诺木洪农场高标准基本农田整理项目建设条件分析

权朝斌 史生梅

摘要该研究基于高标准基本农田整理规划方案，并结合实践经验，较详细介绍了诺木洪农场高标准基本农田整理项目建设条件分析技术要点，为类似地区土地整理项目规划提供参考。

关键词诺木洪农场；高标准基本农田；建设条件分析；土地平整计算

中图分类号S27文献标识码A文章编号0517-6611（2015）31-212-07

青海诺木洪农场高标准基本农田整理项目是青海省投资重点项目，通过高标准基本农田建设实现对农田进行综合整治，增加耕地面积，提高耕地质量，在搞好土地开发整理的同时完成水利、交通等配套措施建设，逐步使场部基本农田全部实现高标准基本农田建设的目标，改善农场农业生产条件，促进该地区特色农业（枸杞种植）经济的发展。文章通过对研究区土地利用研究、评价，分析研究区水土资源平衡，计算土地平整土方量，为研究区的土地整理工程建设奠定技术基础。

1研究区基本情况

1.1自然条件研究区地处诺木洪河冲洪积扇前缘的平原带上，地势南高北低，自然坡降平均在1/100左右。地表植被不发育，仅零星分布沙柳包，呈现荒漠戈壁的地貌。

1.1.1气候。整个研究区属典型的高原温带干旱气候，具寒长暑短、日温差大、日照时间长、干旱少雨、风沙大、蒸发量大等特点。据诺木洪气象站资料（1971～2010年）表明，研究区多年平均气温4.9 ℃，极端最高气温35.4 ℃，极端最低气温-27.6 ℃，多年平均降水量44.3 mm，蒸发量2 239.4 mm，相对湿度35%。降水量多集中在6～8月份，占全年降水量的72%，且降水量随地势增高而增大，蒸发量随地形增高而减少，具明显的垂直分带性。平均风速3.2 m/s，最大风速31 m/s，主导风向西风。

1.1.2土壤。根据青海省农林科学院测试中心分析（土壤养分分析结果报告单），研究区耕地土壤类型主要为灰棕色荒漠土类型，成土母质多为粗骨性砾石和砂，土壤质地为较粗的砂砾土及砂壤土。耕地土壤有机质平均含量为0.687 g/kg，全氮平均含量为0.050 g/kg，速效磷平均含量为6.150 mg/kg，速效钾平均含量为254.400 mg/kg，pH平均为8.84。对比《土壤养分分级标准》，研究区土壤有机质含量级别为低，全氮含量级别为低，速效磷含量级别为中下，速效钾含量级别为极高。总体评价研究区土壤肥力较低，透水性较强[1]。

1.2土地利用状况

1.2.1土地利用结构。参照研究区1∶2 000的实测地形图和研究区水源可控制耕地面积，现场核定可开发整理的地类确定了此次设计的研究区边界。对照《第二次全国土地利用调查土地分类》体系统计得出研究区边界以内的总面积为881.10 hm2，区内耕地在现状库内均为基本农田。研究区内土地利用情况见表1[2]。

1.2.2土地利用程度。土地利用程度主要由土地垦殖率、土地利用率、耕地复种指数体现。

（1）土地垦殖率，即耕地面积与研究区土地总面积之比，反映土地整理程度和种植业发展程度。

土地垦殖率=（耕地面积/研究区土地总面积）×100%=（576.98/881.10）×100%=65.48%

（2）土地利用率，即已利用的土地面积与研究区土地总面积之比，反映土地利用程度。

土地利用率=（已利用土地面积/研究区土地總面积）×100%=（788.32/881.10）×100%=89.47%

（3）耕地复种指数，即研究区全年农作物总播种面积与研究区耕地面积之比，反映耕地的利用效率和程度，研究区耕地复种指数为100%[3]。

1.2.3耕地质量现状。研究区耕地土壤类型主要为荒漠土，成土母质多为粗骨性砾石和砂，所以土壤质地为较粗的砂砾土及砂壤土[4]。根据青海省农林科学院测试中心分析（土壤养分分析结果报告单），总体评价研究区土壤肥力较低，透水性较强。

