2片、经济果林1片，共分4个灌区，每个灌区设1 座泵房，各灌区均采用2台水泵，其中1台为备用水泵。 园区大棚及露天菜地均采用微喷系统进行喷灌。由于项 目所在区外部水源水质PH值高，盐碱化程度高，外部水 源无法适应园区有机蔬菜灌溉水质要求，因此园区的灌 溉水源利用区域内部的收集处理后储蓄在内部河、湖中 雨水进行灌溉。 3.2.2管网总体布置 本工程露天农田采用微喷灌方式， 大棚内采用滴灌方 式。根据园区总体规划，东西两侧连栋棚各设一个灌溉泵 站，泵站均设置在设在环河边上，总干管呈南北向布置，支 管均垂直干管东西向布置。 3.2.3灌水器选择 根据蔬菜需水量和微喷灌特点，初选WP-1103 微喷 头，额定工作压力为200kPa，设计流量取60l/h，喷洒半径 3.03.5m ， 制造偏差系数0.05 ， 单喷头雨强10.8mm/h，喷头 的流态指数x=0.50。 3.2.4毛管和微喷头间距确定 蔬菜密植根浅，根据园区规划、微喷头喷洒直径和菜 畦规格，初步拟定毛管间距Sl=3.5m ，微喷头间距Se= 2.2m 。 3.3园区内部排水系统 3.3.1大棚周边排水沟设计 雨水收集系统， 是在每个大棚的落水侧设置较窄适应 流速较快的传统的钢筋砼预制板A型排水沟，并行的排 水沟之间连通。东西两组大棚之间设置生态过滤型B型 的排水沟，将雨水排入内部中心河道， 河道承担蓄水作用。 B型排水沟能同时起到收集和净化雨水的作用。考虑增加 雨水在B型排水沟的停留时间，A型排水沟坡向远离河岸 的一侧，且从远离河岸的一侧流入B型排水沟，B型排水 沟末端设置生态砾石井。 3.3.2露地菜田排水沟设计 露地菜田田间每50m设一道C型排水沟，沟口宽 1.00m，深1.00m ，底宽0.50m ，采用多孔质生态透水砼结 构，两侧边坡及底部布置水质净化植物，起到过滤水质作 用，过滤后的水体就近流入内部河湖，同样排水口末端设 置生态砾石井。 4 灌 溉 水 源 及 水 处 理 系 统 4.1灌溉水源 大棚雨水及场地内道路雨水经收集后，均经过砾石沟 处理后排入河道， 经河道生态水质净化系统处理后用于农 田灌溉用水。经处理后的水， 回用于灌溉和夏天大棚采用 的喷雾降温。非雨季， 雨水不能满足用水要求时， 从外侧河 道取水补充用水， 引入的水体经过人工湿地净化系统进入 内部河、 湖。 4.2水质净化工艺设计 根据工程总体规划特点， 水质净化工艺可分为预处理 系统、河湖水生态净化系统、水动力改善系统和脱盐处理 4个部分。 园区日常生产用水水源主要来自雨水的收集利用和 外围中心河补水， 大棚和露地菜田雨水收集后经生态滤沟 处理后排入河道， 园区河道和人工湖内通过水生态净化系 统设计对水源进行净化， 通过水动力改善系统增强水体的 水质维持功能，当水体中含氯度及全盐度指标满足要求 时，河道中的水源直接供给灌溉系统，在冬季长江咸潮期 等含氯度及全盐度指标不满足要求时， 在水体进入灌溉系 统前段通过脱盐系统降低水体中的氯化物及全盐度指标， 满足灌溉水质要求。工程工艺流程图见图2 。 4.2.1预处理系统 预处理系统的目的是通过合适的预处理工艺进行拦 截过滤， 去除河道补给水源中的悬浮物和有机碎屑。工程 89 价 值 工 程 河道主水源为园区大棚、 道路和露地菜田收集雨水。资料 表明，大棚收集雨水除悬浮物含量较高外，水质相对较好， 因此，考虑将排水沟设计成生态沟渠对入河雨水进行拦截 过滤，去除水体的悬浮物含量，在排水沟入河前通过沉淀 井进一步沉淀水体中的悬浮物， 同时利用管道将收集的雨 水排至河道常水位以下。露地菜田和道路收集的则通过收 集系统直接将雨水收集后经生态砾石井处理后排至河道 常水位以下。 