北疆灌区高标准农田建设技术方案比选

王 飞

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 项目区概况

项目区位于新疆伊犁州密县，地形南高北低，东高西低，地面南北向纵坡1/150。东西向纵坡平均海拔高程630 m，东西宽约1.5 km，南北长约5 km，本次高标准农田建设项目区控制面积333.33 hm2。根据土壤普查的资料，北疆灌区的土壤类型主要为灰钙土。按耕地土壤类型可划分为：灌耕土、灌溉灰钙[1]。平原区气候干旱，热量丰富，光照充足，四季分明，降水少，蒸发大，无霜期较长，对水稻、小麦、玉米、甜菜、棉花的生长十分有利。灌区平均气温7.7 ℃，极端最高气温39.8 ℃，极端最低气温-43.7 ℃，多年平均降水量195 mm，多年平均蒸发量1640 mm，最大冻土深度98 cm，最多风向是为东风，年平均风速为2.5 m/s，常见大风为西风，最大风速达 28 m/s。灌区内的积温随地理分布与年平均气温分布一致，项目区所处位置积温最高，大于等于10 ℃的积温3900 ℃，有利于农业生产。早期此处为芦苇滩和草地，地下水位高，土壤表层肥力高，适合多种作物生长。根据相关工程标准，本工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型，建筑物级别为5级[2]。

本文通过对项目区农田进行高标准建设，对渠道的断面形式和衬砌方式及田间灌溉模式进行比选分析，构建适应当地经济发展的高标准农田模式。

2 工程技术方案比选

2.1 灌溉方法的选择

考虑北疆灌区经济发展状况、地形条件以及农民文化素质等影响因素，灌溉方式采用常规地面灌，低压管道灌和滴灌做方案比选，如表1所示。

表1 灌水方式比选

常规地面灌。利用输水渠道将灌溉水输送到田间，再用漫灌的方式进行灌溉。此方法技术难度低，运行管理方便，后期维护费相对较低，但水量损失较大。

低压管道灌。利用耐压较低的管道将低压力的水从水源地输送到田间，然后进行地面灌溉的技术。此方法输水损失少，运行费用低，但对管理人员要求高，容易出现灌水分配不均等现象[3]。

滴灌。是将有一定压力的灌溉水通过管道和滴头一滴一滴的滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法。此方法省水、省工、省肥、灌溉均匀、有利于保持土壤团粒结构和植物的吸收。但工程安装比较复杂、滴头易堵塞、不易维护。

本项目区经济发展水平较低，人均收入不高，人员素质参差不齐。目前项目区正在打造地区“稻田画”旅游基地，结合旅游、人文、景观和项目区实际情况，本次项目区最终采用常规地面灌的灌溉方式。

2.2 渠道结构的选择

项目区斗、农渠土质为粉质黏土，渗漏量大，抗冲流速低，因此，渠道必须进行防冲及抗冻胀处理。

根据渠道布置、设计流量、建筑材料等直接影响因素，渠道结构采用混凝土板(方案一)、浆砌卵石(方案二)和镀锌网片石笼(方案三)三种结构形式作对比分析，如表2所示。

表2 衬砌方案对比分析

(1)输水效率。混凝土板衬砌糙率为0.017；浆砌卵石衬砌糙率为0.028；镀锌网片石笼衬砌糙率为0.035，混凝土板的输水效率高，浆砌卵石次之，镀锌网片石笼较差。

(2)防渗效果。混凝土板防渗效果为渗流量0.06～0.17 m3/m2·d；浆砌卵石防渗效果为渗流量0.09～0.25 m3/m2·d；镀锌网片石笼防渗效果为渗流量0.2～0.4 m3/m2·d。混凝土板最好，浆砌卵石次之，镀锌网片石笼较差。

(3)结合旅游、人文、景观。镀锌网片石笼最符合项目区打造“稻田画”旅游基地的理念，浆砌卵石次之，混凝土板砌较差。

(4)施工。混凝土板防渗结构与镀锌网片石笼结构施工质量易于保证，浆砌卵石施工质量相对难于保证。

(5)使用年限。混凝土板防渗施工质量易于控制，质量较好，使用年限较长，浆砌卵石与镀锌网片石笼使用年限相对较短。

(6)抗冻胀变形能力。混凝土板衬砌结构抗冻胀允许法向位移量为5～10 mm；浆砌卵石衬砌结构抗冻胀允许法向位移量为10～20 mm；镀锌网片石笼衬砌结构抗冻胀允许法向位移量为10～30 mm。镀锌网片石笼抗冻胀变形能力最好，浆砌卵石次之，混凝土板较差。

(7)造价。通过综合对比，矩形断面造价略高于梯形断面。

综合上述分析：结合渠道抗冻胀变形能力、工程安全性、造价等因素，最终采用方案三，即镀锌网片石笼为本项目区渠道设计方案。

2.3 渠道横断面

(1)渠道结构选型

镀锌网片石笼渠道断面形式一般有梯形、矩形两种。因此本工程在设计时，将梯形断面和矩形断面进行对比选择，主要从以下几方面对比：

水力条件。梯形断面的水力条件好，近似水力最佳断面。

占地。在流量相同的条件下，矩形断面渠口窄，占地小，节省土地，挖填方量较小；梯形断面，渠口宽，占地大，挖方量相对较大。

防渗效果。两种断面防渗能力均比较差。

流量适应范围。矩形断面半径不宜过大，因而适应流量范围小，梯形断面适应流量的范围较大。梯形断面优于矩形断面。

适应冻胀、沉陷变形能力。镀锌网片石笼渠道在冻胀性和湿陷性地基上适应地基不均匀变形的能力均比较好。

适应规模变化的能力。镀锌网片石笼渠道均可以根据规模的变化二次加高，便于操作，施工方便，适应流量增大的变化。

防冻胀措施。镀锌网片石笼渠道抗冻胀能力均较好。

水力要素。镀锌网片石笼渠道在水力要素从技术角度均可行。

(2)横断面形式的选择

本项目在设计时，将梯形断面和矩形断面进行对比，如表3所示。

表3 方案技术经济比较

方案一：采用梯形断面，30 cm镀锌网片石笼，边坡系数1∶1.5，占地大，抗冻胀性能好，施工简单。

方案二：采用矩形断面，30 cm镀锌网片石笼，占地小，抗冻胀性能好，施工简单。

通过对上述两个方案的建筑材料、施工条件、工期、运行管理及相对投资等方面的比较，方案二具有防冲效果好、占地小、工程投资少和施工速度快等优点。因此选用方案二，矩形镀锌网片石笼断面作为推荐方案。

3 经济效益分析

2019年种植水稻123.53 hm2，冬小麦 18.53 hm2，玉米57.07 hm2，大豆37.40 hm2，甜菜25.93 hm2，油葵30.73 hm2。其中投入成本相关费用主要包括：购置种子、机械、水电、肥料、植保、地膜、人工等，共计334.25万元，销售收入784.20万元，投入产出比为1∶2.35。

4 结 论

本文通过对北疆灌区开展高标准农田建设，从灌溉模式、渠道衬砌和渠道横断面进行比选，实施建设后，完善了灌区内基础输水设施，改善了灌溉条件，提升了灌溉水平，同时为灌区人民实现脱贫攻坚打下坚实的水利基础。