現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)肥項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)方案研究

徐 磊，劉慶嶺

(1.北京本農(nóng)科技發(fā)展有限公司，北京 100000；2.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072)

1 引言

隆化縣武烈河流域七家茅荊壩片區(qū)，位匯三水，地控五川，是北京至內(nèi)蒙、圍場壩上陸路重要通道，地理位置優(yōu)勢明顯。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)通訊設(shè)施齊備，通訊狀況良好，無線通訊在項(xiàng)目區(qū)的大范圍內(nèi)均能正常進(jìn)行。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)交通方便，公路四通八達(dá)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)各行政村及自然村均通縣級公路或鄉(xiāng)村公路。項(xiàng)目區(qū)總面積116.41萬畝，其中林業(yè)用地面積93.2萬畝，占總面積的80.1%。林業(yè)用地中：有林地56.1萬畝，疏林地0.35萬畝，灌木林地5.9萬畝，宜林地5.8萬畝。森林覆蓋率48.2%(圖1)。項(xiàng)目區(qū)產(chǎn)值結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)為主，旅游及養(yǎng)殖業(yè)為輔，種植業(yè)主要品種有玉米、谷子、高粱、豆類，養(yǎng)殖業(yè)主要品種有豬、牛、羊、雞。通過現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)肥工程，可改善當(dāng)?shù)卮髿狻⑺|(zhì)、土壤和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)出一系列綠色有機(jī)安全食品，形成當(dāng)?shù)馗咝Ъ夹g(shù)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)勢，帶動一方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)民增收。

2 隆化縣武烈河流域七家茅荊壩片區(qū)農(nóng)田問題分析

2.1 存在不良的質(zhì)地構(gòu)型

隆化縣的川地土壤中，有11013 hm2土體中存在砂礫層，占耕地總面積的19.55%。砂礫層由粗砂、礫石或卵石組成，厚度多大于30 cm，根據(jù)出現(xiàn)部位，分為體(20～50 cm)砂礫和底(50～100 cm)砂礫2種。其中底砂礫 面積7115 hm2，體砂礫面積3898 hm2。砂礫層嚴(yán)重漏水漏肥，影響作物根系發(fā)育，且難以改造，是當(dāng)?shù)赝寥赖闹饕系K因素。

2.2 灌溉水平較低

隆化縣水田面積9438 hm2，分布與各大河流沿岸，占總耕地面積的14.71%，與承德市其他縣區(qū)比較，水田比例是最高的。全縣水澆地面積2056 hm2，僅占3.51%，主要分布于伊遜河、灤河、茅溝河流域。旱地面積44838 hm2，占總耕地面積的79.6%。

2.3 土壤養(yǎng)分不均衡

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果，隆化縣土壤有機(jī)質(zhì)平均18.22 g/kg，全氮0.917 mg/kg，有效磷20.83 mg/kg，速效鉀156 mg/kg。

土壤有機(jī)質(zhì)的平均含量，在全國占中等偏低水平，縣域內(nèi)西南部較高，中部較低。不同土壤類型也有較明顯差異：從高到低依次為草甸土、潮土、棕壤、褐土。由土壤有機(jī)質(zhì)含量分級分析的相關(guān)研究表明，中/低含量的四級/五級占全部耕地的67.32%。

土壤中的全氮為有機(jī)氮和無機(jī)氮之和，隆化縣土壤全氮的平均含量為0.917 g/kg，在全國占偏低水平，縣域內(nèi)其含量的區(qū)域性差異和不同土壤類型間的差異，與有機(jī)質(zhì)相近。相關(guān)研究表明，含量1.0～0.75 g/kg的土壤占總面積的近90%。

土壤有效磷的平均含量20.83 mg/kg，在全國占中等水平，但變異系數(shù)較大。縣域內(nèi)伊遜河、伊馬吐河川含量較低，茅溝河川含量較高。不同土壤類型也有較明顯差異，從高到低依次為棕壤—褐土—草甸土和潮土—新積土。不同成土母質(zhì)土壤有效磷含量：洪、沖積母質(zhì)大于黃土母質(zhì)和殘坡積母質(zhì)土壤。由土壤有效磷含量分級分析的相關(guān)研究表明，中/ 高含量的一級至三級占全部耕地的77.95%。

3 現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)肥項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)方案

