某千畝蔬菜基地農(nóng)田水利灌溉項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)工作總結(jié)

于潔

摘要：本文主要針對(duì)上海市浦東新區(qū)某千畝蔬菜基地核心示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，通過梳理設(shè)計(jì)思路，分析設(shè)計(jì)及施工過程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)及實(shí)際困難，提出相應(yīng)的解決方案及對(duì)策措施，并總結(jié)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的問題及不足。本文針對(duì)水肥一體化灌溉系統(tǒng)展開總結(jié)，結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)及項(xiàng)目建設(shè)需要，提出潮汐式灌溉技術(shù)進(jìn)行苗床上無(wú)土栽培種植，該方式利用落差原理，實(shí)現(xiàn)定時(shí)給水與施肥，保證了灌溉效果的發(fā)揮，體現(xiàn)該項(xiàng)目核心示范作用。

關(guān)鍵詞：設(shè)施菜田;農(nóng)田水利工程;潮汐式灌溉

1 工程概況

某千畝蔬菜基地核心示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目為上海市浦東新區(qū)2020年現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目，筆者作為此項(xiàng)目的主要參與人，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)及施工圖的編制，施工現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等工作。

某千畝蔬菜基地核心示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目包含道路系統(tǒng)2410m2，排水系統(tǒng)2221m，水肥一體化灌溉系統(tǒng)25472m2，溫室大棚及內(nèi)部種植系統(tǒng)25472m2、園區(qū)農(nóng)電線路一套，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一套等。工程任務(wù)為加快推進(jìn)設(shè)施菜田水利配套，加強(qiáng)菜田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以解決設(shè)施菜田水利“最后一公里”難題，完善蔬菜基地灌排設(shè)施，全面提升核心示范區(qū)灌排能力。

2 項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié)

2.1 項(xiàng)目區(qū)主要問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及與泥城鎮(zhèn)公平村，菜田經(jīng)營(yíng)方等多方確認(rèn)，本次項(xiàng)目主要問題為：

（1）缺少高品質(zhì)蔬菜種植區(qū)域，蔬菜種植品質(zhì)無(wú)法提升。

（2）缺少完善的項(xiàng)目區(qū)總體規(guī)劃布局及道路系統(tǒng)。

（3）缺少水肥一體化灌溉系統(tǒng)，整個(gè)項(xiàng)目區(qū)灌溉效率仍處于較低水平。

（4）缺少完善的排水系統(tǒng)，汛期蔬菜種植難以得到保證。

2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路

針對(duì)以上項(xiàng)目現(xiàn)狀，結(jié)合河道周邊特點(diǎn)，筆者提出了以下四點(diǎn)解決方案：

（1）區(qū)域露地菜田種植區(qū)增設(shè)連棟大棚種植區(qū)域，連棟大棚型號(hào)根據(jù)種植要求及地塊規(guī)模確定。

（2）根據(jù)現(xiàn)狀結(jié)合總體，規(guī)劃項(xiàng)目區(qū)總體布局方案，做到土地利用最大化，道路設(shè)施使用率最大化，排水能力最優(yōu)化，灌溉效率最優(yōu)化。

（3）根據(jù)種植作物的特點(diǎn)及當(dāng)?shù)厮矗寥罈l件，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)面積及管理實(shí)際，合理規(guī)劃布局水肥一體化灌溉系統(tǒng)。

（4）根據(jù)浦東新區(qū)水文資料及當(dāng)?shù)氐貏?shì)高程，合理布置排水系統(tǒng)。

具體工程設(shè)計(jì)思路如下：

（1）項(xiàng)目區(qū)核心區(qū)位于項(xiàng)目區(qū)中部，本次設(shè)計(jì)在附屬用房東側(cè)原露地菜田處布置VSWQ12450尖頂薄膜連棟溫室，南側(cè)布置GSW8430連棟溫室，此處溫室主要用于高品質(zhì)蔬菜種植，打造展示與種植采摘一體區(qū)域。

（2）項(xiàng)目區(qū)總體布局。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，筆者提出了兩種布局方式，區(qū)域整體內(nèi)被河道分開，道路的布局關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的土地利用率。方式一：道路沿河道橫向布置，每間隔兩棟大棚布置機(jī)耕路一條，縱向設(shè)置環(huán)形道路，保證區(qū)域溝通。方式二：大棚沿河道布置，每間隔兩棟大棚布置機(jī)耕路一條，中部設(shè)置一條縱向道路。根據(jù)地塊及大棚的長(zhǎng)度，考慮該地塊主要為種植生產(chǎn)基地，且河道多為規(guī)劃河道，河道建設(shè)時(shí)也將建設(shè)防汛通道（道路），經(jīng)綜合考慮，最終采用了方案二，可以達(dá)到整個(gè)項(xiàng)目區(qū)土地利用率最大化。整個(gè)區(qū)域布置相對(duì)規(guī)整，項(xiàng)目區(qū)平面布置圖詳下圖1。

