諾木洪農(nóng)場(chǎng)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田整理項(xiàng)目建設(shè)條件分析

權(quán)朝斌 史生梅

摘要該研究基于高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田整理規(guī)劃方案，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，較詳細(xì)介紹了諾木洪農(nóng)場(chǎng)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田整理項(xiàng)目建設(shè)條件分析技術(shù)要點(diǎn)，為類似地區(qū)土地整理項(xiàng)目規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞諾木洪農(nóng)場(chǎng)；高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田；建設(shè)條件分析；土地平整計(jì)算

中圖分類號(hào)S27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）31-212-07

青海諾木洪農(nóng)場(chǎng)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田整理項(xiàng)目是青海省投資重點(diǎn)項(xiàng)目，通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行綜合整治，增加耕地面積，提高耕地質(zhì)量，在搞好土地開發(fā)整理的同時(shí)完成水利、交通等配套措施建設(shè)，逐步使場(chǎng)部基本農(nóng)田全部實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的目標(biāo)，改善農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，促進(jìn)該地區(qū)特色農(nóng)業(yè)（枸杞種植）經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。文章通過對(duì)研究區(qū)土地利用研究、評(píng)價(jià)，分析研究區(qū)水土資源平衡，計(jì)算土地平整土方量，為研究區(qū)的土地整理工程建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1研究區(qū)基本情況

1.1自然條件研究區(qū)地處諾木洪河沖洪積扇前緣的平原帶上，地勢(shì)南高北低，自然坡降平均在1/100左右。地表植被不發(fā)育，僅零星分布沙柳包，呈現(xiàn)荒漠戈壁的地貌。

1.1.1氣候。整個(gè)研究區(qū)屬典型的高原溫帶干旱氣候，具寒長(zhǎng)暑短、日溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、干旱少雨、風(fēng)沙大、蒸發(fā)量大等特點(diǎn)。據(jù)諾木洪氣象站資料（1971～2010年）表明，研究區(qū)多年平均氣溫4.9 ℃，極端最高氣溫35.4 ℃，極端最低氣溫-27.6 ℃，多年平均降水量44.3 mm，蒸發(fā)量2 239.4 mm，相對(duì)濕度35%。降水量多集中在6～8月份，占全年降水量的72%，且降水量隨地勢(shì)增高而增大，蒸發(fā)量隨地形增高而減少，具明顯的垂直分帶性。平均風(fēng)速3.2 m/s，最大風(fēng)速31 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向西風(fēng)。

1.1.2土壤。根據(jù)青海省農(nóng)林科學(xué)院測(cè)試中心分析（土壤養(yǎng)分分析結(jié)果報(bào)告單），研究區(qū)耕地土壤類型主要為灰棕色荒漠土類型，成土母質(zhì)多為粗骨性礫石和砂，土壤質(zhì)地為較粗的砂礫土及砂壤土。耕地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為0.687 g/kg，全氮平均含量為0.050 g/kg，速效磷平均含量為6.150 mg/kg，速效鉀平均含量為254.400 mg/kg，pH平均為8.84。對(duì)比《土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量級(jí)別為低，全氮含量級(jí)別為低，速效磷含量級(jí)別為中下，速效鉀含量級(jí)別為極高?？傮w評(píng)價(jià)研究區(qū)土壤肥力較低，透水性較強(qiáng)[1]。

1.2土地利用狀況

1.2.1土地利用結(jié)構(gòu)。參照研究區(qū)1∶2 000的實(shí)測(cè)地形圖和研究區(qū)水源可控制耕地面積，現(xiàn)場(chǎng)核定可開發(fā)整理的地類確定了此次設(shè)計(jì)的研究區(qū)邊界。對(duì)照《第二次全國土地利用調(diào)查土地分類》體系統(tǒng)計(jì)得出研究區(qū)邊界以內(nèi)的總面積為881.10 hm2，區(qū)內(nèi)耕地在現(xiàn)狀庫內(nèi)均為基本農(nóng)田。研究區(qū)內(nèi)土地利用情況見表1[2]。

1.2.2土地利用程度。土地利用程度主要由土地墾殖率、土地利用率、耕地復(fù)種指數(shù)體現(xiàn)。

（1）土地墾殖率，即耕地面積與研究區(qū)土地總面積之比，反映土地整理程度和種植業(yè)發(fā)展程度。

土地墾殖率=（耕地面積/研究區(qū)土地總面積）×100%=（576.98/881.10）×100%=65.48%

（2）土地利用率，即已利用的土地面積與研究區(qū)土地總面積之比，反映土地利用程度。

土地利用率=（已利用土地面積/研究區(qū)土地總面積）×100%=（788.32/881.10）×100%=89.47%

（3）耕地復(fù)種指數(shù)，即研究區(qū)全年農(nóng)作物總播種面積與研究區(qū)耕地面積之比，反映耕地的利用效率和程度，研究區(qū)耕地復(fù)種指數(shù)為100%[3]。

