克拉瑪依農業綜合開發區排水工程總體布置方案探討

王淑虹

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司，新疆石河子，832000)

1 農業綜合開發區概況及地位

克拉瑪依農業綜合開發區(以下簡稱“農業開發區”)位于克拉瑪依市東南部9km處，地理坐標東經84°49′26″～85°21′39″，北緯45°21′33″～45°40′17″，總面積554.9km2。西北抵準噶爾盆地西部界山加依爾山前山腳，南依天山北麓，東臨古爾班通古特沙漠，屬于典型的中緯度內陸盆地干旱和多風沙生態環境，原始地貌大部分呈戈壁荒漠景觀，自然生態條件比較惡劣。整個農業開發區呈條帶狀分布，東西最寬13.7km，南北最長42km。農業開發區海拔高程在268m～280m之間，整體地勢由西南向東北緩慢傾斜。屬于典型大陸性干旱荒漠氣候，多年平均氣溫8.1℃，多年平均降水量105.3mm，平均蒸發量1746.2mm?？死斠蓝嗄昶骄L速3.7m/s，風向多為NW，多年平均年最大風速為28.4m/s。災害天氣主要有大風、干熱風、干旱、凍害、霜凍、冰雹等。

農業開發區自建成到現在已經運行20余年，昔日的戈壁荒原變成了農業經濟較為發達的人工綠洲，對涵養水源、調節溫度和防風固沙起到了重要作用，并在一定程度上遏制了土地沙化，在克拉瑪依市與古爾班通古特沙漠之間建立了一道綠色屏障。目前，已建成擁有現代化管理水平的、新型的，集社會效益、經濟效益和生態效益為一體的現代農業綜合開發區，已發展成為“國家農業綜合開發克拉瑪依項目區”、“克拉瑪依現代農業示范區”，集農林牧、農工貿、產銷一體的生態節水型現代化農業開發區初步形成。農業開發區的建設，對克拉瑪依市社會穩定、可持續發展起到了積極作用。

2 存在主要問題

農業綜合開發項目經過逐年實施，現在基本上已達到規劃面積，伴隨土地資源開發的深入，農業開發區經濟得到快速發展。農業開發區自建設以來，一直是有灌溉無排水地運行，農業生產中一些潛在的因素使該區又面臨著一系列的問題，地下水位抬升、土壤鹽漬化日益嚴重，項目區土壤出現不同程度的鹽堿化。通過對目前運行情況進行分析，除去自然因素之外，人為因素方面的問題主要包括灌溉制度不完善、排水系統不配套、科學管理意識不強等。

2.1 灌溉制度不健全、不完善，灌水量嚴重超標

對節水灌溉管理認識不足，高效節水設施執行灌溉制度不到位。灌水標準、灌溉周期和實際灌溉脫節，存在先進灌溉方式不節水現象，灌水量明顯超標，原設計年灌水量為280m3/畝，而某些地段的實際灌水量已接近600m3/畝，過度的灌溉使地下水補給量迅速增加。

2.2 排水設施不配套，土壤次生鹽漬化日益加重

不科學的灌溉方式，不配套的排水設施，進一步加劇了土壤鹽堿化程度。近年來，農業開發區地下水位有不斷抬升之勢，潛水蒸發造成地表積鹽極易引起土壤次生鹽漬化。農業開發區農田有86.96%的土壤處于不同程度的鹽漬化，主要為輕、中度鹽化。潛水埋深在0～2m之間區域已占總面積的25.17%，潛水大部分屬高礦化度咸水，礦化度>10g/L的區域已占總面積的78.34%。農業開發區目前不斷上升的劣質地下水，土壤的鹽漬化加重傾向，對人工綠洲的生態穩定性提出了嚴峻挑戰。土壤鹽堿化嚴重的地方，由于地下水位上升造成部分地段返鹽返堿，一些不耐鹽堿的造林樹種出現了干梢、枯死等現象，有的幼齡林甚至大面積死亡，自然植被減少，土地日趨荒漠化，生態環境惡劣，危及克拉瑪依市人民的生活環境，制約農業開發區經濟的進一步發展。

2.3 系統設施維護及科學管理意識不強

由于灌溉面積大，管網多，管理不到位，管網損壞現象時有發生，以致于系統存在非正常漏水現象，引起部分地段積水較多。水管人員和用水戶缺乏水利專業技術知識，再加上專業技術培訓力度不夠，節水意識不強，私自打開閥門進行灌溉的現象時有發生，造成大量的地表水下滲。土地分散經營，不方便統一管理。

