嘉興某土地集中連片整治工程之生態(tài)設(shè)計(jì)

邢玉芳，王 凱，陳春紅，荊子菁

(1.中國(guó)電建集團(tuán) 華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江萬維空間信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310052)

為積極響應(yīng)黨的十九大報(bào)告中“堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，按照產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風(fēng)文明、治理有效、生活富裕的總要求，建立健全城鄉(xiāng)融合發(fā)展機(jī)制和政策體系，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展”，嘉興實(shí)施了某土地集中連片整治工程，以解決項(xiàng)目區(qū)內(nèi)耕地分布破碎化、非糧化、生態(tài)系統(tǒng)退化等問題。項(xiàng)目堅(jiān)持山水林田湖草生命共同體系統(tǒng)治理思路，以科學(xué)規(guī)劃為前提，在國(guó)土空間規(guī)劃的引領(lǐng)下，進(jìn)行全域規(guī)劃、整體設(shè)計(jì)、綜合治理、多措并舉，統(tǒng)籌實(shí)施耕地質(zhì)量提升、耕地功能恢復(fù)、耕地補(bǔ)充、建設(shè)用地復(fù)墾、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)化建設(shè)、河流生態(tài)修復(fù)等工程，打造適宜規(guī)模化、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集中連片耕地和永久性基本農(nóng)田，切實(shí)保障糧食安全。本文著重介紹項(xiàng)目區(qū)農(nóng)田水利生態(tài)設(shè)計(jì)和工程措施。

1 項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀

項(xiàng)目區(qū)屬浙北水網(wǎng)平原，區(qū)內(nèi)河道水力坡度小，河岸土質(zhì)邊坡坍塌，河床淤積嚴(yán)重，淤積厚度達(dá)0.8～1.5 m，過水?dāng)嗝嫘。泻樾购槟芰Φ汀^(qū)內(nèi)水源豐富，灌溉方式主要為機(jī)埠提水，明渠自流灌溉。排水溝和灌溉渠多采用三面光的混凝土硬化結(jié)構(gòu)，功能單一，阻隔生態(tài)系統(tǒng)間相互交會(huì)，影響田間生物棲息，造成農(nóng)田生態(tài)環(huán)境退化。農(nóng)田排水多為自排，或抽排至末端承泄區(qū)，忽視了農(nóng)田緩沖帶、末級(jí)生態(tài)池塘、生態(tài)壩等農(nóng)田排水凈化體系的建設(shè)，使農(nóng)藥、化肥等殘余有害物質(zhì)直接排入水體，造成面源污染，影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2 生態(tài)設(shè)計(jì)和工程措施

2.1 河流生態(tài)修復(fù)

河流生態(tài)修復(fù)是利用生態(tài)系統(tǒng)原理，采取各種技術(shù)方法修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)里受損傷的生物群體及結(jié)構(gòu)，重建健康的水體，恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)、自我維持、自我演替的良性循環(huán)。目前生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)是河流生態(tài)修復(fù)的重要方法[1]，即恢復(fù)河道緩沖帶植被、補(bǔ)充水生生物、修復(fù)生態(tài)生境等。

2.1.1 河道緩沖帶

河道緩沖帶是河流與陸地的交界區(qū)域，如河邊濕地或洪泛區(qū)，具有水域與陸地雙重屬性，是水生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的重要過渡帶和橋梁。河道緩沖帶受地表水及地下水的影響，是一種生態(tài)交錯(cuò)帶，具有明顯的邊緣效應(yīng)[2]。在河流兩岸各設(shè)置一定寬度的緩沖帶是河流生態(tài)修復(fù)的重要措施。植被恢復(fù)是普遍的、重要的河流緩沖帶修復(fù)技術(shù)。本項(xiàng)目利用河道近岸河床高程較高的特點(diǎn)，在駁岸線外側(cè)建寬2～5 m的濱水濕地，既可發(fā)揮水生植物的天然凈化作用，又能起到固土的作用，同時(shí)可營(yíng)造水上綠化景觀。在有條件的駁岸處種植多樣化的植物，形成不同層次的植物帶，構(gòu)建河濱帶植物群落。一方面，利用水生植物如蘆葦、千屈菜、再力花等，攔截隨地表徑流沖刷下來的污染物，防止?fàn)I養(yǎng)鹽四處擴(kuò)散，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的；另一方面，通過河底及坡面表層泥里的大量微生物、藻類和水生動(dòng)物凈化水體，增強(qiáng)河道的自凈能力，改善水環(huán)境。另外，植物發(fā)達(dá)的根系還可起到固土、穩(wěn)定底泥的作用，從而提高河岸穩(wěn)定性和抗沖刷能力。