1.2.3耕地質(zhì)量現(xiàn)狀。研究區(qū)耕地土壤類型主要為荒漠土，成土母質(zhì)多為粗骨性礫石和砂，所以土壤質(zhì)地為較粗的砂礫土及砂壤土[4]。根據(jù)青海省農(nóng)林科學(xué)院測(cè)試中心分析（土壤養(yǎng)分分析結(jié)果報(bào)告單），總體評(píng)價(jià)研究區(qū)土壤肥力較低，透水性較強(qiáng)。

1.2.4土地利用經(jīng)濟(jì)效果。根據(jù)對(duì)研究區(qū)內(nèi)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、作物產(chǎn)量、作物耕地成品及農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格的調(diào)查，統(tǒng)計(jì)出研究區(qū)土地投入產(chǎn)出狀況，研究區(qū)土地生產(chǎn)率見表2。

2研究區(qū)項(xiàng)目建設(shè)條件分析

2.1水土資源分析

2.1.1供水量分析。

（1）灌溉水源。諾木洪農(nóng)場(chǎng)總的灌溉水源分為兩部分，分別為地表水（諾木洪河）和地下水（38眼機(jī)井）。此次設(shè)計(jì)研究區(qū)內(nèi)灌溉水源全部為地表水（諾木洪河）。

（2）灌溉方式分析。研究區(qū)現(xiàn)有耕地的灌溉方式為渠道灌溉，研究區(qū)規(guī)劃后充分利用原有骨干渠系和現(xiàn)有支渠進(jìn)行砼防滲襯砌，推廣小畦灌溉的田間節(jié)水灌水技術(shù)[5]。

（3）可供水量。研究區(qū)引用水源為地表水諾木洪河河水，流域面積為3 728 m2，溝道平均比降1.19%，多年平均徑流量4.66 m3/s。諾木洪河洪水大部分發(fā)生在7～9月，河道多年平均輸沙量133萬t。由相關(guān)的水文分析資料可知，諾木洪河引水口設(shè)計(jì)保證率為75%時(shí)各月的來水流量見表3[6]。

2.1.2灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)國家《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5028899）中的規(guī)定[7]，考慮研究區(qū)水文氣象、水土資源、作物組成、灌溉方式等因素，確定研究區(qū)渠灌的灌溉保證率為75%。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2015年

2.1.3需水量分析。

（1）研究區(qū)灌溉面積確定。諾木洪灌區(qū)總灌溉面積由現(xiàn)狀耕地和林地組成。其中諾木洪農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)狀耕地總灌溉面積為5 846.66 hm2（自流灌溉4 993.33 hm2，機(jī)井灌溉853.33 hm2），林地灌溉面積為400 hm2，此次新增20 hm2，合計(jì)諾木洪灌區(qū)總灌溉面積6 266.66 hm2。研究區(qū)內(nèi)的耕地全部為自流灌溉（包括新增的20 hm2耕地），故此次設(shè)計(jì)按全灌區(qū)除853.33 hm2機(jī)井灌溉后的自流灌溉面積（5 413.33 hm2）進(jìn)行水量平衡分析。

（2）作物種植比例。近年諾木洪農(nóng)場(chǎng)種植結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整，由原大田作物（小麥）向枸杞轉(zhuǎn)型，規(guī)劃打造枸杞產(chǎn)業(yè)基地，現(xiàn)狀枸杞種植面積達(dá)到4 573.33 hm2。研究區(qū)規(guī)劃后仍以種植大田作物（小麥、青稞、馬鈴薯等）為主，各作物種植比例見表4。

（3）研究區(qū)灌溉制度及灌溉水利用系數(shù)的確定。根據(jù)青海省政府2009年頒布的《青海省用水定額》中青海湖地區(qū)農(nóng)田灌溉定額的規(guī)定、當(dāng)?shù)氐墓喔仍囼?yàn)及研究區(qū)以往灌水經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5028899）來擬定作物灌溉制度。

