成都市農(nóng)田灌排生態(tài)工程建設(shè)研究

袁素勤，劉藝平，雷明慧，李詠梅

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 611231； 2.四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

1 生態(tài)工程建設(shè)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(hù)大會上，確立了習(xí)近平生態(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(shè)、加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提供了科學(xué)的思想指引和強(qiáng)大的實(shí)踐動力。1962年，美國學(xué)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(yīng)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(xué)應(yīng)用到工程這一新領(lǐng)域。生態(tài)工程不同于人為地單一保護(hù)局部環(huán)境的傳統(tǒng)環(huán)境保護(hù)工程，它強(qiáng)調(diào)利用自然的力量來恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)以達(dá)到保護(hù)環(huán)境以及周邊衍生產(chǎn)品的目的，抗外部干擾性強(qiáng)，在合理的代價范圍內(nèi)保持較高的可持續(xù)能力，由此產(chǎn)生長遠(yuǎn)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12 121 km2，多年平均降水量991.8 mm，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(nóng)業(yè)用水占比53.1%，居于主導(dǎo)地位[2]。2016年成都市用水量各部分占比如表1所示。

表1 2016年成都市用水量 單位:億m3

成都市農(nóng)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(biāo)0.48。一個良好的灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)較好地支撐糧食供應(yīng)和改善居民居住環(huán)境，調(diào)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(shè)對河流自凈能力產(chǎn)生了一定程度的破壞，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，土壤結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力降低，高效節(jié)水是當(dāng)前亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。

2 農(nóng)田灌排工程中存在的問題

2.1 渠道建設(shè)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(shí)用、美觀、運(yùn)行安全的優(yōu)點(diǎn)，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(nèi)水生生物和兩棲動物的生存環(huán)境，導(dǎo)致渠道自身水質(zhì)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(dǎo)致在坡面上無法生長和渠道內(nèi)無法生存，大大降低了農(nóng)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(bǔ)給障礙，可能引起地下水位降低。

2.2 人工排水溝設(shè)計(jì)存在問題

人工排水溝能夠滿足排水的要求，但往往設(shè)計(jì)成筆直的溝渠，采用混凝土襯砌護(hù)坡，垂直的護(hù)坡使兩側(cè)岸邊植物無法生存，溝道內(nèi)水流流速加快，破壞了動植物、富有微生物的生存環(huán)境，進(jìn)而使水體的自凈化能力和自調(diào)控能力降低?；炷烈r砌的密實(shí)度阻礙了溝道與陸地之間地下水的連通，這種結(jié)構(gòu)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(nóng)業(yè)面源污染問題突出

近年來，丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出。農(nóng)田中化肥和農(nóng)藥在農(nóng)作物生長期間用量的把控不當(dāng)，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留超標(biāo)和土壤殘存的氮磷化肥超標(biāo)。在降雨作用下，農(nóng)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(nóng)業(yè)面源污染的因素眾多，包括氣象因素、土壤結(jié)構(gòu)及地形地貌均對污染源的運(yùn)動擴(kuò)散有影響，從根源上防止農(nóng)田溝渠中氮磷物質(zhì)進(jìn)入水體，是農(nóng)業(yè)面源污染治理的關(guān)鍵技術(shù)問題。

3 農(nóng)田灌排生態(tài)工程建設(shè)的措施

3.1 生態(tài)渠道的設(shè)計(jì)原則

農(nóng)田生態(tài)渠道在設(shè)計(jì)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(yīng)兼顧生態(tài)方面的要求設(shè)置生態(tài)廊道。采用草皮坡護(hù)坡時，保證種草直至草坡長成之前雜草的清除，選用免維護(hù)耐淹的兩棲草種，宜喬木灌木草叢結(jié)合形成局部立體空間的方式護(hù)坡，同時要格外注意引進(jìn)外來物種時的前期調(diào)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(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)原則

生態(tài)型排水溝在設(shè)計(jì)時，始終強(qiáng)調(diào)環(huán)境友好型和可持續(xù)發(fā)展的原則。首先，設(shè)計(jì)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(fù)雜性生長環(huán)境要求[4]。其次，縱斷面遵循適應(yīng)性原則，采用淺灘和深潭交替的布置，保留原有水質(zhì)、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(shè)計(jì)成帶有灘地植被的復(fù)式斷面。最后，在陸地和溝道之間要考慮設(shè)置由植被組成的緩沖帶，不僅能夠保護(hù)當(dāng)?shù)匚锓N，防止污染物及泥沙進(jìn)入水體，緩沖帶種植的植被林草還能收獲顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 農(nóng)田生態(tài)攔截溝的設(shè)計(jì)原則

農(nóng)田生態(tài)攔截溝設(shè)計(jì)是在農(nóng)田系統(tǒng)中設(shè)置一些溝渠，同時配備多種植物，對土壤中氮磷等物質(zhì)進(jìn)行攔截、吸附，防止隨水土流失進(jìn)入水體，達(dá)到凈化水質(zhì)、減少農(nóng)業(yè)面源污染的一種措施。農(nóng)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(cè)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(qiáng)為前提，抗外界干擾能力強(qiáng)，能夠兼顧經(jīng)濟(jì)效益和良好生態(tài)景觀的作用。溝道兩側(cè)植物主要選用當(dāng)?shù)刈匀唤惶娴膬蓷参?，若輔助人工種植季節(jié)交替外來植物，則應(yīng)提前做好充足的前期調(diào)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(shè)計(jì)中，盡量在溝底和邊坡采用土質(zhì)設(shè)計(jì)，在排水溝出口處設(shè)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(jī)物質(zhì)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(dá)到凈化水質(zhì)、減少農(nóng)業(yè)面源污染的目的。

4 結(jié)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(hù)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(shè)置。橫向斷面則依實(shí)際情況采用梯形小斷面或?yàn)┑刂脖桓采w的復(fù)式斷面，農(nóng)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(hù)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(dāng)?shù)刂参铮瑫r兼顧經(jīng)濟(jì)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。