2.1.2 生態(tài)護(hù)岸

生態(tài)護(hù)岸是濱水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是水體與陸地物質(zhì)、能量、信息交換的重要媒介，具有獨(dú)特的土壤、水文、物理、化學(xué)特性。在確保河道防洪、排澇、灌溉等功能和岸坡穩(wěn)定的同時(shí)，維持岸坡的生態(tài)功能，是河道治理中必須考慮的問題。本項(xiàng)目采用植物、生態(tài)磚石等材料，結(jié)合工程、生物措施，采用多樣性孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)行生態(tài)護(hù)岸建設(shè)，營(yíng)造出適宜植物、昆蟲、鳥類、魚類等生存的環(huán)境，不僅增強(qiáng)了護(hù)岸的抗沖刷、抗風(fēng)浪淘蝕能力，又提高了護(hù)岸的安全性、穩(wěn)定性、景觀性、生態(tài)性、自然性和親水性。生態(tài)護(hù)岸的關(guān)鍵是保證護(hù)岸的多孔隙性和安全性，本項(xiàng)目駁坎采用了生態(tài)砌塊。生態(tài)砌塊的孔隙性和防沖刷性良好，為河岸生物創(chuàng)造了適宜的生存空間，同時(shí)也保障了地表徑流與地下水間的物質(zhì)、能量交換。本項(xiàng)目生態(tài)護(hù)岸斷面示意見圖1。

圖1 生態(tài)護(hù)岸斷面示意

2.2 生態(tài)型田間灌排系統(tǒng)

2.2.1 大田智慧灌溉系統(tǒng)

項(xiàng)目區(qū)地處浙北水網(wǎng)平原，土壤肥沃，是長(zhǎng)三角水稻主產(chǎn)區(qū)。現(xiàn)狀水稻種植具有稻田分布廣泛，人工成本高，耕作耗時(shí)，耕作信息采集不全、不及時(shí)等特點(diǎn)。針對(duì)此特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大田智慧灌溉系統(tǒng)(見圖2)，即利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用高精度土壤溫濕度傳感器和智能氣象站，遠(yuǎn)程在線采集土壤墑情、酸堿度、養(yǎng)分和氣象等信息，通過墑情(旱情)自動(dòng)預(yù)報(bào)、灌溉用水量智能決策、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制灌溉設(shè)備等系統(tǒng)，獲得作物最佳灌溉時(shí)間、灌溉水量及需采取的節(jié)水措施等，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)民實(shí)時(shí)適量灌溉，做到精確灌溉，達(dá)到節(jié)水目的，極大地提高生產(chǎn)效率和管理效率。

圖2 大田智慧灌溉系統(tǒng)示意圖

項(xiàng)目區(qū)采用稻田灌溉系統(tǒng)，其作業(yè)設(shè)備包括自吸泵房、過濾器、匯聚節(jié)點(diǎn)、灌溉管道、控制終端、電磁閥或電動(dòng)閥、水分感知節(jié)點(diǎn)等(見圖3)。其中灌溉管道采用低壓管道灌溉，突破傳統(tǒng)地面明渠灌溉的局限性，使灌溉過程不再受地形、土壤等因素的影響，不僅能較好地控制灌水時(shí)間、灌水部位、灌水均勻度、灌水定額等，大幅度地提高灌溉水利用率，又能更好地與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平相匹配。另外，管道灌溉能加快施工進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，減少渠道占地面積，后期可減少清淤、維護(hù)工作量，降低灌溉成本。

高精度土壤溫濕度傳感器對(duì)稻田情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的信息上傳智慧云平臺(tái)，用戶可通過手機(jī)端小程序或PC端大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)時(shí)查看。若出現(xiàn)異常情況會(huì)及時(shí)預(yù)警，用戶可及時(shí)采取防范措施，減輕自然災(zāi)害帶來的損失，如強(qiáng)降雨來臨前，打開稻田蓄水口等。