研究區(qū)規(guī)劃后為自流灌溉，分為支渠、斗渠、農(nóng)渠三級(jí)渠道，均為預(yù)制砼渠道。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和有關(guān)資料等各方面因素來確定渠系水利用系數(shù)。取渠系水利用系數(shù)為0.68，田間水利用系數(shù)為0.85，灌溉水利用系數(shù)統(tǒng)一為0.58。經(jīng)調(diào)查研究區(qū)灌溉水習(xí)慣，每天灌水時(shí)間均為24 h，以此制定灌溉制度（表4）[8]。

在灌溉制度設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算，確定凈灌水率為183.33 m3/（s·hm2），研究區(qū)作物灌水率見表5。

諾木洪灌區(qū)現(xiàn)狀枸杞種植面積達(dá)到4 573.33 hm2，根據(jù)灌區(qū)實(shí)際情況擬定枸杞及新疆楊（其他林地）的灌溉制度如表6。

（4）需水量計(jì)算。根據(jù)當(dāng)?shù)馗浇r(nóng)田實(shí)際種植習(xí)慣，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況以及所計(jì)算出的綜合灌溉定額可求得研究區(qū)年灌溉需水量。凈灌溉需水量可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

W凈=A×M凈

式中，W凈為研究區(qū)年凈灌溉用水量（萬m3）；A為研究區(qū)耕地總面積（hm2）；M凈為研究區(qū)作物凈灌溉定額（m3/hm2）。

研究區(qū)年毛灌溉用水量為：

W毛= M凈/η灌

式中，W毛為研究區(qū)年毛灌溉用水量（萬m3）；M凈為研究區(qū)作物凈灌溉定額（m3/hm2）；η灌為研究區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)[9]。

由表7、8可知，諾木洪灌區(qū)自流灌溉（灌溉面積5 413.33 hm2）總需水量為3 432.45萬m3，其中該研究區(qū)灌溉需水量為600.39萬m3，研究區(qū)外灌溉需水量為2 832.06萬m3。

2.1.4水土資源供需平衡分析。諾木洪灌區(qū)引水量按引水

干渠（南干渠）實(shí)際引水流量3.20 m3/s計(jì)算，根據(jù)對(duì)諾木洪灌區(qū)的需水量分析，對(duì)灌區(qū)各月供水量及需水量進(jìn)行供需平衡分析，具體見表9。

通過分析，諾木洪灌區(qū)總自流灌溉面積5 413.33 hm2（包括此次新增的20 hm2），作物生長(zhǎng)期最大需水量為8月份，需水量為666.34萬m3，干渠引水量為829.44萬m3，余水量為190.75萬m3，水量完全滿足作物灌溉要求。

通過上述分析，諾木洪灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)由大田作物向枸杞轉(zhuǎn)型后，通過加強(qiáng)節(jié)水灌溉，提高灌溉水利用系數(shù)等措施，引用地表水就能完全滿足整個(gè)灌區(qū)作物灌溉要求。

2.2新增耕地來源分析研究區(qū)新增耕地來源主要為其他草地、設(shè)施農(nóng)用地等，大部分為成片區(qū)域，可新增耕地22.89 hm2，其中其他草地面積為24.03 hm2，設(shè)施農(nóng)用地9.98 hm2，

規(guī)劃后基礎(chǔ)設(shè)施將占地11.12 hm2。

據(jù)勘察，新增耕地的土壤肥力低下，但通過農(nóng)業(yè)綜合治理成為可耕種土地是完全有可能的。

2.3整理后土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行綜合整治，可增加耕地面積，提高耕地質(zhì)量。在搞好土地開發(fā)整理的同時(shí)完成水利、交通等配套措施建設(shè)，為研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的實(shí)現(xiàn)奠定工程基礎(chǔ)[10]。

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀和適宜性分析結(jié)果進(jìn)行土地利用布局，最終確定項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為670.57 hm2，原有耕地576.98 hm2，整理后耕地為599.87 hm2，新增耕地面積為22.89 hm2。耕地占建設(shè)規(guī)模的比例由整理前的86.04%增加到89.45%，新增耕地率為3.41%。整理前農(nóng)村道路為42.35 hm2，整理后農(nóng)村道路增加為45.84 hm2；整理前其他草地為27.41 hm2，整理后其他草地為10.83 hm2；整理前溝渠占地19.36 hm2，整理后溝渠占地22.05 hm2。研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整見表10。