以一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的理念謀劃節(jié)水節(jié)肥循環(huán)農(nóng)業(yè)示范區(qū)，堅(jiān)持因地制宜、注重功能、靈活多樣的建設(shè)原則，采取政府主導(dǎo)、企業(yè)引領(lǐng)、合作社帶動等多種建設(shè)路徑，以草莓、中草藥等產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，按照“核心區(qū)+基地”“龍頭企業(yè)+特色產(chǎn)業(yè)帶”等發(fā)展模式，加大統(tǒng)籌力度，實(shí)施農(nóng)民新社區(qū)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)兩區(qū)聯(lián)動發(fā)展。一是組建節(jié)水節(jié)肥循環(huán)農(nóng)業(yè)示范區(qū)管理委員會；二是成立示范區(qū)農(nóng)業(yè)專家咨詢委員會；三是成立示范區(qū)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；四是壯大農(nóng)民專業(yè)合作社。采取引進(jìn)一個企業(yè)，發(fā)展一片產(chǎn)業(yè)，打造一個休閑農(nóng)業(yè)觀光園，帶動一方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)民增收[1～5]。

圖1 隆化縣武烈河流域七家茅荊壩片區(qū)平面

3.1 農(nóng)業(yè)溫室工程設(shè)計(jì)

鋼架冷棚設(shè)計(jì)：采用熱鍍鍍鋅管鋼架組裝式結(jié)構(gòu)，主桁架間距在0.8～1.2 m左右，跨度一般在6～12 m之間，高度在3.5 m左右，建造安裝方便。棚內(nèi)由于無立柱支撐，大大提高了棚內(nèi)采光效果，利于機(jī) 械化操作，提高了土地的利用率。

3.2 水肥一體化工程措施設(shè)計(jì)

滴灌栽培水肥一體化技術(shù)是借助壓力灌溉系統(tǒng)，將可溶性因體肥料或液體肥料配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)供水，使水肥相溶后的灌溉水形成滴狀，均勻、定時、定量浸潤作物根系發(fā)育區(qū)域[6]，使主要根系區(qū)土壤始終保持疏松和適宜含水狀態(tài)，同時，根據(jù)不同作物的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境狀況，不同生長期需水情況進(jìn)行全生育期需求設(shè)計(jì)，把水分和養(yǎng)分定量、定時、按比例直接提供給作物。該技術(shù)由水源，首部樞紐，輸配水管道、灌水器四部分組成。

3.3 美麗鄉(xiāng)村污水治理工程設(shè)計(jì)

生活污水治理方式：因村莊內(nèi)居住分散，有的農(nóng)戶距離污水管網(wǎng)距離較遠(yuǎn)且道路均已硬化不宜采取長距離鋪設(shè)污水管網(wǎng)收集，集約化處理模式；結(jié)合村莊實(shí)際情況，處理工藝擬采用分散式污水處理設(shè)施。其工藝選用分散式一體化污水處理工藝。

本項(xiàng)目進(jìn)水為農(nóng)戶生活污水，污水處理難度較低，參考同類生活污水水質(zhì)情況，設(shè)計(jì)本項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 項(xiàng)目水質(zhì)指標(biāo)

3.3.1 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB13/2171-2015)中的一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，部分排放參數(shù)見表2。

表2 出水水質(zhì)部分排放參數(shù)

3.3.2 工藝流程說明

用戶的生活污水首先通過收集槽，攔截浮渣及顆粒雜物后，通過下水管道進(jìn)入一體化污水處理器，在其中進(jìn)行生化反應(yīng)。罐體巧妙設(shè)置使污水在其中實(shí)現(xiàn)水體混合的方式，同時生化填料合理布置，也為微生物創(chuàng)建厭氧、缺氧、好氧的環(huán)境，污水中的大部分的有機(jī)物在此階段得以去除。經(jīng)該處理器處理后，污水達(dá)標(biāo)排放。