（3）重新規(guī)劃項(xiàng)目區(qū)水肥一體化灌溉系統(tǒng)。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)面積及項(xiàng)目區(qū)地塊特點(diǎn)，以河道及道路為界，將這個(gè)項(xiàng)目區(qū)劃分為5個(gè)灌區(qū)，每個(gè)灌區(qū)平均面積13.33hm2左右。由于區(qū)域種植品種多為綠葉菜，采用微噴灌作為項(xiàng)目區(qū)主要灌溉方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3 灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微噴灌作為現(xiàn)代化灌溉的一種方式，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，其主要應(yīng)用對(duì)象是果樹、蔬菜、花卉和草坪灌溉。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，本項(xiàng)目采用微噴灌系統(tǒng)，根據(jù)作物需水要求，有效控制棚內(nèi)水分情況，確保精細(xì)供水，改善蔬菜質(zhì)量，節(jié)約用水量及勞動(dòng)力，并為水、肥、藥一體化的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)管理創(chuàng)造條件。

（1）管網(wǎng)總體布置

根據(jù)區(qū)域總體規(guī)劃，項(xiàng)目區(qū)建設(shè)一座灌溉泵站，整個(gè)管網(wǎng)由總干管、支管、分管和毛管組成，支管垂直干管布置，各分管垂直支管布置。各級(jí)管道布置具體見管網(wǎng)布置圖。本報(bào)告灌溉泵站控制區(qū)域進(jìn)行各級(jí)管網(wǎng)計(jì)算。

（2）微噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范（GB/T50485-2020）》，考慮項(xiàng)目區(qū)的自然條件和經(jīng)濟(jì)條件，微噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)取值如下：

工程設(shè)計(jì)保證率：95%;

設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比：P=70%;

設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度：Ea=5mm/d;

灌溉水利用系數(shù)：η=0.9;

設(shè)計(jì)流量偏差率：qv=0.2;

設(shè)計(jì)灌水均勻度：Cu=85%;

土壤容重：γ=1.35g/cm3（以砂壤土為主）;

田間持水率：25%;

允許噴灌強(qiáng)度：15mm/h。

（3）灌水器選擇

根據(jù)溫室蔬菜需水量，項(xiàng)目設(shè)計(jì)中初選微噴頭，相關(guān)參數(shù)如下：

額定工作壓力：200kPa;

設(shè)計(jì)流量：50L/h;

噴灑半徑：3.0～3.5m;

制造偏差系數(shù)：0.04;

單噴頭雨強(qiáng)：10.8mm/h;

噴頭流態(tài)指數(shù)：x=0.50。

（4）灌溉制度的確定及灌溉系統(tǒng)的計(jì)算

按照《微灌工程技術(shù)規(guī)范（GB/T50485-2020）》，通過毛管和微噴頭間距確定，毛管極限長(zhǎng)度的校核、灌溉制度的擬定、系統(tǒng)流量推算、管網(wǎng)水力計(jì)算、水泵選型及動(dòng)力配置幾個(gè)方面的計(jì)算，主管采用De90～160給水管道，毛管和支管采用DE25及De50、De63PE給水管道，內(nèi)壓等級(jí)1.6mpa，可滿足施工方便，耐久性高的特點(diǎn)，分管及主管根據(jù)計(jì)算采供De90～De160UPVC給水管，內(nèi)壓等級(jí)1.6MPa。UPVC給水管滿足費(fèi)用較低，施工方便的特點(diǎn)，適用于微噴灌主管。

3 項(xiàng)目施工期技術(shù)總結(jié)

在施工過程中，經(jīng)營(yíng)方提出，在項(xiàng)目區(qū)中部連棟大棚進(jìn)行苗床上計(jì)劃采用無(wú)土栽培方式進(jìn)行種植。經(jīng)過調(diào)查研究綜合考慮，設(shè)計(jì)認(rèn)為原有微噴灌方式無(wú)法適應(yīng)最新的苗床無(wú)土栽培方式，筆者提出采用潮汐式灌溉系統(tǒng)。

3.1 潮汐式灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北美、歐洲等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家于20世紀(jì)80年代正式提出潮汐式灌溉技術(shù)，2006年，我國(guó)從荷蘭引進(jìn)該系統(tǒng)，其后逐步推廣應(yīng)用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2012年、2013年相繼發(fā)布《NY/T2032—2012溫室灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《NY/T2533—2013溫室灌溉系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收規(guī)范》，規(guī)定了潮汐式灌溉的設(shè)計(jì)、安裝和檢驗(yàn)要求。

潮汐式灌溉是一種先進(jìn)、高效、節(jié)水、環(huán)保的底部灌溉方式。其工作原理是依靠栽培基質(zhì)的毛細(xì)管作用，實(shí)現(xiàn)種植過程中的按需給水與施肥?！皾q潮”指該系統(tǒng)運(yùn)行中營(yíng)養(yǎng)液由栽培床的底部進(jìn)水口漫出，逐步浸潤(rùn)栽培基質(zhì)，通過水分子內(nèi)聚力及毛細(xì)管表面附著能力供作物吸收，使灌溉更均勻?！巴顺薄敝腹喔饶繕?biāo)達(dá)成后，富余營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)回水口排出栽培床并通過循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥。

