遼寧省灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)技術(shù)方案比選

羅浩然

(營(yíng)口市農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 營(yíng)口 115003)

為提高灌區(qū)節(jié)水灌溉能力，遼寧省目前正在實(shí)施大中型灌區(qū)的現(xiàn)代化改造，通過(guò)對(duì)灌區(qū)現(xiàn)代化的改造，加大對(duì)灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，有效保障全省的糧食安全[1]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)技術(shù)研究取得一定研究成果[2-9]，對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的主要灌溉模式、渠道襯砌、渠道斷面布設(shè)方式進(jìn)行了關(guān)鍵方案的分析，但這些成果大都具有一定的地域性，需要從區(qū)域灌區(qū)灌溉供水的特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定適合于區(qū)域灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的最優(yōu)技術(shù)方案[10-13]。為提高遼寧省高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)質(zhì)量，從高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)灌溉模式、渠道襯砌、斷面布設(shè)進(jìn)行綜合比選，提出適合于遼寧省灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的最優(yōu)技術(shù)方案，研究成果對(duì)于遼寧省灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。

1 灌區(qū)概況

灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田位于營(yíng)口市，工程所在區(qū)域地勢(shì)從南向北逐步遞減，從西到東地勢(shì)逐步增加，1/150為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)縱向比降，整個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田縱向高程為750m，寬度為2km，灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田覆蓋面積為350hm2[14]。遼陽(yáng)灌區(qū)按照遼寧省土壤普查數(shù)據(jù)表明為棕壤土。灌溉土、灌溉壤土為耕地主要土壤類(lèi)型[15]。灌區(qū)主要灌溉的農(nóng)作物為玉米、小麥和水稻。灌區(qū)降水量多年均值為600～800mm，蒸發(fā)量多年均值為400～500mm，氣溫多年均值為15.2℃，風(fēng)速均值為2.5m/s。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程類(lèi)別和規(guī)模分別為IV等和小I型。對(duì)遼陽(yáng)灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的灌溉模式、渠道襯砌、斷面布設(shè)進(jìn)行綜合比選，提出適合于遼陽(yáng)灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的最優(yōu)技術(shù)方案。

2 技術(shù)方案比選

2.1 灌溉方式比選

按照遼陽(yáng)灌區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、地勢(shì)條件及區(qū)域灌溉農(nóng)作物的主要耕作方式，按照常規(guī)地面灌溉、滴灌以及低壓管道灌溉3種模式進(jìn)行比選，各類(lèi)灌溉模式的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

表1 營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的不同灌溉模式技術(shù)方案

對(duì)比營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的不同灌溉模式技術(shù)方案，將灌溉水輸送到田間通過(guò)輸水渠道是常規(guī)地面灌溉的主要灌溉方式，灌溉模式主要通過(guò)地面漫灌方式進(jìn)行。常規(guī)地面灌溉方式運(yùn)維管理相對(duì)較為簡(jiǎn)單，且實(shí)施技術(shù)難度相對(duì)較低，但常規(guī)地面灌溉輸水效率較低主要受漫灌水量損失較大所致。將低壓力水通過(guò)耐壓度較低的管道輸送到田間是低壓管道灌溉的主要方式，低壓管道灌溉也是地面灌溉的主要技術(shù)，低壓道灌溉輸水效率較高且具有相對(duì)較低的水量損失，但低壓管道灌溉對(duì)運(yùn)管人員技術(shù)要求較高，具有較低的運(yùn)維成本，灌水分配容易出現(xiàn)不均勻的情況。通過(guò)管道在農(nóng)作物根部土壤將一定壓力的灌溉水進(jìn)行滴入是滴灌的主要灌溉方式，省水、省工、省肥是滴灌主要灌溉優(yōu)點(diǎn)，滴灌灌溉最大特點(diǎn)在于此類(lèi)灌溉方式可以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行均勻灌溉，對(duì)于農(nóng)作物土壤固結(jié)和水分吸收較為有利，但滴灌安裝技術(shù)相對(duì)較為復(fù)雜，且長(zhǎng)期滴灌會(huì)對(duì)滴頭造成堵塞，且對(duì)于滴灌措施運(yùn)維難度相對(duì)較大。營(yíng)口灌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不是很高，為了提高灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田生態(tài)灌溉的理念，滴灌模式為營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)優(yōu)選灌溉方式。

2.2 襯砌材料對(duì)比

營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)土壤主要為壤土，建設(shè)區(qū)水量滲漏損失相對(duì)較大，流速抗沖刷程度相對(duì)較低，因此在建設(shè)時(shí)需要對(duì)渠道襯砌進(jìn)行抗凍及防沖刷的處理，提高渠道襯砌的穩(wěn)定程度，渠道襯砌比選方案見(jiàn)表2。