3.3.3 分散式一體化設(shè)備

分散式一體化裝置是一種多級A/O活性污泥工藝與生物膜處理的組合工藝，采用泥膜共生污水處理工藝技術(shù)，并設(shè)有生物消解床，有機(jī)物去除效率高；本裝置在保有生物膜處理全部優(yōu)點(diǎn)的同時結(jié)合智能控制裝置的應(yīng)用，降低污水處理運(yùn)行成本，并且根據(jù)專有技術(shù)設(shè)計(jì)該裝置投資建設(shè)費(fèi)用低、占地面積小、安裝簡單、操作易行。設(shè)備優(yōu)點(diǎn)如下： ① 有機(jī)物去除效率高； ② 采取完全地下式安裝，可保證冬季正常運(yùn)行，地上綠化種植，美化周邊環(huán)境； ③ 可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，智能控制，減少人為操作，自動化程度高； ④ 節(jié)約占地，一體化設(shè)計(jì)，所有的處理單元集中在一起，安裝方便快捷，無需敷設(shè)污水收集管網(wǎng)； ⑤出水水質(zhì)達(dá)到《農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB13/2171-2015)中的一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

根據(jù)隆化縣茅荊壩鎮(zhèn)本次設(shè)計(jì)的7個村內(nèi)居民的住戶特點(diǎn)，為減少村內(nèi)污水投資，增大污水處理量，對設(shè)計(jì)的各村采用分散式污水處理設(shè)備，污水處理設(shè)備及污泥固定床相結(jié)合的生物膜處理工藝的生化反應(yīng)段，出水穩(wěn)定達(dá)到《農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB13/2171-2015)中的一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。

分散式一體化污水處理設(shè)施(單戶型)， 單套一體化裝置參數(shù)如下。 工藝尺寸：Φ1.4×2.0 m； 數(shù) 量： 1座； 材 質(zhì)： 玻璃鋼。 填料數(shù)量：1批。 配套管路、閥門數(shù)量： 1批。

分散式一體化污水處理設(shè)施(多戶型)， 單套一體化裝置參數(shù)如下。 工藝尺寸：Φ1.5×2.3 m； 數(shù) 量： 1座； 材 質(zhì)： 玻璃鋼。填料數(shù)量： 1批。 配套管路、閥門數(shù)量：1批。

3.3.5 污水處理設(shè)施的電氣設(shè)計(jì)

(1)電氣控制設(shè)計(jì)說明。 總體要求電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)須堅(jiān)持先進(jìn)性、可靠性和適用性，從而保證污水處理質(zhì)量，確保安全生產(chǎn)，提高環(huán)境效益和社會效益。處理站采用(全/半)自動控制及人工操作2種控制方式。

(2)主要控制點(diǎn)。 污水處理站的主要控制點(diǎn)及控制目標(biāo)為提升泵、增氧泵設(shè)備的啟停和運(yùn)行狀態(tài)。

(3)自控設(shè)計(jì)。 現(xiàn)場控制站主要由時間控制器、控制器箱及箱內(nèi)附屬設(shè)備組成。 現(xiàn)場控制分為手/自動控制兩種模式，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，置于“自動”時，設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置好的程序運(yùn)行，直至人工干預(yù)為止。

(4)主要用電設(shè)備電氣負(fù)荷見表3。

表3 滿負(fù)荷運(yùn)行電氣負(fù)荷

4 工程實(shí)施的保障措施

4.1 管理機(jī)構(gòu)設(shè)置

為保障隆化縣山水林田湖重點(diǎn)建設(shè)工程有序開展，由隆化縣政府牽頭，成立建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，組長由分管副縣長擔(dān)任，成員單位包括縣水務(wù)局、農(nóng)牧局、林業(yè)局、發(fā)改局、財(cái)政局等及項(xiàng)目區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，領(lǐng)導(dǎo)小組下設(shè)辦公室，具體負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的組織協(xié)調(diào)和調(diào)度。成立隆化縣山水林田湖工程建設(shè)處，作為項(xiàng)目法人，全面負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的建設(shè)與管理[6～8]。

4.2 管理措施

為確保工程質(zhì)量，整個項(xiàng)目建設(shè)過程實(shí)行項(xiàng)目法人制、工程合同管理制、項(xiàng)目公示制、投勞承諾制、工程建設(shè)監(jiān)理制、資金報(bào)賬制、工程管護(hù)責(zé)任制、招標(biāo)投標(biāo)管理制，明確責(zé)任范圍，承擔(dān)相應(yīng)職責(zé)。項(xiàng)目建設(shè)單位委托專業(yè)工程監(jiān)理單位對項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、投資實(shí)施全程監(jiān)理，建設(shè)單位在施工季節(jié)派駐技術(shù)人員與監(jiān)理人員一道，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)督檢查工作。

