現代循環農業節水節肥項目工程設計方案研究

徐 磊，劉慶嶺

(1.北京本農科技發展有限公司，北京 100000；2.天津大學 環境科學與工程學院，天津 300072)

1 引言

隆化縣武烈河流域七家茅荊壩片區，位匯三水，地控五川，是北京至內蒙、圍場壩上陸路重要通道，地理位置優勢明顯。項目區內通訊設施齊備，通訊狀況良好，無線通訊在項目區的大范圍內均能正常進行。項目區內交通方便，公路四通八達，項目區內各行政村及自然村均通縣級公路或鄉村公路。項目區總面積116.41萬畝，其中林業用地面積93.2萬畝，占總面積的80.1%。林業用地中：有林地56.1萬畝，疏林地0.35萬畝，灌木林地5.9萬畝，宜林地5.8萬畝。森林覆蓋率48.2%(圖1)。項目區產值結構以農業為主，旅游及養殖業為輔，種植業主要品種有玉米、谷子、高粱、豆類，養殖業主要品種有豬、牛、羊、雞。通過現代循環農業節水節肥工程，可改善當地大氣、水質、土壤和農產品質量，生產出一系列綠色有機安全食品，形成當地高效技術產業強勢，帶動一方產業發展，促進農民增收。

2 隆化縣武烈河流域七家茅荊壩片區農田問題分析

2.1 存在不良的質地構型

隆化縣的川地土壤中，有11013 hm2土體中存在砂礫層，占耕地總面積的19.55%。砂礫層由粗砂、礫石或卵石組成，厚度多大于30 cm，根據出現部位，分為體(20～50 cm)砂礫和底(50～100 cm)砂礫2種。其中底砂礫 面積7115 hm2，體砂礫面積3898 hm2。砂礫層嚴重漏水漏肥，影響作物根系發育，且難以改造，是當地土壤的主要障礙因素。

2.2 灌溉水平較低

隆化縣水田面積9438 hm2，分布與各大河流沿岸，占總耕地面積的14.71%，與承德市其他縣區比較，水田比例是最高的。全縣水澆地面積2056 hm2，僅占3.51%，主要分布于伊遜河、灤河、茅溝河流域。旱地面積44838 hm2，占總耕地面積的79.6%。

2.3 土壤養分不均衡

根據有關文獻研究結果，隆化縣土壤有機質平均18.22 g/kg，全氮0.917 mg/kg，有效磷20.83 mg/kg，速效鉀156 mg/kg。

土壤有機質的平均含量，在全國占中等偏低水平，縣域內西南部較高，中部較低。不同土壤類型也有較明顯差異：從高到低依次為草甸土、潮土、棕壤、褐土。由土壤有機質含量分級分析的相關研究表明，中/低含量的四級/五級占全部耕地的67.32%。

土壤中的全氮為有機氮和無機氮之和，隆化縣土壤全氮的平均含量為0.917 g/kg，在全國占偏低水平，縣域內其含量的區域性差異和不同土壤類型間的差異，與有機質相近。相關研究表明，含量1.0～0.75 g/kg的土壤占總面積的近90%。

土壤有效磷的平均含量20.83 mg/kg，在全國占中等水平，但變異系數較大。縣域內伊遜河、伊馬吐河川含量較低，茅溝河川含量較高。不同土壤類型也有較明顯差異，從高到低依次為棕壤—褐土—草甸土和潮土—新積土。不同成土母質土壤有效磷含量：洪、沖積母質大于黃土母質和殘坡積母質土壤。由土壤有效磷含量分級分析的相關研究表明，中/ 高含量的一級至三級占全部耕地的77.95%。

3 現代循環農業節水節肥項目工程設計方案

以一二三產業融合發展的理念謀劃節水節肥循環農業示范區，堅持因地制宜、注重功能、靈活多樣的建設原則，采取政府主導、企業引領、合作社帶動等多種建設路徑，以草莓、中草藥等產業為主導，按照“核心區+基地”“龍頭企業+特色產業帶”等發展模式，加大統籌力度，實施農民新社區和現代農業園區兩區聯動發展。一是組建節水節肥循環農業示范區管理委員會；二是成立示范區農業專家咨詢委員會；三是成立示范區科技創新團隊；四是壯大農民專業合作社。采取引進一個企業，發展一片產業，打造一個休閑農業觀光園，帶動一方產業發展，促進農民增收[1～5]。