2.4土地平整工程土方計(jì)算分析土地整理項(xiàng)目投資中，土地平整往往會(huì)占較大比重，所以計(jì)算分析平整土方量，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)至關(guān)重要。根據(jù)研究區(qū)的作物種植結(jié)構(gòu)、水資源狀況、灌溉方式對(duì)土地平整度的要求，確定研究區(qū)進(jìn)行土地整理的范圍為新增耕地區(qū)域[11]。研究區(qū)地形較平緩，故該項(xiàng)目通過基于方格網(wǎng)法的HTCAD軟件計(jì)算平原區(qū)田塊平整土方量。計(jì)算的原則為在挖填平衡的前提下，保證挖填土方量最小。

2.4.1計(jì)算方法。

（1）平均高程。把需要平整的田塊劃分為若干個(gè)方格網(wǎng)，用插值法確定方格頂點(diǎn)高程，根據(jù)各方格頂點(diǎn)的實(shí)際高程，用下式計(jì)算田塊的平均高程：

h=1n（h角4+h邊2+h中）

式中，h為田塊的平均高程（m）；n為田塊中方格總數(shù)；h角為田塊中各角點(diǎn)的高程（m）；h邊為田塊中各邊點(diǎn)的高程（m）；h中為田塊中各中點(diǎn)的高程（m）。

（2）設(shè)計(jì)高程及方格挖填深。田塊內(nèi)任意一點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程采用下式計(jì)算：

Hi=c+xiix+yiiy

式中，Hi為方格各點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程；c為控制點(diǎn)（原點(diǎn)）的高程；xi，yi為方格上各角點(diǎn)到原點(diǎn)的坐標(biāo)；ix，iy分別為田塊在x，y方向的設(shè)計(jì)坡度。

則任意一點(diǎn)的施工高度hi為：

hi=Hi-H'i

式中，hi為方格角點(diǎn)的挖填深度，“+”為填方高度，“-”為挖方深度；H'i為方格角點(diǎn)的自然地面高程。

（3）計(jì)算挖填方。正方形全部為挖方（或填方）時(shí)，其體積為：

V=a24（h1+h2+h3+h4）

式中，h1、h2、h3、h4為正方形各角點(diǎn)的填挖高度（m），均用絕對(duì)值代入；a為方格邊長(zhǎng)（m）。

當(dāng)正方形部分為挖方和部分為填方時(shí)，其體積為：

V挖（填）=a24·[h挖（填）]2h

式中，h挖（填）為正方形挖方（或填方）的施工高度總和（m），均用絕對(duì)值相加；h為正方形的四個(gè)角點(diǎn)的施工高度絕對(duì)值的總和（m）。

（4）計(jì)算零點(diǎn)位置。在每相鄰的填方點(diǎn)和挖方點(diǎn)之間總存在一個(gè)零點(diǎn)，零點(diǎn)的確定方法如圖1所示。

Xw=ahwht+hw；Xt=ahtht+hw

式中，Xw為零點(diǎn)距挖方角頂?shù)木嚯x；Xt為零點(diǎn)距填方角頂?shù)木嚯x；ht為填方高度；hw為挖方深度。

（5）最小二乘法求控制點(diǎn)高程與位置。把施工高度平方之后再相加，則其總和能反映出土方工程挖填方絕對(duì)值之和的大小，進(jìn)而反映挖填方工程量的大小。

在方格網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)算過程中，由于各個(gè)方格點(diǎn)的位置不同，參加運(yùn)算的次數(shù)也不一樣，因此引入一個(gè)權(quán)函數(shù)來解決這一實(shí)際問題。在方格網(wǎng)上，對(duì)于僅1個(gè)方格用的角點(diǎn)令權(quán)函數(shù)P=0.25；對(duì)于2個(gè)方格用的邊點(diǎn)P=0.50；對(duì)于3個(gè)方格的凹角點(diǎn)P=0.75；對(duì)于4個(gè)方格的中間點(diǎn)P=1.00，用Pi表示。σ為土方施工高度之平方和，則：

σ=ni=1Pih2i

代入施工高度hi后可得：

σ=ni=1Pi（c+xiix+yiiy-H'i）2

當(dāng)σ的值最小時(shí)，該設(shè)計(jì)平面既能使土方工程量最小，又能保證挖填方量相等（挖填方不平衡時(shí)，上式所得數(shù)值不可能最?。?。這就是用最小二乘法求設(shè)計(jì)平面的方法。

為求得σ最小時(shí)的設(shè)計(jì)平面參數(shù)c、ix、iy，對(duì)上式的c、ix、iy分別求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0，于是：

