基于灌区生态建设亮点工程与水文化建设工程探究

崔 进

(辽宁省铁岭市银州区水利局，辽宁 铁岭 112000)

1 概 述

亮点工程建设的内容主要包括灌排水工程建设、信息化建设、生态工程建设3部分。通过灌区亮点工程的建设，建立全渠道控制系统和田间工程规模化示范点，实现整条干渠灌溉系统的智能化配水和优化调度，成为灌区开展现代化灌溉的亮点，为灌区发展探索一条新模式[1]。

2 灌溉排水工程建设

2.1 管道布置

典型工程选取泵站设在末级渠系一侧，管道布置干、支两级，干管平行末级沟道，支管垂直干管，支管间距100m，支管长度700m，给水栓间距100-110m，每条支管上设7个给水栓，该地块干管长度1100m，支管长度8400m，并在管道最低处设置排水口，便于管道冲洗淤沙。

2.2 田间工程

根据典型工程规划布置，泵站位于干管中间，向两侧分水，干管沿孙家沟布置，2条干管总长度1200m。支管东西向布置，支管长度750m，每条干管控制6条支管，共12条支管。每条支管同时向一个给水栓供水。由于工程控制面积大，灌溉时可划分为7个轮灌小组进行灌溉，每个轮灌小组为每条支管上一个供水栓，每个轮灌小组的灌溉时间为19.29h，9d可灌溉一遍。

项目区小麦全生育期需灌水4次，毛灌溉定额为3000m3/hm2。按项目区灌水经验，分为越冬水、拔节水、抽穗水、灌浆水。玉米生长期一般灌溉2次水，即出苗水、抽雄水。灌水周期9d，灌溉流量500m3/h。

2.3 水肥一体化系统

系统首部设置大田施肥机，采用3-4路文丘里取肥器，由电磁阀控制流量，注肥量1-2m3/h，通过自动和手动两种方式来操控施肥机，自动方式下配有智能大田施肥控制系统，用户可选择合适的施肥程序完成施肥任务[2]。用户可以选择EC/pH监测模块，对肥液进行电导率和酸碱度的实时监测，并根据测量结果给用户提示。如果用户需要对灌溉末端的肥液电导率和酸碱度进行检测，也可通过无线方式将数据反馈回控制器[3]。

青海省《“十三五”特色农牧业发展规划》中提出牧区要以推进“全国草地生态畜牧业试验区”建设为契机，大力发展草地生态畜牧业和有机畜牧业，培育生态有机特色品牌，建成全国面积最大的有机畜牧业生产基地和规模最大、品质最优的藏羊生产基地，大力推进肉羊产业发展。近年来，青海省政府也出台一系列优惠政策，引导合作经济组织向畜产品加工、市场配送等领域扩展，创办经济实体。并建立良好的招商引资引智环境，吸引畜产品加工龙头企业与合作经济组织开展多种形式的合作，开展畜产品加工，鼓励畜产品就地加工转化增值。

2.4 泵站

扬水站管道输水灌溉系统选用10SH-13A离心泵。进水侧采用 DN350进水钢管，经渐缩管和 DN250 钢管与水泵连接；出水侧经DN20钢管和渐扩管与Φ315出水管连接。利用真空泵抽空，在出水侧DN200钢管上设置闸阀、止回阀。选用SC10-80/10/0.4干式变压器，设置配电屏一套，采用单干混凝土杆和低压电力电缆输电。扬水站建7.5m×4.0m 泵房，房屋面积30m3。 泵房高3.8m。 设C20混凝土底板，以安装水泵。

扬水站从斗沟取水，斗沟底宽4m，1：2土质边坡。灌水时斗沟水深3-4m。 设4.0m×1.0m进水池，池底与沟底齐平，三面设直立式浆砌石挡土墙，配活动式拦污栅。

3 信息化建设

该区域节水改造工程是现代农业产业项目区，根据现有水源条件，扬水泵站从孙家沟取水，信息化建设任务包括：水源地水位及水质监测、提水泵站远程控制、田间灌溉控制、视频监控以及控制管理信息中心。节水改造信息化典型设计如下：