圖3 稻田灌溉系統(tǒng)示意圖[3]

2.2.2 生態(tài)型排水系統(tǒng)

本項(xiàng)目在水網(wǎng)平原灌排基礎(chǔ)上，構(gòu)建了“廊道-斑塊(生境)”排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)采用了生態(tài)設(shè)計(jì)，增加了溝渠的生態(tài)功能和岸坡緩沖帶凈化功能，注重與溝渠連接的坑塘、低洼地生態(tài)池塘、人工濕地的建設(shè)，同時(shí)注重生物多樣性保護(hù)，沿縱向溝渠合理布設(shè)了動(dòng)物遷徙通道和生物池。

項(xiàng)目區(qū)斗溝、農(nóng)溝采用梯形斷面，溝邊坡采用預(yù)制混凝土板，在溝壁預(yù)留孔洞，孔徑15 cm；在夯實(shí)溝壁土體的基礎(chǔ)上，貼緊鋪設(shè)一層土工布，預(yù)留孔洞覆耕植土，穴播狗牙根，邊坡鋪設(shè)植草磚，加固岸坡。混凝土底板預(yù)留孔洞，孔洞交錯(cuò)布置，為圓形或方形，孔洞間距宜為7.5 cm，孔徑宜為15 cm，孔洞內(nèi)回填碎石和耕植土，可適當(dāng)種植水生植物。溝底部交錯(cuò)種植挺水植物，如茭白、水芹等，凈化水質(zhì)。當(dāng)溝長(zhǎng)超過200 m時(shí)，每隔200 m設(shè)置一處生物橋，生物橋槽深20～30 cm，槽內(nèi)回填10 cm厚耕植土，并撒播草本植物。

農(nóng)田尾水通過斗溝、農(nóng)溝排至凈化塘或斷頭河濱末端。斷頭河濱設(shè)置生態(tài)透水壩，農(nóng)田尾水通過水生植物凈化和生態(tài)透水壩過濾后，再排至連接河道。斷頭河濱內(nèi)側(cè)根據(jù)需要，配置曝氣設(shè)備，增加尾水凈化能力。農(nóng)田尾水凈化系統(tǒng)見圖4。

圖4 農(nóng)田尾水凈化系統(tǒng)

目前，生態(tài)透水壩的應(yīng)用研究更多的是基于農(nóng)村面源污染的處理，項(xiàng)目區(qū)地處河網(wǎng)密集的平原區(qū)，水力坡降小，利用斷頭河濱建造生態(tài)透水壩，可在上游形成一個(gè)前置庫。在前置庫系統(tǒng)中，生態(tài)透水壩控制著水的滲流速度，在上游進(jìn)行蓄水，使水位上升到一定程度，上游來水停留時(shí)間增長(zhǎng)，水中污染物可經(jīng)過物理沉降、自然降解、水生生物吸收、微生物降解后得以清除，有利于凈化水質(zhì)。除此之外，生態(tài)透水壩(見圖5)本身就可以凈化水質(zhì)，其凈化水質(zhì)的方式是物理過濾、植物吸收和微生物降解等。

圖5 生態(tài)透水壩結(jié)構(gòu)

通過“溝-塘-斷頭河濱”“溝-斷頭河濱”協(xié)同凈化模式，構(gòu)建科學(xué)的農(nóng)田尾水凈化系統(tǒng)，這對(duì)控制農(nóng)業(yè)面源污染、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有較大意義。農(nóng)田尾水經(jīng)過斗溝、農(nóng)溝、生態(tài)塘、尾水凈化池、岸坡緩沖帶及生態(tài)透水壩等梯級(jí)凈化系統(tǒng)處理，既改善了水質(zhì)，極大地降低了農(nóng)田面源污染，又提升了生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。

3 結(jié) 語

通過生態(tài)設(shè)計(jì)和工程措施的實(shí)施，共同打造了“田沃宜耕、水清可濯、徑通可至、林幽可隱、景美可賞、人居可適、民富可留、業(yè)優(yōu)可達(dá)、鄉(xiāng)風(fēng)可詠”的美麗田園。