某千亩蔬菜基地农田水利灌溉项目设计技术工作总结

于洁

摘要：本文主要针对上海市浦东新区某千亩蔬菜基地核心示范区建设项目设计工作进行技术总结，通过梳理设计思路，分析设计及施工过程中遇到的技术难点及实际困难，提出相应的解决方案及对策措施，并总结项目设计过程中的问题及不足。本文针对水肥一体化灌溉系统展开总结，结合设计要点及项目建设需要，提出潮汐式灌溉技术进行苗床上无土栽培种植，该方式利用落差原理，实现定时给水与施肥，保证了灌溉效果的发挥，体现该项目核心示范作用。

关键词：设施菜田;农田水利工程;潮汐式灌溉

1 工程概况

某千亩蔬菜基地核心示范区建设项目为上海市浦东新区2020年现代农业发展专项项目，笔者作为此项目的主要参与人，负责项目的初步设计及施工图的编制，施工现场服务等工作。

某千亩蔬菜基地核心示范区建设项目包含道路系统2410m2，排水系统2221m，水肥一体化灌溉系统25472m2，温室大棚及内部种植系统25472m2、园区农电线路一套，智能监测系统一套等。工程任务为加快推进设施菜田水利配套，加强菜田水利基础设施建设，以解决设施菜田水利“最后一公里”难题，完善蔬菜基地灌排设施，全面提升核心示范区灌排能力。

2 项目前期设计技术总结

2.1 项目区主要问题

根据现场踏勘及与泥城镇公平村，菜田经营方等多方确认，本次项目主要问题为：

（1）缺少高品质蔬菜种植区域，蔬菜种植品质无法提升。

（2）缺少完善的项目区总体规划布局及道路系统。

（3）缺少水肥一体化灌溉系统，整个项目区灌溉效率仍处于较低水平。

（4）缺少完善的排水系统，汛期蔬菜种植难以得到保证。

2.2 项目设计思路

针对以上项目现状，结合河道周边特点，笔者提出了以下四点解决方案：

（1）区域露地菜田种植区增设连栋大棚种植区域，连栋大棚型号根据种植要求及地块规模确定。

（2）根据现状结合总体，规划项目区总体布局方案，做到土地利用最大化，道路设施使用率最大化，排水能力最优化，灌溉效率最优化。

（3）根据种植作物的特点及当地水源，土壤条件，结合项目区面积及管理实际，合理规划布局水肥一体化灌溉系统。

（4）根据浦东新区水文资料及当地地势高程，合理布置排水系统。

具体工程设计思路如下：

（1）项目区核心区位于项目区中部，本次设计在附属用房东侧原露地菜田处布置VSWQ12450尖頂薄膜连栋温室，南侧布置GSW8430连栋温室，此处温室主要用于高品质蔬菜种植，打造展示与种植采摘一体区域。

（2）项目区总体布局。根据现场条件，笔者提出了两种布局方式，区域整体内被河道分开，道路的布局关系到整个项目区的土地利用率。方式一：道路沿河道横向布置，每间隔两栋大棚布置机耕路一条，纵向设置环形道路，保证区域沟通。方式二：大棚沿河道布置，每间隔两栋大棚布置机耕路一条，中部设置一条纵向道路。根据地块及大棚的长度，考虑该地块主要为种植生产基地，且河道多为规划河道，河道建设时也将建设防汛通道（道路），经综合考虑，最终采用了方案二，可以达到整个项目区土地利用率最大化。整个区域布置相对规整，项目区平面布置图详下图1。

（3）重新规划项目区水肥一体化灌溉系统。根据项目区面积及项目区地块特点，以河道及道路为界，将这个项目区划分为5个灌区，每个灌区平均面积13.33hm2左右。由于区域种植品种多为绿叶菜，采用微喷灌作为项目区主要灌溉方式进行设计。

2.3 灌溉系统设计

微喷灌作为现代化灌溉的一种方式，具有显著的优点，其主要应用对象是果树、蔬菜、花卉和草坪灌溉。为了实现设计目的，本项目采用微喷灌系统，根据作物需水要求，有效控制棚内水分情况，确保精细供水，改善蔬菜质量，节约用水量及劳动力，并为水、肥、药一体化的现代化农业管理创造条件。

（1）管网总体布置

根据区域总体规划，项目区建设一座灌溉泵站，整个管网由总干管、支管、分管和毛管组成，支管垂直干管布置，各分管垂直支管布置。各级管道布置具体见管网布置图。本报告灌溉泵站控制区域进行各级管网计算。

（2）微喷灌系统设计标准

根据《微灌工程技术规范（GB/T50485-2020）》，考虑项目区的自然条件和经济条件，微喷灌系统设计相关数据取值如下：

工程设计保证率：95%;

设计土壤湿润比：P=70%;

设计耗水强度：Ea=5mm/d;

灌溉水利用系数：η=0.9;

设计流量偏差率：qv=0.2;

设计灌水均匀度：Cu=85%;

土壤容重：γ=1.35g/cm3（以砂壤土为主）;

田间持水率：25%;

允许喷灌强度：15mm/h。

（3）灌水器选择

根据温室蔬菜需水量，项目设计中初选微喷头，相关参数如下：

额定工作压力：200kPa;

设计流量：50L/h;

喷洒半径：3.0～3.5m;

制造偏差系数：0.04;

单喷头雨强：10.8mm/h;

