農田灌排生態(tài)工程建設研究

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摘要:成都市現(xiàn)有的灌排工程不足以支撐節(jié)水灌溉和生態(tài)文明建設，存在混凝土襯砌渠道硬質化、人工排水溝破壞生物生存環(huán)境、農業(yè)面源污染嚴重等問題。提出了生態(tài)渠道、生態(tài)型排水溝、農田生態(tài)攔截溝的設計原則，以期提升農田灌排生態(tài)工程建設水平。

關鍵詞:成都市;農田灌排;生態(tài)工程

1生態(tài)工程建設的提出與發(fā)展

2018年5月18日在北京召開的全國生態(tài)環(huán)境保護大會上，確立了生態(tài)文明思想，提出“生態(tài)興則文明興、生態(tài)衰則文明衰的深邃歷史觀”，為推動生態(tài)文明建設、加強生態(tài)環(huán)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(tài)工程是“為了控制生態(tài)系統(tǒng)，人類應用來自自然的能源作為輔助能對環(huán)境的控制”［1］，把生態(tài)學應用到工程這一新領域。生態(tài)工程不同于人為地單一保護局部環(huán)境的傳統(tǒng)環(huán)境保護工程，它強調利用自然的力量來恢復生態(tài)系統(tǒng)以達到保護環(huán)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(xù)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12121km2，多年平均降水量991.8mm，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(yè)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。成都市農業(yè)用水量如此之大，都江堰灌區(qū)灌溉水利用率超過四川省水利發(fā)展十三五規(guī)劃規(guī)定的四川省灌溉水利用率約束目標0.48。一個良好的灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)應較好地支撐糧食供應和改善居民居住環(huán)境，調節(jié)氣候，維持生物物種多樣性，同時帶來一定的旅游效益?，F(xiàn)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(yè)面源污染嚴重，土壤結構變化，導致農業(yè)生產力降低，高效節(jié)水是當前亟待解決的現(xiàn)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(tǒng)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(yōu)點，但傳統(tǒng)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(huán)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(tài)系統(tǒng)的物種多樣性?；炷恋淖韪粼斐伤h(huán)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(huán)境，進而使水體的自凈化能力和自調控能力降低?；炷烈r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(xù)能力差的人工排水溝給溝道的生態(tài)環(huán)境平衡和物種多樣性造成了極大的破壞。2.3農業(yè)面源污染問題突出。近年來，丘陵山區(qū)的農業(yè)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(yǎng)化加劇。農業(yè)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(yè)面源污染治理的關鍵技術問題。

3農田灌排生態(tài)工程建設的措施

3.1生態(tài)渠道的設計原則。農田生態(tài)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(tài)方面的要求設置生態(tài)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(huán)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(huán)境，兼顧水利工程經濟效益和生態(tài)環(huán)境效益，體現(xiàn)人與自然和諧共處的理念。3.2生態(tài)型排水溝的設計原則。生態(tài)型排水溝在設計時，始終強調環(huán)境友好型和可持續(xù)發(fā)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(tài)環(huán)境給多樣性的生物，滿足動植物群落復雜性生長環(huán)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?shù)匚锓N，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(tài)攔截溝的設計原則。農田生態(tài)攔截溝設計是在農田系統(tǒng)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(yè)面源污染的一種措施。農田生態(tài)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(tài)攔截壩及節(jié)制閘等。植物種類的選擇以對氮磷營養(yǎng)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(tài)景觀的作用。溝道兩側植物主要選用當?shù)刈匀唤惶娴膬蓷参铮糨o助人工種植季節(jié)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(yǎng)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(jié)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(yǎng)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(tài)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(yè)面源污染的目的。

4結語

生態(tài)渠道中，盡量減少使用混凝土襯砌，改用環(huán)保材料護坡。生態(tài)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(tài)攔截溝可利用節(jié)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?shù)刂参?，同時兼顧經濟效益和生態(tài)景觀效益，體現(xiàn)人與自然和諧可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)新理念。

參考文獻:

［1］段紅東.生態(tài)水利工程概念研究與典型工程案例分析［J］．水利經濟，2019，37(04):1－4.

［2］1997－2016年四川省水資源公報［EB/OL］．四川省水利廳網站

［3］陳科巨，蔡其成，王興華.水田灌區(qū)混凝土渠道生態(tài)改造技術探究［J］．水利建設，2018，(10):285－286.

［4］姜波.生態(tài)型農田排水溝設計［J］．水利科技與經濟，2014，20(06):101－103.

作者:袁素勤 劉藝平 雷明慧 李詠梅 單位:四川水利職業(yè)技術學院