克拉瑪依農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)排水工程總體布置方案探討

王淑虹

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆石河子，832000)

1 農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)概況及地位

克拉瑪依農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)”)位于克拉瑪依市東南部9km處，地理坐標(biāo)東經(jīng)84°49′26″～85°21′39″，北緯45°21′33″～45°40′17″，總面積554.9km2。西北抵準(zhǔn)噶爾盆地西部界山加依爾山前山腳，南依天山北麓，東臨古爾班通古特沙漠，屬于典型的中緯度內(nèi)陸盆地干旱和多風(fēng)沙生態(tài)環(huán)境，原始地貌大部分呈戈壁荒漠景觀，自然生態(tài)條件比較惡劣。整個(gè)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)呈條帶狀分布，東西最寬13.7km，南北最長(zhǎng)42km。農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)海拔高程在268m～280m之間，整體地勢(shì)由西南向東北緩慢傾斜。屬于典型大陸性干旱荒漠氣候，多年平均氣溫8.1℃，多年平均降水量105.3mm，平均蒸發(fā)量1746.2mm。克拉瑪依多年平均風(fēng)速3.7m/s，風(fēng)向多為NW，多年平均年最大風(fēng)速為28.4m/s。災(zāi)害天氣主要有大風(fēng)、干熱風(fēng)、干旱、凍害、霜凍、冰雹等。

農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)自建成到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行20余年，昔日的戈壁荒原變成了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的人工綠洲，對(duì)涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)溫度和防風(fēng)固沙起到了重要作用，并在一定程度上遏制了土地沙化，在克拉瑪依市與古爾班通古特沙漠之間建立了一道綠色屏障。目前，已建成擁有現(xiàn)代化管理水平的、新型的，集社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)，已發(fā)展成為“國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)克拉瑪依項(xiàng)目區(qū)”、“克拉瑪依現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)”，集農(nóng)林牧、農(nóng)工貿(mào)、產(chǎn)銷一體的生態(tài)節(jié)水型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)初步形成。農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)的建設(shè)，對(duì)克拉瑪依市社會(huì)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展起到了積極作用。

2 存在主要問(wèn)題

農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)過(guò)逐年實(shí)施，現(xiàn)在基本上已達(dá)到規(guī)劃面積，伴隨土地資源開發(fā)的深入，農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展。農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)自建設(shè)以來(lái)，一直是有灌溉無(wú)排水地運(yùn)行，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一些潛在的因素使該區(qū)又面臨著一系列的問(wèn)題，地下水位抬升、土壤鹽漬化日益嚴(yán)重，項(xiàng)目區(qū)土壤出現(xiàn)不同程度的鹽堿化。通過(guò)對(duì)目前運(yùn)行情況進(jìn)行分析，除去自然因素之外，人為因素方面的問(wèn)題主要包括灌溉制度不完善、排水系統(tǒng)不配套、科學(xué)管理意識(shí)不強(qiáng)等。

2.1 灌溉制度不健全、不完善，灌水量嚴(yán)重超標(biāo)

對(duì)節(jié)水灌溉管理認(rèn)識(shí)不足，高效節(jié)水設(shè)施執(zhí)行灌溉制度不到位。灌水標(biāo)準(zhǔn)、灌溉周期和實(shí)際灌溉脫節(jié)，存在先進(jìn)灌溉方式不節(jié)水現(xiàn)象，灌水量明顯超標(biāo)，原設(shè)計(jì)年灌水量為280m3/畝，而某些地段的實(shí)際灌水量已接近600m3/畝，過(guò)度的灌溉使地下水補(bǔ)給量迅速增加。