表2 營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的渠道襯砌技術(shù)方案

從營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的渠道襯砌技術(shù)方案比選結(jié)果可看出，在渠道襯砌進(jìn)行比選時(shí)，重點(diǎn)考慮的因素為渠道布設(shè)、流量設(shè)計(jì)值、建筑襯砌材料等。從3種方案下的渠道襯砌技術(shù)方案比較可分析，0.021為混凝土板輸水效率中的糙率值，而漿砌卵石作為方案二的渠道襯砌建筑材料，其糙率值相對(duì)較高，為0.032，鍍鋅網(wǎng)片石籠作為方案三的襯砌建筑材料，其糙率值達(dá)到最大，為0.042，3種建筑襯砌材料對(duì)于輸水效率而言，糙率值越高其輸水效率越低，因此輸水效率最高的混凝土板，其次為漿砌卵石，輸水效率最低的為鍍鋅網(wǎng)片石籠。對(duì)于防滲效果而言，滲流量在0.09～0.21m3/(m2·d)之間為混凝土板，而漿砌卵石為方案二的襯砌建筑材料其滲流量要高于混凝土，其滲流量在0.11～0.32m3/(m2·d)之間，鍍鋅網(wǎng)片石籠為方案三的襯砌建筑材料，其防滲效果較低，其滲流量在0.19～0.39m3/(m2·d)之間，滲流量越高其防滲效果越低，因此對(duì)于3種建筑襯砌材料而言，滲透效果最好的混凝土板，其次為漿砌卵石，鍍鋅網(wǎng)片石籠在3種襯砌建筑材料中防滲效果最低。對(duì)于生態(tài)灌區(qū)而言，生態(tài)理念最好的為鍍鋅網(wǎng)片石籠，而漿砌卵石和混凝土板由于硬化原因其生態(tài)景觀(guān)理念相對(duì)較差。從三種襯砌建筑材料施工難易程度而言，鍍鋅網(wǎng)片石籠和混凝土板施工難易程度及質(zhì)量保證程度都要高于漿砌卵石，漿砌卵石的施工質(zhì)量保證程度相對(duì)較難。各類(lèi)材料使用年限中漿砌卵石和混凝土板具有較長(zhǎng)年限，而鍍鋅網(wǎng)片石籠的使用年限相對(duì)較低。對(duì)于東北地區(qū)而言，襯砌材料的抗凍性能要求較高，三類(lèi)襯砌建筑材料中允許法向位移量是抗凍能力評(píng)定主要指標(biāo)，位移量在5～10mm之間的為混凝土板，在10～20mm之間的為漿砌卵石，在10～30mm的為鍍鋅網(wǎng)片石籠，位移量越高其防凍性能越高，在各類(lèi)襯砌建筑材料中鍍鋅網(wǎng)片石籠的抗凍性能最優(yōu)。通過(guò)對(duì)抗凍性能、工程安全、造價(jià)等因素綜合進(jìn)行綜合比選，鍍鋅網(wǎng)片石籠的方案為最優(yōu)渠道襯砌技術(shù)方案。

2.3 渠道橫斷面比選

在灌溉方式、渠道襯砌進(jìn)行綜合比選的基礎(chǔ)上，確定鍍鋅網(wǎng)片石籠為灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的推薦技術(shù)方案，在此基礎(chǔ)上考慮方案渠道橫斷面的影響，對(duì)比分析鍍鋅網(wǎng)片石籠梯形斷面和矩形斷面，對(duì)比分析見(jiàn)表3。

表3 營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)渠道橫斷面比選

梯形和矩形為鍍鋅網(wǎng)片石籠主要渠道斷面形式，梯形斷面相比于矩形斷面具有較好的水力條件，矩形斷面相比于梯形斷面在相同流量條件下具有較小的占地面積，挖填方量相比于梯形斷面更低。矩形和梯形斷面防滲效果較為接近，矩形斷面和梯形斷面的防滲效果相差不大，各類(lèi)型斷面的滲透效果降低不明顯?？蛇m應(yīng)的流量區(qū)間對(duì)于矩形斷面而言較高，而由于斷面半徑較低，使得適應(yīng)的流量區(qū)間對(duì)于梯形斷面而言要高。鍍鋅網(wǎng)片石籠可根據(jù)灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的規(guī)模進(jìn)行二次加高，具有較好的流量適應(yīng)范圍。方案一為鍍鋅網(wǎng)片石籠梯形斷面，石籠尺寸為30cm，1∶1.5為梯形斷面邊坡系數(shù)，方案一施工相對(duì)簡(jiǎn)單但占地面積較大，方案二矩形斷面占地面積較小。通過(guò)綜合比選，鍍鋅網(wǎng)片石籠矩形斷面為營(yíng)口灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的最優(yōu)技術(shù)方案。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)鍍鋅網(wǎng)片石籠允許法向位移量在10～30mm，具有最佳的防凍脹性能，但由于單價(jià)高其總體造價(jià)要高于混凝土板，但從抗凍性能、后期運(yùn)維管理成本而言，其性?xún)r(jià)比總體高于混凝土板和漿砌卵石等傳統(tǒng)渠道襯砌材料。

(2)矩形斷面相比于梯形斷面其占地較小，30cm的鍍鋅網(wǎng)片石籠，其渠道設(shè)置為矩形斷面具有工程投資低和施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，適合于東北地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)。

(3)滴灌相比于常規(guī)地面灌溉和低壓管道灌溉，更適合于遼寧地區(qū)農(nóng)作物灌溉，但滴灌安裝技術(shù)相對(duì)較為復(fù)雜，且長(zhǎng)期滴灌會(huì)對(duì)滴頭造成堵塞，且對(duì)于滴灌措施運(yùn)維難度相對(duì)較大，后期需要對(duì)灌區(qū)灌溉方式進(jìn)行進(jìn)一步探討。