农田灌排生态工程建设研究

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摘要:成都市现有的灌排工程不足以支撑节水灌溉和生态文明建设，存在混凝土衬砌渠道硬质化、人工排水沟破坏生物生存环境、农业面源污染严重等问题。提出了生态渠道、生态型排水沟、农田生态拦截沟的设计原则，以期提升农田灌排生态工程建设水平。

关键词:成都市;农田灌排;生态工程

1生态工程建设的提出与发展

2018年5月18日在北京召开的全国生态环境保护大会上，确立了生态文明思想，提出“生态兴则文明兴、生态衰则文明衰的深邃历史观”，为推动生态文明建设、加强生态环境保护，提供了科学的思想指引和强大的实践动力。1962年，美国学者奥德姆(H.T.Odum)首先提出生态工程是“为了控制生态系统，人类应用来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”［1］，把生态学应用到工程这一新领域。生态工程不同于人为地单一保护局部环境的传统环境保护工程，它强调利用自然的力量来恢复生态系统以达到保护环境以及周边衍生产品的目的，抗外部干扰性强，在合理的代价范围内保持较高的可持续能力，由此产生长远的工程效益。成都市地处四川省中部，属于长江水系岷江及沱江流域，全市总面积12121km2，多年平均降水量991.8mm，多年平均径流量77.44亿m3，多年平均地下水资源量32.53亿m3。2016年，成都市总用水量61.04亿m3，其中农业用水占比53.1%，居于主导地位［2］。2016年成都市用水量各部分占比如表1所示。成都市农业用水量如此之大，都江堰灌区灌溉水利用率超过四川省水利发展十三五规划规定的四川省灌溉水利用率约束目标0.48。一个良好的灌区生态系统应较好地支撑粮食供应和改善居民居住环境，调节气候，维持生物物种多样性，同时带来一定的旅游效益。现有的灌溉工程建设对河流自净能力产生了一定程度的破坏，农业面源污染严重，土壤结构变化，导致农业生产力降低，高效节水是当前亟待解决的现实问题。

2农田灌排工程中存在的问题

2.1渠道建设存在问题。传统的渠道采用混凝土衬砌，使用过程中具有实用、美观、运行安全的优点，但传统渠道在注重提高渠道输水能力时，忽略了原有渠道内水生生物和两栖动物的生存环境，导致渠道自身水质净化能力大大降低。各种植物和水生生物由于混凝土渠道的封闭，导致在坡面上无法生长和渠道内无法生存，大大降低了农田生态系统的物种多样性。混凝土的阻隔造成水循环和地下水补给障碍，可能引起地下水位降低。2.2人工排水沟设计存在问题。人工排水沟能够满足排水的要求，但往往设计成笔直的沟渠，采用混凝土衬砌护坡，垂直的护坡使两侧岸边植物无法生存，沟道内水流流速加快，破坏了动植物、富有微生物的生存环境，进而使水体的自净化能力和自调控能力降低。混凝土衬砌的密实度阻碍了沟道与陆地之间地下水的连通，这种结构功能单一且可持续能力差的人工排水沟给沟道的生态环境平衡和物种多样性造成了极大的破坏。2.3农业面源污染问题突出。近年来，丘陵山区的农业面源污染问题日益突出。农田中化肥和农药在农作物生长期间用量的把控不当，导致农药残留超标和土壤残存的氮磷化肥超标。在降雨作用下，农田土壤中的可溶性污染物随着水土流失将氮磷化合物流入河流湖泊，引起水体的富营养化加剧。农业面源污染的因素众多，包括气象因素、土壤结构及地形地貌均对污染源的运动扩散有影响，从根源上防止农田沟渠中氮磷物质进入水体，是农业面源污染治理的关键技术问题。