2.2 排水設(shè)施不配套，土壤次生鹽漬化日益加重

不科學(xué)的灌溉方式，不配套的排水設(shè)施，進(jìn)一步加劇了土壤鹽堿化程度。近年來(lái)，農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)地下水位有不斷抬升之勢(shì)，潛水蒸發(fā)造成地表積鹽極易引起土壤次生鹽漬化。農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)農(nóng)田有86.96%的土壤處于不同程度的鹽漬化，主要為輕、中度鹽化。潛水埋深在0～2m之間區(qū)域已占總面積的25.17%，潛水大部分屬高礦化度咸水，礦化度>10g/L的區(qū)域已占總面積的78.34%。農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)目前不斷上升的劣質(zhì)地下水，土壤的鹽漬化加重傾向，對(duì)人工綠洲的生態(tài)穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。土壤鹽堿化嚴(yán)重的地方，由于地下水位上升造成部分地段返鹽返堿，一些不耐鹽堿的造林樹種出現(xiàn)了干梢、枯死等現(xiàn)象，有的幼齡林甚至大面積死亡，自然植被減少，土地日趨荒漠化，生態(tài)環(huán)境惡劣，危及克拉瑪依市人民的生活環(huán)境，制約農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 系統(tǒng)設(shè)施維護(hù)及科學(xué)管理意識(shí)不強(qiáng)

由于灌溉面積大，管網(wǎng)多，管理不到位，管網(wǎng)損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，以致于系統(tǒng)存在非正常漏水現(xiàn)象，引起部分地段積水較多。水管人員和用水戶缺乏水利專業(yè)技術(shù)知識(shí)，再加上專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)力度不夠，節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)，私自打開閥門進(jìn)行灌溉的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成大量的地表水下滲。土地分散經(jīng)營(yíng)，不方便統(tǒng)一管理。

3 排水方式選擇

調(diào)控淺層地下水的主要排水工程措施有：明溝排水、機(jī)井排水和暗管排水。由于農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)已建成了較完善的輸水管道、節(jié)水灌溉系統(tǒng)且存在不同的土質(zhì)，各排水方案適用程度也不一樣，現(xiàn)分述如下。

3.1 明溝排水方式

明溝排水系統(tǒng)由各級(jí)排水明溝及其建筑物和承泄區(qū)組成，其排水溝布設(shè)間距大，因此，排水排鹽速度慢。明溝排水針對(duì)開發(fā)區(qū)的適用性較低。首先，雖然明溝排水一次性投入較低，運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)單，但邊坡容易滑塌，溝道淤積嚴(yán)重，同時(shí)維修勞動(dòng)強(qiáng)度大；其次，農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)完善的管網(wǎng)、道路、林帶系統(tǒng)，使用明溝排水需要建立很多交叉建筑物。目前，土地已分包給各公司和個(gè)人，且承包年限大多在30年以上。經(jīng)計(jì)算，若采用明排排水方式，明排工程占地率約為10%，會(huì)嚴(yán)重減少農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)的耕地面積，占地協(xié)調(diào)溝通困難且賠償較大，故此方案不可行。

3.2 豎井排水方式

豎井適宜于具有較好透水性土層、潛水與承壓水的水力聯(lián)系良好的排水地區(qū)，降深一般較大。其單井控制面積及出水量較小，排水管線相對(duì)復(fù)雜，增加了后期維護(hù)的工作量。由于開發(fā)區(qū)土壤質(zhì)地的滲透系數(shù)均較小，單井控制面積小，動(dòng)用機(jī)電設(shè)備和消耗動(dòng)力較多，并且潛水與承壓水間存在致密的夾層，不能很好地降低潛水位，因此豎井排水不適于農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)。

3.3 暗管排水方式

暗管排水較適用于粉土、粉細(xì)砂地層，具有施工、管理方便，占地少，排水排鹽量大、速度快，加速土壤脫鹽及淡化地下水等優(yōu)點(diǎn)。2015年農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)開展了暗管排水試驗(yàn)工程，試驗(yàn)區(qū)凈耕地面積64.12hm2。根據(jù)《克拉瑪依市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)2015年水土安全治理試驗(yàn)工程——自動(dòng)化檢測(cè)控制系統(tǒng)2016年度總結(jié)報(bào)告》，試驗(yàn)區(qū)實(shí)施地下暗管排水工程后，有效地控制了地下水埋深，地下水位由2015年的1.12m下降到2016的1.4m。暗管的鋪設(shè)使得地下水合理地排出，保證了耕層土壤中鹽分可通過(guò)灌溉向下淋洗，控制地下水中的鹽分不能向上進(jìn)入耕層土壤，效果良好。對(duì)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)而言，由于暗管排水管埋在地下，對(duì)地表耕地影響較小，且現(xiàn)多采用開溝鋪管機(jī)進(jìn)行施工，速度快、精度高，在試驗(yàn)區(qū)取得了良好效果。因此，結(jié)合農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)的實(shí)際，推薦排水方式采用暗管排水方案。