圖1 隆化縣武烈河流域七家茅荊壩片區平面

3.1 農業溫室工程設計

鋼架冷棚設計：采用熱鍍鍍鋅管鋼架組裝式結構，主桁架間距在0.8～1.2 m左右，跨度一般在6～12 m之間，高度在3.5 m左右，建造安裝方便。棚內由于無立柱支撐，大大提高了棚內采光效果，利于機 械化操作，提高了土地的利用率。

3.2 水肥一體化工程措施設計

滴灌栽培水肥一體化技術是借助壓力灌溉系統，將可溶性因體肥料或液體肥料配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統供水，使水肥相溶后的灌溉水形成滴狀，均勻、定時、定量浸潤作物根系發育區域[6]，使主要根系區土壤始終保持疏松和適宜含水狀態，同時，根據不同作物的需肥特點，土壤環境狀況，不同生長期需水情況進行全生育期需求設計，把水分和養分定量、定時、按比例直接提供給作物。該技術由水源，首部樞紐，輸配水管道、灌水器四部分組成。

3.3 美麗鄉村污水治理工程設計

生活污水治理方式：因村莊內居住分散，有的農戶距離污水管網距離較遠且道路均已硬化不宜采取長距離鋪設污水管網收集，集約化處理模式；結合村莊實際情況，處理工藝擬采用分散式污水處理設施。其工藝選用分散式一體化污水處理工藝。

本項目進水為農戶生活污水，污水處理難度較低，參考同類生活污水水質情況，設計本項目進水水質指標見表1。

表1 項目水質指標

3.3.1 設計出水水質

設計出水水質達到《農村生活污水排放標準》(DB13/2171-2015)中的一級B排放標準，部分排放參數見表2。

表2 出水水質部分排放參數

3.3.2 工藝流程說明

用戶的生活污水首先通過收集槽，攔截浮渣及顆粒雜物后，通過下水管道進入一體化污水處理器，在其中進行生化反應。罐體巧妙設置使污水在其中實現水體混合的方式，同時生化填料合理布置，也為微生物創建厭氧、缺氧、好氧的環境，污水中的大部分的有機物在此階段得以去除。經該處理器處理后，污水達標排放。

3.3.3 分散式一體化設備

分散式一體化裝置是一種多級A/O活性污泥工藝與生物膜處理的組合工藝，采用泥膜共生污水處理工藝技術，并設有生物消解床，有機物去除效率高；本裝置在保有生物膜處理全部優點的同時結合智能控制裝置的應用，降低污水處理運行成本，并且根據專有技術設計該裝置投資建設費用低、占地面積小、安裝簡單、操作易行。設備優點如下： ① 有機物去除效率高； ② 采取完全地下式安裝，可保證冬季正常運行，地上綠化種植，美化周邊環境； ③ 可實現自動運行，智能控制，減少人為操作，自動化程度高； ④ 節約占地，一體化設計，所有的處理單元集中在一起，安裝方便快捷，無需敷設污水收集管網； ⑤出水水質達到《農村生活污水排放標準》(DB13/2171-2015)中的一級B排放標準。

3.3.4 主要構筑物及設備

根據隆化縣茅荊壩鎮本次設計的7個村內居民的住戶特點，為減少村內污水投資，增大污水處理量，對設計的各村采用分散式污水處理設備，污水處理設備及污泥固定床相結合的生物膜處理工藝的生化反應段，出水穩定達到《農村生活污水排放標準》(DB13/2171-2015)中的一級B排放標準。

分散式一體化污水處理設施(單戶型)， 單套一體化裝置參數如下。 工藝尺寸：Φ1.4×2.0 m； 數 量： 1座； 材 質： 玻璃鋼。 填料數量：1批。 配套管路、閥門數量： 1批。

分散式一體化污水處理設施(多戶型)， 單套一體化裝置參數如下。 工藝尺寸：Φ1.5×2.3 m； 數 量： 1座； 材 質： 玻璃鋼。填料數量： 1批。 配套管路、閥門數量：1批。

3.3.5 污水處理設施的電氣設計

(1)電氣控制設計說明。 總體要求電氣控制系統的設計須堅持先進性、可靠性和適用性，從而保證污水處理質量，確保安全生產，提高環境效益和社會效益。處理站采用(全/半)自動控制及人工操作2種控制方式。