3 排水方式選擇

調控淺層地下水的主要排水工程措施有：明溝排水、機井排水和暗管排水。由于農業開發區已建成了較完善的輸水管道、節水灌溉系統且存在不同的土質，各排水方案適用程度也不一樣，現分述如下。

3.1 明溝排水方式

明溝排水系統由各級排水明溝及其建筑物和承泄區組成，其排水溝布設間距大，因此，排水排鹽速度慢。明溝排水針對開發區的適用性較低。首先，雖然明溝排水一次性投入較低，運行、維護技術簡單，但邊坡容易滑塌，溝道淤積嚴重，同時維修勞動強度大；其次，農業開發區完善的管網、道路、林帶系統，使用明溝排水需要建立很多交叉建筑物。目前，土地已分包給各公司和個人，且承包年限大多在30年以上。經計算，若采用明排排水方式，明排工程占地率約為10%，會嚴重減少農業開發區的耕地面積，占地協調溝通困難且賠償較大，故此方案不可行。

3.2 豎井排水方式

豎井適宜于具有較好透水性土層、潛水與承壓水的水力聯系良好的排水地區，降深一般較大。其單井控制面積及出水量較小，排水管線相對復雜，增加了后期維護的工作量。由于開發區土壤質地的滲透系數均較小，單井控制面積小，動用機電設備和消耗動力較多，并且潛水與承壓水間存在致密的夾層，不能很好地降低潛水位，因此豎井排水不適于農業開發區。

3.3 暗管排水方式

暗管排水較適用于粉土、粉細砂地層，具有施工、管理方便，占地少，排水排鹽量大、速度快，加速土壤脫鹽及淡化地下水等優點。2015年農業開發區開展了暗管排水試驗工程，試驗區凈耕地面積64.12hm2。根據《克拉瑪依市農業綜合開發區2015年水土安全治理試驗工程——自動化檢測控制系統2016年度總結報告》，試驗區實施地下暗管排水工程后，有效地控制了地下水埋深，地下水位由2015年的1.12m下降到2016的1.4m。暗管的鋪設使得地下水合理地排出，保證了耕層土壤中鹽分可通過灌溉向下淋洗，控制地下水中的鹽分不能向上進入耕層土壤，效果良好。對農業開發區而言，由于暗管排水管埋在地下，對地表耕地影響較小，且現多采用開溝鋪管機進行施工，速度快、精度高，在試驗區取得了良好效果。因此，結合農業開發區的實際，推薦排水方式采用暗管排水方案。

4 排水工程總體布置方案

4.1 排水工程布置原則

在查清地下水上升和土壤鹽化成因、類別的基礎上，抓住主要問題，從實際出發，進行統一規劃，連片治理，防治結合，全面安排，分期實施，講求經濟實效。鑒于農業開發區目前已建設有完善的主要干支管管道及田間地埋供水管道、交通道路、林業等設施，排水工程布置主要依據以下幾個原則進行：

(1)盡量減少工程占地、方便施工；

(2)力求工程運行費用低，運行管理簡單方便；

(3)布置應減少與已建供水管網、道路的交叉，以避免造成因工程交叉影響下游灌區的灌溉，降低生產、生活、交通的影響。

4.2 總體布局

根據農業開發區屬于四周較高、中部低鍋底型地形特點，排水工程分為場內排水系統和場外排水系統兩大部分，總體排水布置方案為場內自排、場外抽排方案。即在場內設置吸水管、集水管及支排，以自流型式流至設置于農業區最低點的集水池，然后在集水池處設置揚水泵站，以揚水抽排形式進行排水。

場內排水系統包括吸水管、集水管、支排管、集水池和揚水泵站。場外排水系統包括場外總干排管1條。吸水管平行于田間地埋干管，南北方向布置，在田間分別由田間兩端向位于條田中部的集水管匯集，集水管平行于供水支管布置。經集水管匯集的排水，向南北方向布置的支排管道匯集，最終排水匯集于設置在項目區中部最低處的集水池，在集水池旁設置揚水泵站，通過揚水加壓形式將排水外輸至距項目區以東約15km的無名湖。