喷头流态指数：x=0.50。

（4）灌溉制度的确定及灌溉系统的计算

按照《微灌工程技术规范（GB/T50485-2020）》，通过毛管和微喷头间距确定，毛管极限长度的校核、灌溉制度的拟定、系统流量推算、管网水力计算、水泵选型及动力配置几个方面的计算，主管采用De90～160给水管道，毛管和支管采用DE25及De50、De63PE给水管道，内压等级1.6mpa，可满足施工方便，耐久性高的特点，分管及主管根据计算采供De90～De160UPVC给水管，内压等级1.6MPa。UPVC给水管满足费用较低，施工方便的特点，适用于微喷灌主管。

3 项目施工期技术总结

在施工过程中，经营方提出，在项目区中部连栋大棚进行苗床上计划采用无土栽培方式进行种植。经过调查研究综合考虑，设计认为原有微喷灌方式无法适应最新的苗床无土栽培方式，笔者提出采用潮汐式灌溉系统。

3.1 潮汐式灌溉系统設计

北美、欧洲等设施农业发达国家于20世纪80年代正式提出潮汐式灌溉技术，2006年，我国从荷兰引进该系统，其后逐步推广应用。农业农村部于2012年、2013年相继发布《NY/T2032—2012温室灌溉系统设计规范》、《NY/T2533—2013温室灌溉系统安装与验收规范》，规定了潮汐式灌溉的设计、安装和检验要求。

潮汐式灌溉是一种先进、高效、节水、环保的底部灌溉方式。其工作原理是依靠栽培基质的毛细管作用，实现种植过程中的按需给水与施肥。“涨潮”指该系统运行中营养液由栽培床的底部进水口漫出，逐步浸润栽培基质，通过水分子内聚力及毛细管表面附着能力供作物吸收，使灌溉更均匀。“退潮”指灌溉目标达成后，富余营养液经回水口排出栽培床并通过循环系统实现循环利用，实现节水节肥。

本项目潮汐式灌溉系统主要由栽培床部分、营养液循环系统、操作控制系统组成。

（1）栽培床部分

本项目栽培床采用国产固定式栽培床。为适应地面沉降等影响因素，栽培床腿可升降调节，确保经营过程中床箱保持水平，营养液可均匀布满床箱1～5cm高度，从而保证作物植株生长的整齐一致性。

（2）营养液循环系统

营养液循环系统主要由水肥储备池、水泵、循环管路、消毒设备、增氧系统组成。工作流程为：水肥储备池调制形成指定养分含量的营业液，经由水泵提升，通过微纳米气泡发生装置提升营养液含氧量，经循环管路输送至栽培床箱进水口，并形成一定灌溉高度。达成灌溉目标后，剩余的营业液通过循环管路自然回流，经过多段处理消毒设备，去除营养液中的有机、无机污染物、有害菌及微生物，进入储备池，用于下次灌溉，实现循环利用，节水节肥，同时降低肥料对于环境的污染。

（3）操作控制系统

潮汐式灌溉的操作控制系统主要控制两个方面：一是灌溉时间的控制，如灌溉的启动频率和灌溉时长，前者可根据作物的需水需肥规律制定灌溉频次，后者可确保每次灌溉的灌溉效率;二是营养液成分的控制，根据不同作物、不同成长阶段，制定合理的养分配比、EC值和pH值，实现精细化种植的目的。

操作控制系统主要由计算程序和集成控制元器件及电磁阀来控制灌溉时间和养分配比，同时通过各类传感器，采集并记录种植数据，有利于农业技术人员采集有效参考数据、总结技术经验，进一步达到项目的核心示范作用。

3.2 潮汐式灌溉系统优缺点总结

最终，经营单位在我方的推荐下，连栋大棚区域均采用潮汐灌溉的方式进行灌溉。

施工完成后，经过调试运行，总结经验，得出潮汐式灌溉系统的优缺点如下：

（1）潮汐式灌溉系统目前已形成产业化，适配的专用栽培床具有较高的耐久性，能满足经营生产需要。同时，智能控制系统日益成熟，用户数据交互系统具有强大的数据采集、记录、处理能力，为现代化农业管理提供数据与技术依托，实现农业科技化。

（2）潮汐式灌溉以营养液的形式实现水肥一体化，营养液循环系统通过多段过滤处理技术，有效灭菌净化，确保蔬菜种植高效无污染。营养液循环利用，节约水肥并有效降低环境污染。

（3）营养液循环系统内置微纳米气泡发生装置，产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，一方面可以通过超强氧化能力分解污染物，另一方面通过氧化降解反应提升水质，也能防止植物病害的发生与传播。利用纳米气泡技术进行水体溶氧复氧，提高水体含氧量，有效杜绝水培植物根系缺氧情况。

（4）目前农业全过程采用无土栽培的运用场景不多，潮汐式灌溉系统多用于前期育苗培育阶段使用。

4 结语

农田水利工程是一项重要的惠民工程，有利于提升农田的灌排能力，提高农业的生产水平，改善农民的生活质量，实现农业规模化经营、标准化生产。

作为本项目设计全过程的主要参与人，为了确保农田水利工程设计更加科学合理和技术措施运用更具针对性，笔者在本项目中总结的设计经验如下：

（1）设计人员要多思考，针对问题，不断提出各种解决方案，从中择优。

（2）设计人员要勇于创新，大胆涉足自己未曾熟悉的领域，不断学习，不拘泥于陈旧的知识内容及结构。

（3）设计方案应因地制宜，针对不同地区特点及工程实际，考虑不同解决方案。

参考文献

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