(2)主要控制點。 污水處理站的主要控制點及控制目標為提升泵、增氧泵設備的啟停和運行狀態。

(3)自控設計。 現場控制站主要由時間控制器、控制器箱及箱內附屬設備組成。 現場控制分為手/自動控制兩種模式，當系統正常運行后，置于“自動”時，設備根據系統設置好的程序運行，直至人工干預為止。

(4)主要用電設備電氣負荷見表3。

表3 滿負荷運行電氣負荷

4 工程實施的保障措施

4.1 管理機構設置

為保障隆化縣山水林田湖重點建設工程有序開展，由隆化縣政府牽頭，成立建設領導小組，組長由分管副縣長擔任，成員單位包括縣水務局、農牧局、林業局、發改局、財政局等及項目區鄉鎮，領導小組下設辦公室，具體負責該項目的組織協調和調度。成立隆化縣山水林田湖工程建設處，作為項目法人，全面負責該項目的建設與管理[6～8]。

4.2 管理措施

為確保工程質量，整個項目建設過程實行項目法人制、工程合同管理制、項目公示制、投勞承諾制、工程建設監理制、資金報賬制、工程管護責任制、招標投標管理制，明確責任范圍，承擔相應職責。項目建設單位委托專業工程監理單位對項目的進度、質量、投資實施全程監理，建設單位在施工季節派駐技術人員與監理人員一道，加強技術指導與監督檢查工作。

(1)項目法人制。 成立隆化縣上水林田湖工程建設處，作為項目法人，負責督促、檢查、落實好項目建設的各項工作。在項目實施過程中，明確管理職責，實行領導目標責任制；獎懲嚴格分明，提高工程質量，保證治理進度[9]。

(2)招標投標制。 項目招標活動遵循公開、公平、公正和誠實信用的原則[10]，按照上級部門對項目招標核準文件的要求進行公開招標，確定專業施工隊伍進行施工，確保工程進度、質量。

(3)合同制。 項目法人委托專業設計單位和監理單位進行工程設計與監理，簽訂委托合同；通過公開招標形式擇優選擇專業施工隊伍，簽訂施工合同，在工程施工過程中嚴格實行合同管理，保證實施進度和工程質量。

(4)項目公示制。 由工程建設單位和項目區所在地鄉鎮政府聯合向當地群眾進行施工前公示和竣工自驗后公示，體現客觀、真實、公開的原則，接受群眾和社會監督，對群眾反映的問題進行認真調查核實，提出處理意見，并向工程所在地群眾公告。

(5)工程建設監理制。 對項目實行工程建設監理制，隆化縣山水林田湖工程建設處委托具有相應資質的監理單位，由監理單位依據國家有關工程建設的法律、法規，經主管部門批準的工程項目建設文件、委托合同及其他工程建設合同，對工程建設實施專業化監督管理。監理單位要做好四控(工程進度控制、工程質量控制、工程投資控制、工程安全生產控制)、兩管(合同管理、信息管理)、一協調(全面地組織甲、乙及三方的協調)工作。

(6)資金報賬制。 項目嚴格實行資金報賬制度，所有資金報賬必須由施工單位提出書面申請，經監理工程師簽證，由項目和財務管理人員對報賬原始資料進行審核[11]，總監理工程師簽字后才能支付。

在資金管理上，嚴格實行專人、專賬、專戶封閉運行制度，認真執行財務管理各項規定，切實規范報賬程序，及時進行竣工結算，將資金兌付到位，確保規范管理和資金安全。

4.3 技術培訓措施

技術支持是項目建設內容的有機組成部分，對項目的成功實施和達到預期目標起著重要的保障作用。在項目實施過程中，根據實際需要，適時組織各類人員進行考察學習和技術培訓，為項目培訓相應的專業技術人才、管理人才、技術骨干和學科帶頭人，學習引進知名單位的先進管理經驗[12～16]。

5 結論與討論

良好的現代循環農業節水節肥項目工程設計方案應是基于自然的解決方案，綜合運用科學、法律、政策、經濟和公眾參與等手段，統籌整合項目和資金，采取工程、技術、生物等多種措施，對自然生態要素進行保護和修復，實現國土空間格局優化，提高社會-經濟-自然復合生態系統彈性，全面提升國家和區域生態安全屏障質量、促進生態系統良性循環和永續利用。