3农田灌排生态工程建设的措施

3.1生态渠道的设计原则。农田生态渠道在设计时遵循尽可能降低采用混凝土衬砌的原则，确有必要修建混凝土衬砌时，应兼顾生态方面的要求设置生态廊道。采用草皮坡护坡时，保证种草直至草坡长成之前杂草的清除，选用免维护耐淹的两栖草种，宜乔木灌木草丛结合形成局部立体空间的方式护坡，同时要格外注意引进外来物种时的前期调研工作，避免物种入侵［3］。修建衬砌渠道时，要选用环保材料，营造适合渠道原有水生生物和两栖动物的自然生存环境，兼顾水利工程经济效益和生态环境效益，体现人与自然和谐共处的理念。3.2生态型排水沟的设计原则。生态型排水沟在设计时，始终强调环境友好型和可持续发展的原则。首先，设计纵向沟道时尽量保持沟道的蜿蜒性，提供更加适宜的生态环境给多样性的生物，满足动植物群落复杂性生长环境要求［4］。其次，纵断面遵循适应性原则，采用浅滩和深潭交替的布置，保留原有水质、水深及水温流速的差异变化。再次，沟道横断面采用多样化的形式，横断面较小的可考虑采用梯形断面，横断面较大的可设计成带有滩地植被的复式断面。最后，在陆地和沟道之间要考虑设置由植被组成的缓冲带，不仅能够保护当地物种，防止污染物及泥沙进入水体，缓冲带种植的植被林草还能收获显著的经济效益。3.3农田生态拦截沟的设计原则。农田生态拦截沟设计是在农田系统中设置一些沟渠，同时配备多种植物，对土壤中氮磷等物质进行拦截、吸附，防止随水土流失进入水体，达到净化水质、减少农业面源污染的一种措施。农田生态拦截沟由生物部分和工程部分两部分组成。生物部分指的是在沟底及沟道两侧种植植物，工程部分主要有沟道、生态拦截坝及节制闸等。植物种类的选择以对氮磷营养元素吸收能力强为前提，抗外界干扰能力强，能够兼顾经济效益和良好生态景观的作用。沟道两侧植物主要选用当地自然交替的两栖植物，若辅助人工种植季节交替外来植物，则应提前做好充足的前期调查工作。沟中可种植马来眼子菜、金鱼藻等沉水植物。在水生植物生长期间，要注意做好植物的管养工作。工程设计中，尽量在沟底和边坡采用土质设计，在排水沟出口处设立节制闸，采用碎砖、炉渣等建筑废弃多孔材料建成透水坝。通过水生植物对水流养分的吸收，沟道流速减缓，有利于水流泥沙、颗粒物的有效沉降。生态工程对氮磷有机物质的立体式拦截，能够有效拦截和清除污水、水体垃圾、泥沙、漂浮物，达到净化水质、减少农业面源污染的目的。

4结语

生态渠道中，尽量减少使用混凝土衬砌，改用环保材料护坡。生态型排水沟要考虑沟道纵向的蜿蜒性和浅滩与深潭交替设置。横向断面则依实际情况采用梯形小断面或滩地植被覆盖的复式断面，农田生态拦截沟可利用节制闸、多孔性材料组成的透水坝等工程措施。选用护坡两栖植物及沟底水生植物时，要尽量采用生长旺盛、易于管理的当地植物，同时兼顾经济效益和生态景观效益，体现人与自然和谐可持续发展的生态新理念。

参考文献:

［1］段红东.生态水利工程概念研究与典型工程案例分析［J］．水利经济，2019，37(04):1－4.

［2］1997－2016年四川省水资源公报［EB/OL］．四川省水利厅网站

［3］陈科巨，蔡其成，王兴华.水田灌区混凝土渠道生态改造技术探究［J］．水利建设，2018，(10):285－286.

［4］姜波.生态型农田排水沟设计［J］．水利科技与经济，2014，20(06):101－103.

作者:袁素勤 刘艺平 雷明慧 李咏梅 单位:四川水利职业技术学院