辽宁省灌区高标准农田建设技术方案比选

罗浩然

(营口市农业农村综合发展服务中心，辽宁 营口 115003)

为提高灌区节水灌溉能力，辽宁省目前正在实施大中型灌区的现代化改造，通过对灌区现代化的改造，加大对灌区高标准农田建设，有效保障全省的粮食安全[1]。目前，国内对于高标准农田建设技术研究取得一定研究成果[2-9]，对高标准农田建设的主要灌溉模式、渠道衬砌、渠道断面布设方式进行了关键方案的分析，但这些成果大都具有一定的地域性，需要从区域灌区灌溉供水的特点进行分析，确定适合于区域灌区高标准农田建设的最优技术方案[10-13]。为提高辽宁省高标准农田建设质量，从高标准农田建设灌溉模式、渠道衬砌、断面布设进行综合比选，提出适合于辽宁省灌区高标准农田建设的最优技术方案，研究成果对于辽宁省灌区高标准农田建设技术方案设计具有重要参考价值。

1 灌区概况

灌区高标准农田位于营口市，工程所在区域地势从南向北逐步递减，从西到东地势逐步增加，1/150为高标准农田建设纵向比降，整个高标准农田纵向高程为750m，宽度为2km，灌区高标准农田覆盖面积为350hm2[14]。辽阳灌区按照辽宁省土壤普查数据表明为棕壤土。灌溉土、灌溉壤土为耕地主要土壤类型[15]。灌区主要灌溉的农作物为玉米、小麦和水稻。灌区降水量多年均值为600～800mm，蒸发量多年均值为400～500mm，气温多年均值为15.2℃，风速均值为2.5m/s。高标准农田建设工程类别和规模分别为IV等和小I型。对辽阳灌区高标准农田建设的灌溉模式、渠道衬砌、断面布设进行综合比选，提出适合于辽阳灌区高标准农田建设的最优技术方案。

2 技术方案比选

2.1 灌溉方式比选

按照辽阳灌区的社会经济发展水平、地势条件及区域灌溉农作物的主要耕作方式，按照常规地面灌溉、滴灌以及低压管道灌溉3种模式进行比选，各类灌溉模式的设计方案见表1。

表1 营口灌区高标准农田建设的不同灌溉模式技术方案

对比营口灌区高标准农田建设的不同灌溉模式技术方案，将灌溉水输送到田间通过输水渠道是常规地面灌溉的主要灌溉方式，灌溉模式主要通过地面漫灌方式进行。常规地面灌溉方式运维管理相对较为简单，且实施技术难度相对较低，但常规地面灌溉输水效率较低主要受漫灌水量损失较大所致。将低压力水通过耐压度较低的管道输送到田间是低压管道灌溉的主要方式，低压管道灌溉也是地面灌溉的主要技术，低压道灌溉输水效率较高且具有相对较低的水量损失，但低压管道灌溉对运管人员技术要求较高，具有较低的运维成本，灌水分配容易出现不均匀的情况。通过管道在农作物根部土壤将一定压力的灌溉水进行滴入是滴灌的主要灌溉方式，省水、省工、省肥是滴灌主要灌溉优点，滴灌灌溉最大特点在于此类灌溉方式可以对农作物进行均匀灌溉，对于农作物土壤固结和水分吸收较为有利，但滴灌安装技术相对较为复杂，且长期滴灌会对滴头造成堵塞，且对于滴灌措施运维难度相对较大。营口灌区社会经济发展水平不是很高，为了提高灌区高标准农田生态灌溉的理念，滴灌模式为营口灌区高标准农田建设优选灌溉方式。

2.2 衬砌材料对比

营口灌区高标准农田建设区土壤主要为壤土，建设区水量渗漏损失相对较大，流速抗冲刷程度相对较低，因此在建设时需要对渠道衬砌进行抗冻及防冲刷的处理，提高渠道衬砌的稳定程度，渠道衬砌比选方案见表2。