1.2.4土地利用经济效果。根据对研究区内农作物种植结构、作物产量、作物耕地成品及农产品市场价格的调查，统计出研究区土地投入产出状况，研究区土地生产率见表2。

2研究区项目建设条件分析

2.1水土资源分析

2.1.1供水量分析。

（1）灌溉水源。诺木洪农场总的灌溉水源分为两部分，分别为地表水（诺木洪河）和地下水（38眼机井）。此次设计研究区内灌溉水源全部为地表水（诺木洪河）。

（2）灌溉方式分析。研究区现有耕地的灌溉方式为渠道灌溉，研究区规划后充分利用原有骨干渠系和现有支渠进行砼防渗衬砌，推广小畦灌溉的田间节水灌水技术[5]。

（3）可供水量。研究区引用水源为地表水诺木洪河河水，流域面积为3 728 m2，沟道平均比降1.19%，多年平均径流量4.66 m3/s。诺木洪河洪水大部分发生在7～9月，河道多年平均输沙量133万t。由相关的水文分析资料可知，诺木洪河引水口设计保证率为75%时各月的来水流量见表3[6]。

2.1.2灌溉设计标准。依据国家《灌溉与排水工程设计规范》（GB5028899）中的规定[7]，考虑研究区水文气象、水土资源、作物组成、灌溉方式等因素，确定研究区渠灌的灌溉保证率为75%。

安徽农业科学2015年

2.1.3需水量分析。

（1）研究区灌溉面积确定。诺木洪灌区总灌溉面积由现状耕地和林地组成。其中诺木洪农场现状耕地总灌溉面积为5 846.66 hm2（自流灌溉4 993.33 hm2，机井灌溉853.33 hm2），林地灌溉面积为400 hm2，此次新增20 hm2，合计诺木洪灌区总灌溉面积6 266.66 hm2。研究区内的耕地全部为自流灌溉（包括新增的20 hm2耕地），故此次设计按全灌区除853.33 hm2机井灌溉后的自流灌溉面积（5 413.33 hm2）进行水量平衡分析。

（2）作物种植比例。近年诺木洪农场种植结构发生调整，由原大田作物（小麦）向枸杞转型，规划打造枸杞产业基地，现状枸杞种植面积达到4 573.33 hm2。研究区规划后仍以种植大田作物（小麦、青稞、马铃薯等）为主，各作物种植比例见表4。

（3）研究区灌溉制度及灌溉水利用系数的确定。根据青海省政府2009年颁布的《青海省用水定额》中青海湖地区农田灌溉定额的规定、当地的灌溉试验及研究区以往灌水经验，再结合《灌溉与排水工程设计规范》（GB5028899）来拟定作物灌溉制度。

研究区规划后为自流灌溉，分为支渠、斗渠、农渠三级渠道，均为预制砼渠道。结合当地实际情况和有关资料等各方面因素来确定渠系水利用系数。取渠系水利用系数为0.68，田间水利用系数为0.85，灌溉水利用系数统一为0.58。经调查研究区灌溉水习惯，每天灌水时间均为24 h，以此制定灌溉制度（表4）[8]。

在灌溉制度设计中，通过计算，确定净灌水率为183.33 m3/（s·hm2），研究区作物灌水率见表5。

诺木洪灌区现状枸杞种植面积达到4 573.33 hm2，根据灌区实际情况拟定枸杞及新疆杨（其他林地）的灌溉制度如表6。

（4）需水量计算。根据当地附近农田实际种植习惯，结合研究区实际情况以及所计算出的综合灌溉定额可求得研究区年灌溉需水量。净灌溉需水量可根据以下公式进行计算：

W净=A×M净

式中，W净为研究区年净灌溉用水量（万m3）；A为研究区耕地总面积（hm2）；M净为研究区作物净灌溉定额（m3/hm2）。

研究区年毛灌溉用水量为：

W毛= M净/η灌

式中，W毛为研究区年毛灌溉用水量（万m3）；M净为研究区作物净灌溉定额（m3/hm2）；η灌为研究区综合灌溉水利用系数[9]。

由表7、8可知，诺木洪灌区自流灌溉（灌溉面积5 413.33 hm2）总需水量为3 432.45万m3，其中该研究区灌溉需水量为600.39万m3，研究区外灌溉需水量为2 832.06万m3。

2.1.4水土资源供需平衡分析。诺木洪灌区引水量按引水

干渠（南干渠）实际引水流量3.20 m3/s计算，根据对诺木洪灌区的需水量分析，对灌区各月供水量及需水量进行供需平衡分析，具体见表9。

通过分析，诺木洪灌区总自流灌溉面积5 413.33 hm2（包括此次新增的20 hm2），作物生长期最大需水量为8月份，需水量为666.34万m3，干渠引水量为829.44万m3，余水量为190.75万m3，水量完全满足作物灌溉要求。