圖1 排水工程總體布置流程

4.3 排水分區

由于農業開發區場內的供水主干管、一干管、二干管管徑較粗且埋深較深，無論是場內的支排還是干排，其穿越以上三條管線都十分困難，因此，為方便施工，減少工程量，先擬將大田農作區分成3個排水小區。具體分區如下：主干管(白云大道)以西，藍天大道(一干管伴行)以北為Ⅰ區；藍天大道以南大田農作區區域為Ⅱ區；主干管(白云大道)以東，藍天大道(二干管伴行)以北大田農作區區域為Ⅲ區。

4.4 場內排水方案及布置

在農業開發區現有兩條供水支管之間的條田中部設置較長的平行于供水支管的田間集水管，通過田間集水管匯集各區中部設置的支排，最后匯集于集水池。

4.4.1 Ⅰ區排水布置

根據供水支管長度及埋深、結合地形情況，為減少位于兩供水支管中部的排水集水管挖方，盡量使位于支排兩側的排水集水管長度相等，即選擇在供水支管中段區域，根據已建供水支管布置情況，選擇在現狀白云三路西側布置一支排，基本滿足以上要求。一支排西側集水管匯集西側吸水管的地下水水量，東側集水管匯集東側吸水管的排水水量。根據地形特點，西側集水管自西向東匯集，東側集水管自東向西匯集，一支排流量自北向南匯集兩側集水管自流至集水池。Ⅰ區布置集水管12條(47.7km)，支排1條(4.55km)。

4.4.2 Ⅱ區排水布置

布置同Ⅰ區。二支排西側集水管匯集西側吸水管的地下水水量，東側集水管匯集東側吸水管的地下水水量。根據地形特點，西側集水管自西向東匯集，東側集水管自東向西匯集，二支排流量自南向北匯集兩側集水管自流至集水池。Ⅱ區布置集水管15條(56.01km)，支排1條(5.51km)。

4.4.3 Ⅲ區排水布置

三支排西側集水管匯集西側吸水管的地下水水量，東側集水管匯集東側吸水管的地下水水量。根據地形特點，西側集水管自西向東匯集，東側集水管自東向西匯集，三支排流量自北向南匯集兩側集水管水量至藍天大道，然后在藍天大道北側布置平行于藍天大道的三支排延伸段，最終三支排穿越總干管末端后，匯水于設置在藍天大道與白云三路西北交叉處的集水池。Ⅲ區布置集水管8條(14.87km)，支排1條(9.47km)。

4.4.4 集水池及首部布置

集水池位于藍天大道與白云三路交叉點的西北區域，設置集水池1座，為將地下水順利排出，需設置排水泵站1座。

圖2 排水分區及場內排水布置方案布置示意

4.5 場外排水方案及布置

場外布置應與排水容泄區位置的選擇綜合考慮確定。根據項目區南側區域地形、地物特點，外排方案初步選擇為項目區東側無名湖，現狀條件下屬于天然葦湖，考慮采用土地處理系統，在緊鄰葦湖區域培育耐鹽植物種植區，利用土地及其中微生物和植物根系對鹽分進行吸收、消化，降低排水中的鹽分。

根據首部泵站及規劃的東部無名湖容泄區位置，結合場內排水Ⅱ區的Ⅱ支排布置，為節省工程投資，擬將場外排水干管場內段與Ⅱ支排同溝敷設，出項目區之后，折向東南，下穿S201省道之后，通向無名湖。場外外排干管長26.05km。

5 結論

(1)農業開發區排水工程項目的建成，將給古爾班通古特沙漠西北緣豎立起綠色屏障，發揮著遏制邊緣地帶生態惡化和荒漠化趨勢的作用，能夠減少克拉瑪依市和毗鄰地區沙塵暴和浮塵的沙源。對建立人與自然和諧共處，構建和諧社會有很大的促進作用。

(2)排水工程建成后，將從根本上控制地下水的進一步抬升，防止土壤次生鹽漬化的發生，進一步實現了生態環境的修復，為保持脆弱綠洲水土生態平衡、促進綠洲農業的可持續發展奠定堅實的基礎。

(3)農業區排水工程實施后，能有效地改善當地的生態環境，減少自然災害發生的頻率，改善當地農牧民生產、生活條件，促進區域的工農業及其他產業的可持續發展，提高農民收入，增強民族團結和邊疆社會穩定具有積極意義。