表2 营口灌区高标准农田建设的渠道衬砌技术方案

从营口灌区高标准农田建设的渠道衬砌技术方案比选结果可看出，在渠道衬砌进行比选时，重点考虑的因素为渠道布设、流量设计值、建筑衬砌材料等。从3种方案下的渠道衬砌技术方案比较可分析，0.021为混凝土板输水效率中的糙率值，而浆砌卵石作为方案二的渠道衬砌建筑材料，其糙率值相对较高，为0.032，镀锌网片石笼作为方案三的衬砌建筑材料，其糙率值达到最大，为0.042，3种建筑衬砌材料对于输水效率而言，糙率值越高其输水效率越低，因此输水效率最高的混凝土板，其次为浆砌卵石，输水效率最低的为镀锌网片石笼。对于防渗效果而言，渗流量在0.09～0.21m3/(m2·d)之间为混凝土板，而浆砌卵石为方案二的衬砌建筑材料其渗流量要高于混凝土，其渗流量在0.11～0.32m3/(m2·d)之间，镀锌网片石笼为方案三的衬砌建筑材料，其防渗效果较低，其渗流量在0.19～0.39m3/(m2·d)之间，渗流量越高其防渗效果越低，因此对于3种建筑衬砌材料而言，渗透效果最好的混凝土板，其次为浆砌卵石，镀锌网片石笼在3种衬砌建筑材料中防渗效果最低。对于生态灌区而言，生态理念最好的为镀锌网片石笼，而浆砌卵石和混凝土板由于硬化原因其生态景观理念相对较差。从三种衬砌建筑材料施工难易程度而言，镀锌网片石笼和混凝土板施工难易程度及质量保证程度都要高于浆砌卵石，浆砌卵石的施工质量保证程度相对较难。各类材料使用年限中浆砌卵石和混凝土板具有较长年限，而镀锌网片石笼的使用年限相对较低。对于东北地区而言，衬砌材料的抗冻性能要求较高，三类衬砌建筑材料中允许法向位移量是抗冻能力评定主要指标，位移量在5～10mm之间的为混凝土板，在10～20mm之间的为浆砌卵石，在10～30mm的为镀锌网片石笼，位移量越高其防冻性能越高，在各类衬砌建筑材料中镀锌网片石笼的抗冻性能最优。通过对抗冻性能、工程安全、造价等因素综合进行综合比选，镀锌网片石笼的方案为最优渠道衬砌技术方案。

2.3 渠道横断面比选

在灌溉方式、渠道衬砌进行综合比选的基础上，确定镀锌网片石笼为灌区高标准农田建设的推荐技术方案，在此基础上考虑方案渠道横断面的影响，对比分析镀锌网片石笼梯形断面和矩形断面，对比分析见表3。

表3 营口灌区高标准农田建设渠道横断面比选

梯形和矩形为镀锌网片石笼主要渠道断面形式，梯形断面相比于矩形断面具有较好的水力条件，矩形断面相比于梯形断面在相同流量条件下具有较小的占地面积，挖填方量相比于梯形断面更低。矩形和梯形断面防渗效果较为接近，矩形断面和梯形断面的防渗效果相差不大，各类型断面的渗透效果降低不明显。可适应的流量区间对于矩形断面而言较高，而由于断面半径较低，使得适应的流量区间对于梯形断面而言要高。镀锌网片石笼可根据灌区高标准农田建设的规模进行二次加高，具有较好的流量适应范围。方案一为镀锌网片石笼梯形断面，石笼尺寸为30cm，1∶1.5为梯形断面边坡系数，方案一施工相对简单但占地面积较大，方案二矩形断面占地面积较小。通过综合比选，镀锌网片石笼矩形断面为营口灌区高标准农田建设的最优技术方案。

3 结语

(1)镀锌网片石笼允许法向位移量在10～30mm，具有最佳的防冻胀性能，但由于单价高其总体造价要高于混凝土板，但从抗冻性能、后期运维管理成本而言，其性价比总体高于混凝土板和浆砌卵石等传统渠道衬砌材料。

(2)矩形断面相比于梯形断面其占地较小，30cm的镀锌网片石笼，其渠道设置为矩形断面具有工程投资低和施工速度快的优点，适合于东北地区高标准农田建设。

(3)滴灌相比于常规地面灌溉和低压管道灌溉，更适合于辽宁地区农作物灌溉，但滴灌安装技术相对较为复杂，且长期滴灌会对滴头造成堵塞，且对于滴灌措施运维难度相对较大，后期需要对灌区灌溉方式进行进一步探讨。