通过上述分析，诺木洪灌区种植结构由大田作物向枸杞转型后，通过加强节水灌溉，提高灌溉水利用系数等措施，引用地表水就能完全满足整个灌区作物灌溉要求。

2.2新增耕地来源分析研究区新增耕地来源主要为其他草地、设施农用地等，大部分为成片区域，可新增耕地22.89 hm2，其中其他草地面积为24.03 hm2，设施农用地9.98 hm2，

规划后基础设施将占地11.12 hm2。

据勘察，新增耕地的土壤肥力低下，但通过农业综合治理成为可耕种土地是完全有可能的。

2.3整理后土地利用結构对农田进行综合整治，可增加耕地面积，提高耕地质量。在搞好土地开发整理的同时完成水利、交通等配套措施建设，为研究区的经济效益、社会效益和生态效益的实现奠定工程基础[10]。

根据土地利用现状和适宜性分析结果进行土地利用布局，最终确定项目建设规模为670.57 hm2，原有耕地576.98 hm2，整理后耕地为599.87 hm2，新增耕地面积为22.89 hm2。耕地占建设规模的比例由整理前的86.04%增加到89.45%，新增耕地率为3.41%。整理前农村道路为42.35 hm2，整理后农村道路增加为45.84 hm2；整理前其他草地为27.41 hm2，整理后其他草地为10.83 hm2；整理前沟渠占地19.36 hm2，整理后沟渠占地22.05 hm2。研究区土地利用结构调整见表10。

2.4土地平整工程土方计算分析土地整理项目投资中，土地平整往往会占较大比重，所以计算分析平整土方量，对项目建设至关重要。根据研究区的作物种植结构、水资源状况、灌溉方式对土地平整度的要求，确定研究区进行土地整理的范围为新增耕地区域[11]。研究区地形较平缓，故该项目通过基于方格网法的HTCAD软件计算平原区田块平整土方量。计算的原则为在挖填平衡的前提下，保证挖填土方量最小。

2.4.1计算方法。

（1）平均高程。把需要平整的田块划分为若干个方格网，用插值法确定方格顶点高程，根据各方格顶点的实际高程，用下式计算田块的平均高程：

h=1n（h角4+h边2+h中）

式中，h为田块的平均高程（m）；n为田块中方格总数；h角为田块中各角点的高程（m）；h边为田块中各边点的高程（m）；h中为田块中各中点的高程（m）。

（2）设计高程及方格挖填深。田块内任意一点的设计高程采用下式计算：

Hi=c+xiix+yiiy

式中，Hi为方格各点的设计高程；c为控制点（原点）的高程；xi，yi为方格上各角点到原点的坐标；ix，iy分别为田块在x，y方向的设计坡度。

则任意一点的施工高度hi为：

hi=Hi-H'i

式中，hi为方格角点的挖填深度，“+”为填方高度，“-”为挖方深度；H'i为方格角点的自然地面高程。

（3）计算挖填方。正方形全部为挖方（或填方）时，其体积为：

V=a24（h1+h2+h3+h4）

式中，h1、h2、h3、h4为正方形各角点的填挖高度（m），均用绝对值代入；a为方格边长（m）。

当正方形部分为挖方和部分为填方时，其体积为：

V挖（填）=a24·[h挖（填）]2h

式中，h挖（填）为正方形挖方（或填方）的施工高度总和（m），均用绝对值相加；h为正方形的四个角点的施工高度绝对值的总和（m）。

（4）计算零点位置。在每相邻的填方点和挖方点之间总存在一个零点，零点的确定方法如图1所示。

Xw=ahwht+hw；Xt=ahtht+hw

式中，Xw为零点距挖方角顶的距离；Xt为零点距填方角顶的距离；ht为填方高度；hw为挖方深度。

（5）最小二乘法求控制点高程与位置。把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映出土方工程挖填方绝对值之和的大小，进而反映挖填方工程量的大小。

在方格网的实际运算过程中，由于各个方格点的位置不同，参加运算的次数也不一样，因此引入一个权函数来解决这一实际问题。在方格网上，对于仅1个方格用的角点令权函数P=0.25；对于2个方格用的边点P=0.50；对于3个方格的凹角点P=0.75；对于4个方格的中间点P=1.00，用Pi表示。σ为土方施工高度之平方和，则：