4.2.2河湖水生态净化系统 河湖水生态净化系统主要目的是对园区内的河湖水 体进行强化净化， 降低由于补给水源和大气干湿沉降带来 的外源污染，并通过生态系统的净化特点维护河湖水质， 提高水体透明度， 抑制水体富营养化。 根据工程布置， 主要考虑在人工湖四周设置湖滨湿地 缓冲带、湖泊浅水区种植沉水植物强化净化区、河道近岸 水位变动区设置挺水植物净化带、 河道浅水区设置不同类 型的沉水植物群落对园区河湖内储存的水源进行水质净 化和透明度改善。 4.2.3水动力改善系统 水体水动力改善系统主要目的是改善水体水动力条 件。工程主要通过设置在河道和湖泊内的水流微循环动力 设施的推动，使得工程区域内的河道与湖泊之间的水体形 成有序流动，改善水体的水动力条件，提高生态系统的净 化能力， 同时， 在人工湖内设置曝气增氧装置，改善水体理 化指标。 4.2.4脱盐系统 脱盐系统主要是保障灌溉水质，局部时段当湖区原水 氯化物及全盐度指标不能满足灌溉水质设定要求时， 通过 脱盐系统，降低灌溉原水中氯化物及全盐度，同时还可以 降低水体中的悬浮物，为园区提供优质的灌溉水。 4.2.5工程运行维护 工程的运行维护主要是对人工创造的水系环境内 栽培的水生植物和放养的水生动物进行科学的栽培管 理，以达到净化功能高、成本低、提高其成活率和观赏价 值等。 5 效 益 分 析 5.1经济效益 农田水利设施的修建、 田间设施的改造、外 围河道的整治， 都能带来较大的经济效益，主要 可归纳为以下几个方面： 增强防洪除涝能力， 减小灾害损失，间接 带来经济效益； 改善农田灌溉条件、 改善灌溉水质，从而 提高作物生产条件， 有助于提高作物产量、减小 病虫害，带来一定的经济效益； 提高土地利用率、 增加种植面积、增加蔬 菜产量、保障市场供应，带来经济效益； 提高农场自动化程度， 减小人力代价，提 高生产效率。 5.2社会效益 农业是其他产业的基础与保障， 发展农业， 保障城区蔬菜及粮食供给， 稳定物价。同时，还 关乎“三农” 、 关乎民生， 有着极为重要的社会意义。农业的 发展也能推倒其他相关产业的发展， 外围河道的整治能够 改善区域环境。 5.3生态效益 无论是农场内的排灌设施改造，还是外围河道的整 治，都能起到减小水土流失、改善水质、改善农田生态循 环，从而改善生态环境， 带来一定的生态效益。 5.4示范效益 崇明现代高效农业示范园区的建设秉承高效、低碳的 现代农业理念， 通过发展微喷的节水灌溉技术、有机肥料、 生物除虫技术及对风能等新能源利用， 设计体现了低碳农 业的理念，响应了上海市对建设现代农业的要求，具有现 代农业示范作用。 6 结 语 近年上海地区人口逐年增加，蔬菜供应的缺口越来越 大，随着人们生活的提高，人们对优质有机蔬菜的需求也 日益增长，有机蔬菜的市场需求缺口也日益增大，如何在 有限的土地资源上特别是在盐碱化地区实现有机蔬菜的 高产稳产，是我们探索研究的课题，本工程位于世界级生 态岛崇明区，是本市一个示范性低碳农业示范园区，通过 探索雨水收集、生态净化处理系统，实现园区有机蔬菜灌 溉水源及水质保障，通过布置生态排水沟渠，为园区生态、 低碳种植提供保证，与崇明区生态总体规划协调统一，通 过园区内部及周边的配套水利工程建设，提高整个地区的 防汛排涝能力和区域内水生态环境， 改善了园区外部水利 条件， 确保了地块内蔬菜的高产、稳产，作为现代农田水利 的示范性工程， 对现代农田水利科普理念起到推广、宣传、 教育引导效应。 参 考 文 献： 1崔锡春.水利工程对生态环境的影响及生态水利工程J.科 技与企业，2014. 2余晶涛.浅谈水利工程中的生态影响及生态水利工程的建 设J.科技创新与应用，2012. 图2 水 质 净 化 工 艺 流 程 图 90