3.1 水源地水位及水质监测

采用雷达水位计及拍照摄像机对孙家沟水位进行监测，遥测终端RTU采集水位数据，通过GPRS网络将水位数据发送到信息中心[4]。管理人员通过软件平台查看监测信息，综合了解河道水位、水尺照片等水情信息，及时掌握管辖区域内水情情况；为水利工程安全、防汛抗旱，水资源监控，辖区配水调度、量水测水提供及时有效的信息支撑，同时水源水位数据还可以为提水泵站的自动启停提供数值参考[5]。

采用水质在线传感器对水质五要素进行监测，信息中心可实时查看河流水质情况，水质的好坏直接影响到农作物的生长状况及产量，管理人员可根据具体水质状况指导农户适时灌溉。

3.2 提水泵站远程控制

采用PLC作为泵站控制单元，实现泵站电机与辅助设备的现地和远程操作，从而实现泵站的遥测遥控及输配水自动化。通过网络可对泵站进行控制，完成对设备参数和运行工况的实时监测，有效地提高系统设备的可靠性和自动化水平与管理[6]。

采用超声波流量计对管道出水流量进行监测，通过PLC可统一把泵站运行参数、出水流量等信息上传到信息中心，管理人员可随时掌握泵站运行时间、灌溉所用流量等参数，可根据作物的灌溉需水量控制灌溉时间，为提高农作物产量、节约水资源提供保障，同时对水资源管理、水费收缴带来便利。

3.3 田间灌溉控制

通过对各灌溉组管道的电动阀进行远程管控，并根据各个灌片的土壤水分情况，信息中心可直接远程控制电动阀来进行灌溉或停灌，同时把阀门启闭状态反馈给信息中心。还可以通过土壤墒情监测数据，设置土壤水分灌溉阈值，电动阀能根据这阈值自动开闭，逐步实现灌溉自动化。田间灌溉控制系统可根据土壤墒情状况及时的进行适时灌溉，可实现优化配水、节约水资源的目标。

3.4 视频监控

在泵房内布置枪机、田间灌溉区布置室外球机；对泵房内和田间灌溉区周围的现场情况进行全方位的监视和管理。

通过视频图像可实时观察作物生长状况及观察病虫害状况，也能起到环境监控与安防的作用，实时采集到的视频信息可以存储在信息中心的硬盘录像机中，作为历史资料，对于事故分析，责任排查，都具有非常重要的价值。

3.5 信息中心

信息中心需要从先进性、实用性、稳定性和可扩展性的角度出发，建设一个设备先进、安全可靠、功能分区和环境舒适美观，能以声、光、电等多种形式服务于灌区业务的信息中心[7]。

同时在信息中心建设信息化管理平台，它总览整个项目区水源水位、泵站运行、自动化灌溉、农作物生长情况，对项目区的灌溉用水实施监管和控制，同时能够进行数据分析和灌溉决策。

4 水生态保护与水文化建设

本案亮点工程在孙家沟西侧，以管道输水为主，取水段位于孙家沟扬水站部位。在水生态保护工程方面，此处孙家沟供水渠道重点打造为生态护坡；主要以多孔结构护坡结合植物护岸塑造节水、生态、现代化样式的生态渠道。

4.1 生态护坡型式选择

多孔结构护坡是利用多孔砖进行植草的一类护坡,常见的多孔砖有八字砖、六棱护坡网格砖等。这种具有连续贯穿的多孔结构，为动植物提供了良好的生存空间和栖息场所,可在水陆之间进行能量交换，是一种具有"呼吸功能"的护岸。同时,异株植物根系的盘根交织与坡体有机融为一体，形成了对基础坡体的锚固作用，也起到了透气、透水、保土、固坡的效果[8]。

可以根据不同的需求选择不同外形的多孔砖或预制夯；多孔砖的孔隙既可以用来种草，水下部分还可以作为鱼虾的栖息地；排水性和透水性好，可实现自由排水；具有较强的水循环能力和抗冲刷能力，能较好的抵抗流失作用，同时可以调节相关的小气候。