4 排水工程總體布置方案

4.1 排水工程布置原則

在查清地下水上升和土壤鹽化成因、類別的基礎(chǔ)上，抓住主要問(wèn)題，從實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，連片治理，防治結(jié)合，全面安排，分期實(shí)施，講求經(jīng)濟(jì)實(shí)效。鑒于農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)目前已建設(shè)有完善的主要干支管管道及田間地埋供水管道、交通道路、林業(yè)等設(shè)施，排水工程布置主要依據(jù)以下幾個(gè)原則進(jìn)行：

(1)盡量減少工程占地、方便施工；

(2)力求工程運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單方便；

(3)布置應(yīng)減少與已建供水管網(wǎng)、道路的交叉，以避免造成因工程交叉影響下游灌區(qū)的灌溉，降低生產(chǎn)、生活、交通的影響。

4.2 總體布局

根據(jù)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)屬于四周較高、中部低鍋底型地形特點(diǎn)，排水工程分為場(chǎng)內(nèi)排水系統(tǒng)和場(chǎng)外排水系統(tǒng)兩大部分，總體排水布置方案為場(chǎng)內(nèi)自排、場(chǎng)外抽排方案。即在場(chǎng)內(nèi)設(shè)置吸水管、集水管及支排，以自流型式流至設(shè)置于農(nóng)業(yè)區(qū)最低點(diǎn)的集水池，然后在集水池處設(shè)置揚(yáng)水泵站，以揚(yáng)水抽排形式進(jìn)行排水。

場(chǎng)內(nèi)排水系統(tǒng)包括吸水管、集水管、支排管、集水池和揚(yáng)水泵站。場(chǎng)外排水系統(tǒng)包括場(chǎng)外總干排管1條。吸水管平行于田間地埋干管，南北方向布置，在田間分別由田間兩端向位于條田中部的集水管匯集，集水管平行于供水支管布置。經(jīng)集水管匯集的排水，向南北方向布置的支排管道匯集，最終排水匯集于設(shè)置在項(xiàng)目區(qū)中部最低處的集水池，在集水池旁設(shè)置揚(yáng)水泵站，通過(guò)揚(yáng)水加壓形式將排水外輸至距項(xiàng)目區(qū)以東約15km的無(wú)名湖。

圖1 排水工程總體布置流程

4.3 排水分區(qū)

由于農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)場(chǎng)內(nèi)的供水主干管、一干管、二干管管徑較粗且埋深較深，無(wú)論是場(chǎng)內(nèi)的支排還是干排，其穿越以上三條管線都十分困難，因此，為方便施工，減少工程量，先擬將大田農(nóng)作區(qū)分成3個(gè)排水小區(qū)。具體分區(qū)如下：主干管(白云大道)以西，藍(lán)天大道(一干管伴行)以北為Ⅰ區(qū)；藍(lán)天大道以南大田農(nóng)作區(qū)區(qū)域?yàn)棰騾^(qū)；主干管(白云大道)以東，藍(lán)天大道(二干管伴行)以北大田農(nóng)作區(qū)區(qū)域?yàn)棰髤^(qū)。

4.4 場(chǎng)內(nèi)排水方案及布置

在農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)現(xiàn)有兩條供水支管之間的條田中部設(shè)置較長(zhǎng)的平行于供水支管的田間集水管，通過(guò)田間集水管匯集各區(qū)中部設(shè)置的支排，最后匯集于集水池。

4.4.1 Ⅰ區(qū)排水布置

根據(jù)供水支管長(zhǎng)度及埋深、結(jié)合地形情況，為減少位于兩供水支管中部的排水集水管挖方，盡量使位于支排兩側(cè)的排水集水管長(zhǎng)度相等，即選擇在供水支管中段區(qū)域，根據(jù)已建供水支管布置情況，選擇在現(xiàn)狀白云三路西側(cè)布置一支排，基本滿足以上要求。一支排西側(cè)集水管匯集西側(cè)吸水管的地下水水量，東側(cè)集水管匯集東側(cè)吸水管的排水水量。根據(jù)地形特點(diǎn)，西側(cè)集水管自西向東匯集，東側(cè)集水管自東向西匯集，一支排流量自北向南匯集兩側(cè)集水管自流至集水池。Ⅰ區(qū)布置集水管12條(47.7km)，支排1條(4.55km)。