(1)項(xiàng)目法人制。 成立隆化縣上水林田湖工程建設(shè)處，作為項(xiàng)目法人，負(fù)責(zé)督促、檢查、落實(shí)好項(xiàng)目建設(shè)的各項(xiàng)工作。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，明確管理職責(zé)，實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)目標(biāo)責(zé)任制；獎懲嚴(yán)格分明，提高工程質(zhì)量，保證治理進(jìn)度[9]。

(2)招標(biāo)投標(biāo)制。 項(xiàng)目招標(biāo)活動遵循公開、公平、公正和誠實(shí)信用的原則[10]，按照上級部門對項(xiàng)目招標(biāo)核準(zhǔn)文件的要求進(jìn)行公開招標(biāo)，確定專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，確保工程進(jìn)度、質(zhì)量。

(3)合同制。 項(xiàng)目法人委托專業(yè)設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與監(jiān)理，簽訂委托合同；通過公開招標(biāo)形式擇優(yōu)選擇專業(yè)施工隊(duì)伍，簽訂施工合同，在工程施工過程中嚴(yán)格實(shí)行合同管理，保證實(shí)施進(jìn)度和工程質(zhì)量。

(4)項(xiàng)目公示制。 由工程建設(shè)單位和項(xiàng)目區(qū)所在地鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府聯(lián)合向當(dāng)?shù)厝罕娺M(jìn)行施工前公示和竣工自驗(yàn)后公示，體現(xiàn)客觀、真實(shí)、公開的原則，接受群眾和社會監(jiān)督，對群眾反映的問題進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查核實(shí)，提出處理意見，并向工程所在地群眾公告。

(5)工程建設(shè)監(jiān)理制。 對項(xiàng)目實(shí)行工程建設(shè)監(jiān)理制，隆化縣山水林田湖工程建設(shè)處委托具有相應(yīng)資質(zhì)的監(jiān)理單位，由監(jiān)理單位依據(jù)國家有關(guān)工程建設(shè)的法律、法規(guī)，經(jīng)主管部門批準(zhǔn)的工程項(xiàng)目建設(shè)文件、委托合同及其他工程建設(shè)合同，對工程建設(shè)實(shí)施專業(yè)化監(jiān)督管理。監(jiān)理單位要做好四控(工程進(jìn)度控制、工程質(zhì)量控制、工程投資控制、工程安全生產(chǎn)控制)、兩管(合同管理、信息管理)、一協(xié)調(diào)(全面地組織甲、乙及三方的協(xié)調(diào))工作。

(6)資金報(bào)賬制。 項(xiàng)目嚴(yán)格實(shí)行資金報(bào)賬制度，所有資金報(bào)賬必須由施工單位提出書面申請，經(jīng)監(jiān)理工程師簽證，由項(xiàng)目和財(cái)務(wù)管理人員對報(bào)賬原始資料進(jìn)行審核[11]，總監(jiān)理工程師簽字后才能支付。

在資金管理上，嚴(yán)格實(shí)行專人、專賬、專戶封閉運(yùn)行制度，認(rèn)真執(zhí)行財(cái)務(wù)管理各項(xiàng)規(guī)定，切實(shí)規(guī)范報(bào)賬程序，及時進(jìn)行竣工結(jié)算，將資金兌付到位，確保規(guī)范管理和資金安全。

4.3 技術(shù)培訓(xùn)措施

技術(shù)支持是項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容的有機(jī)組成部分，對項(xiàng)目的成功實(shí)施和達(dá)到預(yù)期目標(biāo)起著重要的保障作用。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，根據(jù)實(shí)際需要，適時組織各類人員進(jìn)行考察學(xué)習(xí)和技術(shù)培訓(xùn)，為項(xiàng)目培訓(xùn)相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人才、管理人才、技術(shù)骨干和學(xué)科帶頭人，學(xué)習(xí)引進(jìn)知名單位的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)[12～16]。

5 結(jié)論與討論

良好的現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)肥項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)方案應(yīng)是基于自然的解決方案，綜合運(yùn)用科學(xué)、法律、政策、經(jīng)濟(jì)和公眾參與等手段，統(tǒng)籌整合項(xiàng)目和資金，采取工程、技術(shù)、生物等多種措施，對自然生態(tài)要素進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)，實(shí)現(xiàn)國土空間格局優(yōu)化，提高社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)彈性，全面提升國家和區(qū)域生態(tài)安全屏障質(zhì)量、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和永續(xù)利用。