σ=ni=1Pih2i

代入施工高度hi后可得：

σ=ni=1Pi（c+xiix+yiiy-H'i）2

当σ的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证挖填方量相等（挖填方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求设计平面的方法。

为求得σ最小时的设计平面参数c、ix、iy，对上式的c、ix、iy分别求偏导数，并令其为0，于是：

θσθc=ni=1Pi（c+xiix+yiiy-zi）=0

θσθix=ni=1Pixi（c+xiix+yiiy-zi）=0

θσθiy=ni=1Piyi（c+xiix+yiiy-zi）=0

经过整理，可得下列准则方程（下式中[]表示 ni=1）：

[p]·c+[Px]·ix+[Py]·iy-[Pz]=0

[Px]·c+[Px2]·ix+[Pxy]·iy-[Pxz]=0

[Py]·c+[Pxy]·ix+[Py2]·iy-[Pxy]=0

解此三元一次联立方程组，可求得最佳设计平面的3个参数c、ix、iy，从而计算出方格各个角点的设计标高。

保持ix为定值

[P]·c+[Py]·iy=[Pz]-[Px]·ix

[Py]·c+[Py2]·iy=[Pyz]-[Pxy]·ix

保持iy为定值

[P]·c+[Px]·iy=[Pz]-[Py]·iy

[Px]·c+[Px2]·ix=[Pxz]-[Pxy]·iy

2.4.2计算程序。

（1）分方格网。根据自地形图上采集的自然高程点，用插值法计算出方格网上各角点的自然高程。

（2）优化设计标高。采用优化设计平面，以使土方量最小。挖填平衡，设计成一个平面，计算耕作田块各方格中心点的高程与坐标，并将各角点挖填深度结果标识出来。

（3）土方零线的绘制。在相邻角点一挖一填的方格边线上，按公式求得零点位置，连接零点即为零线，标识于图上。

（4）方格土方量计算。根据角点的挖填深以及零线的位置计算出各方格的土方，标识于方格内，“+”为填方，“-”为挖方。

（5）土方量汇总。将各方格的挖、填土方量分别按行进行汇总，计算出总的挖填土方量，由计算结果可知，挖填基本平衡（表11）。

平整土方：研究区挖方量为2.31万m3，填方量为2.28万m3，挖方全部用于回填；夯实田埂613.96 m3，平整区内单位面积平整土方量2 255.4 m3/hm2。

研究区总体土地平整土方量较小，可按现状适当加大农田水利设施投资。

2.5耕地质量等级评价研究区耕地土壤类型主要为荒漠土类型，成土母质多为粗骨性砾石和砂，所以土壤质地为较粗的砂砾土及砂壤土。

研究区土壤耕作性能一般较好，地势开阔，光热资源能满足作物的生长需要。然而，研究区耕作和灌溉管理粗放，水资源不足，灌溉设施老化，破损严重，道路规划布置不合理，路况较差，现有的农田防护林较少，不能达到有效防风减灾的效果，导致研究区现状耕地质量状况较差。整理前耕地质量等级评价见表12[11]。

项目通过综合治理后，使其他草地及沙地得到有效彻底的改造治理，灌排水利设施配套完善，生产条件和农业生态环境得到改善，使研究区耕地变成高产稳产田。研究区土壤肥力中等，项目实施后，通过灌排设施建设，促进底层土壤氧化，培肥了地力。整理后耕地评价分级见表12[12]。

从评价结果看，研究区整理前耕地为二等耕地，整理后提高到一等耕地，土地质量得到提高。项目实施后，要提倡多施用农家肥，以便培肥土壤，从根本上提高土地的生產能力；且要深耕土壤，因深耕能增加作物根系活动范围，增加土壤保蓄水分、养分的能力，减轻植物病害和杂草危害。深翻土地时建议采用机械和人工相结合的方式进行，深度要求达到25～35 cm，以打破犁底层，增加土壤水分含量。

参考文献

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[11] 国土资源部.青海省国土资源厅关于进一步规范高标准基本农田整理项目管理工作的通知（青国土资土[2010]24号）[A].2010.

[12] 青海省国土资源厅关于做好2010年青海省高标准基本农田整理项目选择申报工作的工作的通知（青国土资土[2010]18号）[A].2010.