岩溶地区现代农业公园小型水源蓄水工程设计

陈 曦，梁 和，符 慧，冯 雄，林 茹，张晓波

(1.琼台师范学院，海南 海口 571127；2.海南灌排技术开发有限公司，海南 海口 570208)

1 建设背景

2009年10月9日，云南省委、省政府从统筹区域治理、保护、开发的高度，决定设立阳宗海风景名胜区。在已形成的产业体系之下，为调整和优化阳宗海区域的经济结构，昆明市人民政府拟在阳宗海风景名胜区境内，拥有良好区位优势、一流生态环境、广阔用地空间的梁王山，规划建设现代农业公园，形成工业园区、旅游园区、农业园区三轮驱动的产业格局。

2 工程概况

2.1 项目区位

梁王山现代农业公园规划区位于阳宗海风景名胜区西南部，地处“滇中第一名山”梁王山主峰北侧，是阳宗海流域(珠江流域)和滇池流域(金沙江流域)的分水岭区域，总面积104.18km2，分为马郞脚步哨片区、阳宗北斗片区、饮马池片区。

2.2 产业布局

规划区中产业集中建设区约40km2，分为以农业种植与乡村旅游为主导产业的万亩大田园生产示范区、以打造全省生物资源研发中心与绿色食品精深加工基地为目标的绿色食品精深加工区、以及农业电商聚集区三大产业功能片区。

2.3 水资源开发与利用

规划区内已建石寨河水库、七星河水库2座小(1)型水库和马寨子水库、三坝水库、三岔箐水库3座小(2)型水库，以及脚步哨坝塘、净莲寺坝塘2座小坝塘，总兴利调蓄库容约220万m3，多年平均可供水量约250万m3，开发利用程度较低，仅为10%，对规划区内水资源量调蓄能力较弱。由于已建水库高程较低，主要用于阳宗坝区供水。目前，梁王山现代农业公园范围内的灌溉供水主要来自距离2.3km的石寨河水库远距离提水及农户自用水泵从河道抽水，缺乏调蓄性水源工程，灌溉面积仅占耕地面积的30%～40%，且在枯水期大量抽取河水容易造成河道断流。

2.4 地形地貌

规划区内主要为高山林地、山地、草坝，海拔在1376～2800m之间，地形起伏较大。该区岩溶类型为亚热带高原山地岩溶，受地形、岩性、构造及水动力条件的控制，区内岩溶化程度差异明显，形态多样。地表岩溶形态以石芽、溶沟(槽)、洼地、溶洞为主，其中，分水岭地带洼地呈串珠状分布，洼地底部多为粘土覆盖，底部常嵌套有落水洞、漏斗，是地下岩溶管道的补给区。地下岩溶形态以落水洞、溶洞、岩溶通道和溶孔为主，规模差异大，具有多层性，延伸方向受岩层层面、构造裂隙的控制，是地下水补给和径流的主要通道。

3 面临问题

3.1 水资源与产业发展供需矛盾

由于流域水资源存在资源性、时空性、工程性短缺，同时，规划区位置特殊，其分水岭的区位决定了水资源本底较为贫乏，随着产业的发展，水资源供需矛盾将越来越突出，成为制约产业发展的瓶颈。

3.2 地质结构特殊制约水库建设

岩溶水文地质条件的特殊性，导致已规划的小水箐、梁王箐2座小(1)型水库均无法施工，库区存在发生滑坡、坍塌、泥石流等地质灾害隐患，以及岩溶渗漏成为制约水库成立的主要工程地质条件[1]。因此，不能以常规建设水库提供集中式水源供给方式解决用水问题。

3.3 地形起伏较大增加中小型水库供水成本

规划区地形起伏较大，成片的农业种植区位于地势相对平缓的坡地，而中小型水库需建在腹地开阔易于汇水的洼地，建设水库供水存在提水成本高、输水距离远、水源不足等问题，难以满足农业灌溉需求。

4 设计理念

4.1 总体目标

综合考虑地质条件、工程投资、建设难度、环境适宜性及产业功能定位等多方面因素，提出解决水资源供需矛盾的工程措施，选定合理的农业灌溉水源布局和农业水源特殊调蓄水工程建设方案，建立满足梁王山现代农业公园产业发展需求，适宜岩溶地区，兼顾农业蓄水与科普观光的高效蓄水、节能环保、节约用地的小型水源创新体系，促使区域传统农业向现代化农业转变，实现区域农业经济的可持续发展。

4.2 设计原则

4.2.1地质适宜性原则

遵循地质适宜性原则，针对岩溶地区存在的地表水流失与地下水漏失加速石漠化，地下管道、溶洞、地下暗河等地形地貌难以承受水库荷载产生地质灾害、水源渗漏等问题，提出适宜地质环境承载力的分散多点、覆膜防渗的小型塘坝蓄水、供水系统。

4.2.2节水蓄水原则

遵循节水蓄水原则，针对岩溶地区地表裸露岩石多、土壤薄且易流失、地表渗水性强、蓄水困难等问题，因地制宜提出采用滚水坝+水窖、水闸+水窖的引蓄水方式，多途径收集存储水资源。

4.2.3节能环保原则

遵循节能环保原则，针对该地区太阳能资源较充足的特点，提出在农业种植区采用光伏板建设大棚，并收集太阳能作为小型提水、加压设备，照明设施的能源，探索太阳能在工程节水蓄水增值技术上的应用。

4.2.4节约用地原则

遵循节约用地原则，针对充分保护耕地、减少耕地占用问题，高水高用、低水低用进行农业灌溉用水布局。因地制宜布置塘坝、滚水坝、水闸，适时调蓄水。种植区就近采用结构安全、施工方便、投资适中的分散式地下水窖蓄水，其上覆土种植，不占耕地。