本項(xiàng)目潮汐式灌溉系統(tǒng)主要由栽培床部分、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)組成。

（1）栽培床部分

本項(xiàng)目栽培床采用國(guó)產(chǎn)固定式栽培床。為適應(yīng)地面沉降等影響因素，栽培床腿可升降調(diào)節(jié)，確保經(jīng)營(yíng)過程中床箱保持水平，營(yíng)養(yǎng)液可均勻布滿床箱1～5cm高度，從而保證作物植株生長(zhǎng)的整齊一致性。

（2）營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)

營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)主要由水肥儲(chǔ)備池、水泵、循環(huán)管路、消毒設(shè)備、增氧系統(tǒng)組成。工作流程為：水肥儲(chǔ)備池調(diào)制形成指定養(yǎng)分含量的營(yíng)業(yè)液，經(jīng)由水泵提升，通過微納米氣泡發(fā)生裝置提升營(yíng)養(yǎng)液含氧量，經(jīng)循環(huán)管路輸送至栽培床箱進(jìn)水口，并形成一定灌溉高度。達(dá)成灌溉目標(biāo)后，剩余的營(yíng)業(yè)液通過循環(huán)管路自然回流，經(jīng)過多段處理消毒設(shè)備，去除營(yíng)養(yǎng)液中的有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物、有害菌及微生物，進(jìn)入儲(chǔ)備池，用于下次灌溉，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，節(jié)水節(jié)肥，同時(shí)降低肥料對(duì)于環(huán)境的污染。

（3）操作控制系統(tǒng)

潮汐式灌溉的操作控制系統(tǒng)主要控制兩個(gè)方面：一是灌溉時(shí)間的控制，如灌溉的啟動(dòng)頻率和灌溉時(shí)長(zhǎng)，前者可根據(jù)作物的需水需肥規(guī)律制定灌溉頻次，后者可確保每次灌溉的灌溉效率;二是營(yíng)養(yǎng)液成分的控制，根據(jù)不同作物、不同成長(zhǎng)階段，制定合理的養(yǎng)分配比、EC值和pH值，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化種植的目的。

操作控制系統(tǒng)主要由計(jì)算程序和集成控制元器件及電磁閥來(lái)控制灌溉時(shí)間和養(yǎng)分配比，同時(shí)通過各類傳感器，采集并記錄種植數(shù)據(jù)，有利于農(nóng)業(yè)技術(shù)人員采集有效參考數(shù)據(jù)、總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步達(dá)到項(xiàng)目的核心示范作用。

3.2 潮汐式灌溉系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

最終，經(jīng)營(yíng)單位在我方的推薦下，連棟大棚區(qū)域均采用潮汐灌溉的方式進(jìn)行灌溉。

施工完成后，經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，得出潮汐式灌溉系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）潮汐式灌溉系統(tǒng)目前已形成產(chǎn)業(yè)化，適配的專用栽培床具有較高的耐久性，能滿足經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)需要。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)日益成熟，用戶數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、記錄、處理能力，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)管理提供數(shù)據(jù)與技術(shù)依托，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技化。

（2）潮汐式灌溉以營(yíng)養(yǎng)液的形式實(shí)現(xiàn)水肥一體化，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)通過多段過濾處理技術(shù)，有效滅菌凈化，確保蔬菜種植高效無(wú)污染。營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用，節(jié)約水肥并有效降低環(huán)境污染。

（3）營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)置微納米氣泡發(fā)生裝置，產(chǎn)生活性氧、氧離子、氫離子和氫氧離子等自由基離子，一方面可以通過超強(qiáng)氧化能力分解污染物，另一方面通過氧化降解反應(yīng)提升水質(zhì)，也能防止植物病害的發(fā)生與傳播。利用納米氣泡技術(shù)進(jìn)行水體溶氧復(fù)氧，提高水體含氧量，有效杜絕水培植物根系缺氧情況。

（4）目前農(nóng)業(yè)全過程采用無(wú)土栽培的運(yùn)用場(chǎng)景不多，潮汐式灌溉系統(tǒng)多用于前期育苗培育階段使用。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)田水利工程是一項(xiàng)重要的惠民工程，有利于提升農(nóng)田的灌排能力，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平，改善農(nóng)民的生活質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營(yíng)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

作為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)全過程的主要參與人，為了確保農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理和技術(shù)措施運(yùn)用更具針對(duì)性，筆者在本項(xiàng)目中總結(jié)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）設(shè)計(jì)人員要多思考，針對(duì)問題，不斷提出各種解決方案，從中擇優(yōu)。

（2）設(shè)計(jì)人員要勇于創(chuàng)新，大膽涉足自己未曾熟悉的領(lǐng)域，不斷學(xué)習(xí)，不拘泥于陳舊的知識(shí)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)。

（3）設(shè)計(jì)方案應(yīng)因地制宜，針對(duì)不同地區(qū)特點(diǎn)及工程實(shí)際，考慮不同解決方案。

參考文獻(xiàn)

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