θσθc=ni=1Pi（c+xiix+yiiy-zi）=0

θσθix=ni=1Pixi（c+xiix+yiiy-zi）=0

θσθiy=ni=1Piyi（c+xiix+yiiy-zi）=0

經(jīng)過整理，可得下列準(zhǔn)則方程（下式中[]表示 ni=1）：

[p]·c+[Px]·ix+[Py]·iy-[Pz]=0

[Px]·c+[Px2]·ix+[Pxy]·iy-[Pxz]=0

[Py]·c+[Pxy]·ix+[Py2]·iy-[Pxy]=0

解此三元一次聯(lián)立方程組，可求得最佳設(shè)計(jì)平面的3個(gè)參數(shù)c、ix、iy，從而計(jì)算出方格各個(gè)角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。

保持ix為定值

[P]·c+[Py]·iy=[Pz]-[Px]·ix

[Py]·c+[Py2]·iy=[Pyz]-[Pxy]·ix

保持iy為定值

[P]·c+[Px]·iy=[Pz]-[Py]·iy

[Px]·c+[Px2]·ix=[Pxz]-[Pxy]·iy

2.4.2計(jì)算程序。

（1）分方格網(wǎng)。根據(jù)自地形圖上采集的自然高程點(diǎn)，用插值法計(jì)算出方格網(wǎng)上各角點(diǎn)的自然高程。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)高。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)平面，以使土方量最小。挖填平衡，設(shè)計(jì)成一個(gè)平面，計(jì)算耕作田塊各方格中心點(diǎn)的高程與坐標(biāo)，并將各角點(diǎn)挖填深度結(jié)果標(biāo)識(shí)出來。

（3）土方零線的繪制。在相鄰角點(diǎn)一挖一填的方格邊線上，按公式求得零點(diǎn)位置，連接零點(diǎn)即為零線，標(biāo)識(shí)于圖上。

（4）方格土方量計(jì)算。根據(jù)角點(diǎn)的挖填深以及零線的位置計(jì)算出各方格的土方，標(biāo)識(shí)于方格內(nèi)，“+”為填方，“-”為挖方。

（5）土方量匯總。將各方格的挖、填土方量分別按行進(jìn)行匯總，計(jì)算出總的挖填土方量，由計(jì)算結(jié)果可知，挖填基本平衡（表11）。

平整土方：研究區(qū)挖方量為2.31萬m3，填方量為2.28萬m3，挖方全部用于回填；夯實(shí)田埂613.96 m3，平整區(qū)內(nèi)單位面積平整土方量2 255.4 m3/hm2。

研究區(qū)總體土地平整土方量較小，可按現(xiàn)狀適當(dāng)加大農(nóng)田水利設(shè)施投資。

2.5耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)研究區(qū)耕地土壤類型主要為荒漠土類型，成土母質(zhì)多為粗骨性礫石和砂，所以土壤質(zhì)地為較粗的砂礫土及砂壤土。

研究區(qū)土壤耕作性能一般較好，地勢(shì)開闊，光熱資源能滿足作物的生長(zhǎng)需要。然而，研究區(qū)耕作和灌溉管理粗放，水資源不足，灌溉設(shè)施老化，破損嚴(yán)重，道路規(guī)劃布置不合理，路況較差，現(xiàn)有的農(nóng)田防護(hù)林較少，不能達(dá)到有效防風(fēng)減災(zāi)的效果，導(dǎo)致研究區(qū)現(xiàn)狀耕地質(zhì)量狀況較差。整理前耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)見表12[11]。

項(xiàng)目通過綜合治理后，使其他草地及沙地得到有效徹底的改造治理，灌排水利設(shè)施配套完善，生產(chǎn)條件和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境得到改善，使研究區(qū)耕地變成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)田。研究區(qū)土壤肥力中等，項(xiàng)目實(shí)施后，通過灌排設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)底層土壤氧化，培肥了地力。整理后耕地評(píng)價(jià)分級(jí)見表12[12]。

從評(píng)價(jià)結(jié)果看，研究區(qū)整理前耕地為二等耕地，整理后提高到一等耕地，土地質(zhì)量得到提高。項(xiàng)目實(shí)施后，要提倡多施用農(nóng)家肥，以便培肥土壤，從根本上提高土地的生產(chǎn)能力；且要深耕土壤，因深耕能增加作物根系活動(dòng)范圍，增加土壤保蓄水分、養(yǎng)分的能力，減輕植物病害和雜草危害。深翻土地時(shí)建議采用機(jī)械和人工相結(jié)合的方式進(jìn)行，深度要求達(dá)到25～35 cm，以打破犁底層，增加土壤水分含量。

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