4.2.5服务科普原则

遵循服务科普原则，将适应岩溶地貌的农业灌溉技术与农业公园的现代农业观光相结合，通过农业灌溉工程的可视化设计，展示农业水源的输送、蓄积、灌溉等过程，实现融知识性、科技性、趣味性于一体的农业旅游科普。

5 工程设计

本次工程设计选择在规划区东北部马郞脚步哨片区，其西北部、马寨子水库上游，划定典型试点区，面积为1.73km2。将该区作为梁王山现代农业公园农业灌溉小型水源的最小完整单元提出方案设计，实践成果最终推广至整个规划区。

5.1 蓄水设计

典型试点区内调蓄水工程主要为该区域的耕地提供灌溉水源。工程布置遵循因地制宜、高水高用、低水低用、空间均衡等原则，采取塘、坝、闸、水窖相结合的蓄水方式，逐步构建水资源合理配置的时空调控格局，总蓄水量为22.60万m3，满足2000亩耕地灌溉用水需求，见表1。

表1 蓄水建筑特性

5.1.1持续性蓄水设施

在典型区域内地势开阔，具备充足蓄水条件的地方布置塘坝2座，其中1#山塘，总库容6.90万m3，正常蓄水位库容4.70万m3，死库容0.19万m3；2#山塘总库容6.03万m3，正常蓄水位库容4.85万m3，死库容0.08万m3，持续性蓄水、占用土地。1#山塘与2#山塘皆设置溢洪道泄洪，设置放水涵洞引水。为应对渗水问题，在山塘区采用埋入式铺设土工膜防渗方案，减少渗漏损失。

注：根据DB53/T 168—2013《云南省用水定额地方标准》，结合实地调查结果，拟定各种作物的灌溉定额，并计算可灌溉面积。

5.1.2阶段性蓄水设施

在地势较陡峭，具备少量蓄水条件的地方布置滚水坝及配套蓄水设施1套，根据山洪水流量阶段性蓄水、占用土地。滚水坝拦蓄山洪后通过输水管将水引至防止蒸发的地埋式A型水窖蓄水。A型水窖采用C20砼结构，为长20m，宽10m，高5m，上拱高5m的矩形水窖，壁厚为15cm，单个容积为1500m3，如图1所示，适宜布置在坡度较缓区域。根据滚水坝周边地势情况，将A型水窖设置为4排3列和2排3列的形式集中布置，共18个A型水窖，总容积为2.70万m3。

图1 A型水窖设计

5.1.3偶发性蓄水设施

在地势陡峭，不易蓄水的地方布置水闸及配套蓄水设施3套，在山洪期偶发性蓄水、占用土地。

1#水闸两岸地势相对较缓，配套选用A型水窖蓄水。根据1#水闸周边地势将A型水窖按3组2排3列和1组2排4列的形式集中布置，共26个，总容积为3.90万m3。

2#、3#水闸两岸地势相对较陡，配套选用B型水窖蓄水。B型水窖采用C20砼结构，为直径5m，高6m，上拱高2.5m的圆形水窖，壁厚为10cm，单个容积为150m3，如图2所示。根据2#、3#水闸周边地势，设计在水闸两岸各布置一条输水管道，将B型水窖按2排的形式串联布置，2#水闸共布置200个B型水窖，总容积为3.00万m3；3#水闸共布置230个B型水窖，总容积为3.45万m3，水窖间距为1m。

图2 B型水窖设计

5.2 景观设计

为满足梁王山现代农业公园的农业观光与科普功能，蓄水设施的设计注重调蓄水过程的可视化与游客的可达性。B型水窖的窖口内径70cm，壁厚24cm，采用玻璃钢板覆盖，水窖窖口之间为覆土种植带，在连续排列的水窖上方离地1.2m处架设景观廊桥，正对窖口处采用玻璃钢板桥面，种植带上方采用木质桥面，游客在桥上游览时可透过玻璃钢板看到水窖中调蓄水以及灌溉过程，通过农田蓄水灌溉设施的可视化设计，增加游览的趣味性与观赏性，如图3所示。

图3 B型水窖与景观桥设计

5.3 节能设计

为充分利用当地太阳能资源优势，在A型水窖区尝试建设光伏农业。A型水窖建设于地面以下，覆土厚度大于70cm。光伏板采用钢结构立柱支撑，板离地高度为2.2m，板下种植区域宽度为3m，板间种植区域宽度为2.5m，可满足作业幅宽为2.5m的中小型农业机械的使用，如图4所示。光伏农业种植模式既可为农作物避风挡雨，适度遮阳，合理透光，还可借助光伏板与支架配置防虫网与棚顶倒挂式微喷灌设施，同时，为水窖提水灌溉提供电力，并通过手机或电脑控制实现定时定点定量灌溉。

图4 A型水窖与光伏农业种植设计

6 结语

为应对山地岩溶地区水库供水存在渗漏、安全隐患、供水成本高等实际问题，本文提出小型化、分散多点因地制宜布局塘坝、滚水坝、水闸、水窖等组合式蓄水模式，以达到节约用地、保障防洪安全、高效供水等目的。针对产业发展需求，结合农业蓄水设施，提出利用太阳能建设光伏农业，通过可视化增加游览趣味性与观赏性的特色方案设计。以期为岩溶地区发展现代农业公园，建设促进绿色发展的节水节地节能的高效农业蓄水、促进农业观光与科普教育相融合的可视化农业小型水源设施提供经验。如何将该模式有效推广至整个公园及类似地区，并进行优化改良仍值得继续探索。