1)护坡基地应夯实，常规水位高度至沟渠底部应做混凝土防渗层；坡度<60°，并且在表面做粗糙处理，为两栖类动物上岸提供方便，多孔砖铺贴层以上另培植种植土。

2)多孔砖铺设前需制作混凝土护脚和底模，以防止多孔砖向底部滑移；之后铺设双向反滤土工布。多孔砖铺设应紧密，防止急流冲刷脱落。

3)种植植物应附带网兜种植土，整体培植入多孔砖孔洞内压实，可选之物主要为浅根系植物。

4.2 植物护坡方案

植物型生态护坡是通过在岸坡种植植被 ,利用植物发达根系的力学效应(深根锚固和浅根加筋)和水文效应(降低孔压、削弱溅蚀和控制径流)进行护坡固土、防止水土流失,在满足生态环境的需要的同时进行景观造景。护坡植物拟选择环境适应能力强的滁菊和黄花菜两种花卉。护坡与道路之间拟选择雏菊、波斯菊、二月兰为树下绿化植物。渠道堤顶公路行道树拟选择栾树、合欢、榆树。

4.3 生态排水沟功能

传统的人工排水沟具有可持续发展能力差且功能单一的特点[9]。而现代建设的生态排水沟不仅具有过滤屏蔽与栖息地功能，还具备完整的社会服务功能。

生态排水沟是在传统排水沟的基础上，两侧以大面积绿化固定边坡或铺设可透水的蜂窝状混凝土预制板以保持农田排水畅通和维持边坡稳定[10]。亮点示范工程部分孙家沟渠道排水沟宽度较窄，考虑实际成本与总干渠道截碱沟生态化形式，此部分生态排水沟主要采用植物型护岸，在水工建筑物部分区域进行混凝土硬化，在边坡上栽种一些容易吸收氮磷、农药等污染物且不太阻水的水生植物，由此构成稳定的生态减污型排水沟系统，并在满足农田排水涝、防渍标准要求下，设置宽顶堰形式拦水堤坝(闸)，来实现控制排水与排水计量，减少氮、磷和农药等有害物质向区域水体的排放。

生态排水沟植物种植设计：采用乔木灌木以及花卉相结合的方式，观叶高大乔木可采用孤植或对植的形式散布在沟渠两侧，常绿乔木采用行列栽植的形式种植，灌木则可群植在两侧的乔木之下，地被类植物丛植地表层，在空间上形成中高低使其在竖向上层次分明丰富空间感[11]。排水沟内水生植物选择为芦苇、菖蒲、鸢尾等具有水体净化功能的水生植物，具有生态功能的同时还能美化环境。植物选择为：首先以选择当地植物为主，如柳树、槐树、榆树、石楠、金叶女贞、麦冬、波斯菊、芦苇、菖蒲、鸢尾等。

鸢尾：耐寒性较强，生于浅水中，喜阳光充足，气候凉爽，耐寒力强，亦耐半阴环境。

4.4 毛渠

毛渠为田间灌溉渠道，直接服务于农田灌溉。田间灌溉渠道除基础硬化、渠道衬砌以外，主要以节约用地为标准。

4.5 水生态与水文化建设

地下水质监测点16处，总干渠两侧设防护网共91.3km；总干渠两岸生态护坡总长度2.5km，总干渠两岸水位以上植物护坡共76.8km，截碱沟提升改造为生态排水沟总长度2.5km；总干渠建筑物美化座133，其中：节制闸外立面提升改造6座，引水闸55座，生产桥修复(防撞护栏)45座，渡槽及周边环境美化改造27座；干渠及以下渠道建筑座美化141座，其中节制闸外立面提升改造11座，水闸外立面提升改造105座，渡槽及周边环境美化25处；管理所景观景观提升改造16处，水文化展览室1处，文化墙建设16处，总干渠两岸设置宣传牌8处等。

5 结 语

根据现代灌区内涵要求，结合灌区实际情况，进行灌溉排水工程、信息化工程、水生态保护与水文化建设、现代灌区管理等4方面的布局与调整。到2030年，根据水利现代化建设标准与要求，使得灌区应达到以下功能。

1)具有较为完善的防洪、除涝体系，防洪除涝工程达到规定的设计标准，灌排建筑物、灌溉渠道设计防洪标准10-20a一遇，灌排工程设计使用年限达到30a一遇及以上。

2)灌溉设计保证率达到50%，其中高效节水灌溉工程灌溉设计保证率达到80%。

3)渠道输配水工程完备，田间工程布局合理，配套齐全。渠道配套率≥95%，田间工程配套率达到95%以上，田间灌溉水利用系数达到0.9以上。

4)节水灌溉工程面积达到有效灌溉面积的90%以上，灌溉水有效利用系数达到0.69。

5)排水工程健全，避免作物遭受涝渍灾害，防止土壤盐碱化。农田排涝标准达到10a一遇以上。