4.4.2 Ⅱ區(qū)排水布置

布置同Ⅰ區(qū)。二支排西側(cè)集水管匯集西側(cè)吸水管的地下水水量，東側(cè)集水管匯集東側(cè)吸水管的地下水水量。根據(jù)地形特點(diǎn)，西側(cè)集水管自西向東匯集，東側(cè)集水管自東向西匯集，二支排流量自南向北匯集兩側(cè)集水管自流至集水池。Ⅱ區(qū)布置集水管15條(56.01km)，支排1條(5.51km)。

4.4.3 Ⅲ區(qū)排水布置

三支排西側(cè)集水管匯集西側(cè)吸水管的地下水水量，東側(cè)集水管匯集東側(cè)吸水管的地下水水量。根據(jù)地形特點(diǎn)，西側(cè)集水管自西向東匯集，東側(cè)集水管自東向西匯集，三支排流量自北向南匯集兩側(cè)集水管水量至藍(lán)天大道，然后在藍(lán)天大道北側(cè)布置平行于藍(lán)天大道的三支排延伸段，最終三支排穿越總干管末端后，匯水于設(shè)置在藍(lán)天大道與白云三路西北交叉處的集水池。Ⅲ區(qū)布置集水管8條(14.87km)，支排1條(9.47km)。

4.4.4 集水池及首部布置

集水池位于藍(lán)天大道與白云三路交叉點(diǎn)的西北區(qū)域，設(shè)置集水池1座，為將地下水順利排出，需設(shè)置排水泵站1座。

圖2 排水分區(qū)及場(chǎng)內(nèi)排水布置方案布置示意

4.5 場(chǎng)外排水方案及布置

場(chǎng)外布置應(yīng)與排水容泄區(qū)位置的選擇綜合考慮確定。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)南側(cè)區(qū)域地形、地物特點(diǎn)，外排方案初步選擇為項(xiàng)目區(qū)東側(cè)無(wú)名湖，現(xiàn)狀條件下屬于天然葦湖，考慮采用土地處理系統(tǒng)，在緊鄰葦湖區(qū)域培育耐鹽植物種植區(qū)，利用土地及其中微生物和植物根系對(duì)鹽分進(jìn)行吸收、消化，降低排水中的鹽分。

根據(jù)首部泵站及規(guī)劃的東部無(wú)名湖容泄區(qū)位置，結(jié)合場(chǎng)內(nèi)排水Ⅱ區(qū)的Ⅱ支排布置，為節(jié)省工程投資，擬將場(chǎng)外排水干管場(chǎng)內(nèi)段與Ⅱ支排同溝敷設(shè)，出項(xiàng)目區(qū)之后，折向東南，下穿S201省道之后，通向無(wú)名湖。場(chǎng)外外排干管長(zhǎng)26.05km。

5 結(jié)論

(1)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)排水工程項(xiàng)目的建成，將給古爾班通古特沙漠西北緣豎立起綠色屏障，發(fā)揮著遏制邊緣地帶生態(tài)惡化和荒漠化趨勢(shì)的作用，能夠減少克拉瑪依市和毗鄰地區(qū)沙塵暴和浮塵的沙源。對(duì)建立人與自然和諧共處，構(gòu)建和諧社會(huì)有很大的促進(jìn)作用。

(2)排水工程建成后，將從根本上控制地下水的進(jìn)一步抬升，防止土壤次生鹽漬化的發(fā)生，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，為保持脆弱綠洲水土生態(tài)平衡、促進(jìn)綠洲農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(3)農(nóng)業(yè)區(qū)排水工程實(shí)施后，能有效地改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，減少自然災(zāi)害發(fā)生的頻率，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民生產(chǎn)、生活條件，促進(jìn)區(qū)域的工農(nóng)業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高農(nóng)民收入，增強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)和邊疆社會(huì)穩(wěn)定具有積極意義。