農田水利工程在生態農業思路下的設計研究論文
縱觀人類一萬年的農業發展史，大體上經歷了三個發展階段:一是原始農業，約7 000年;二是傳統農業，約3 000年;三是現代農業，至今約200年。目前，上海市常規的農田水利工程以“建設節水灌溉設施，確保糧食、蔬菜產量，改善農業勞作環境”為主旨，符合現代農業的需要。與此同時，現代農業在帶來高效的勞動生產率和豐富的物質產品的同時，也造成了生態危機:土壤侵蝕、化肥和農藥用量上升、環境汙染。因此，生態農業是目前探索農業發展的新途徑和新模式。
1 專案背景
本專案區位於上海市奉賢區，灌溉面積120畝，平均高程約4.00 m。地塊北靠觀工路，南部為村級道路，東面緊鄰滬杭公路，交通便利。專案區被一條斷頭洪(何家港)分成南北兩塊，北片現狀為露地菜田;南片地塊內現有大量魚塘，正在進行退漁復耕。專案區西邊漁塘港及中部何家港水質不佳，不利於灌溉。
在“生態農業”的思路下，同時經區水務局、區農委、承包戶的大力支援，擬將本塊菜田打造成新型設施菜田，專門培育有機蔬菜。
根據專案區地形現狀，以何家港為界，以南區域佈置3片大棚區，以北及零星地塊為露地菜田，均種植有機蔬菜。專案區中部佈置倉庫、溫室及廢棄物處理設施。
2 菜田設計
2.1 灌溉水源
有機蔬菜的種植，首先要考慮的是灌溉水源的品質。由於本專案區周邊河道水質不佳，無法達到有機蔬菜種植的水質要求，設計利用地塊西北角現有魚塘(約25畝)，將其挖成蓄水池，收集雨水，並透過淨化處理水質後，作為灌溉用水。同時，為充分利用地塊內的天然降水，將地塊內灌溉之後剩餘的水也透過明溝彙集人蓄水池，處理後再次迴圈利用。
本專案在蓄水池內設定植物及相關淨化裝置，透過生態系統的自我維持能力及淨化能力，維護池內水體水環境質量。其中，為了增加水中溶解氧濃度、抑制藻類生長、淨化水質，池底種植沉水植物。沉水植物以四季常綠的矮生苦草為主，同時點綴佈置部分刺苦草、黑藻、馬來眼子菜及金魚藻。此外，在蓄水池內佈置太陽能曝氣增氧等人工增氧裝置，加強水質保障。
本專案在蒐集了專案區所在地的降雨量，並經過分析計算後發現，由於每月降雨量不均，且周邊可建做蓄水池的用地有限，枯水期的蓄水池水量仍可能不滿足所有面積的蔬菜種植。因此，為了保證有機蔬菜種植品質，枯水期可適當少部分種植面積或用自來水灌溉。
2.2 高壓灌溉系統
灌溉系統佈置的主要原則為。
(1)灌溉型式的選擇應以服務物件為判斷依據;
(2)灌溉型式的選擇同時需綜合考慮專案區品種隨季節變化的需水要求。
專案區菜田由大棚和露地菜田兩部分組成，其中，大棚內根據種植蔬菜品種的不同及季節需求佈置滴灌和微噴灌兩套系統，露地菜田主要採用管灌系統。其中，微灌系統的管道分為三級，泵站輸水到每一塊大棚區域佈設幹管，幹管到大棚為支管，大棚內佈置毛管。
本專案在蓄水池邊新建一座灌溉泵站，泵站內配置離心泵。泵房外向南鋪設灌溉幹管。灌溉幹管南北向佈置，並沿東西方向的幹、支路設定支管。幹管、支管均採用UPVC管。支管遇到大棚設若干接頭連豎向二級支管，與大棚內微灌管路系統相連，各級管線之間利用三通頭或者彎頭連線。每個大棚佈置2排微噴管道，間距為4m，確保噴灑範圍覆蓋整個大棚，微噴頭間距為2.5 m，微噴頭直接安裝在毛管上。滴灌系統每個大棚佈置8條內鑲式滴灌帶，間距約為0.9 m。支管遇露天菜地沿線每隔40 m設一隻給水閘閥。
2.3 低壓灌溉系統
隨著農業的發展以及產量需求，各類無機化肥進人農業種植領域。過度使用這些化肥，一味提高產值，會加劇土地鹽鹼化，對耕地本身是一種破壞。因此，為了保證有機蔬菜質量，專案建成後需使用有機肥。另外，由於原先的土壤長期使用無機肥，因此，需定期給各田塊輪流休耕洗鹽，同時恢復土壤肥力。
目前，農田洗鹽方法多種多樣，本專案採用經濟簡單又較有效的洗鹽壓鹼處理方法:將淡水抽引到農田中浸泡土壤，浸泡3~4d後將水排幹，然後進行曬田再深耕，再繼續抽水浸泡，如此反覆，透過不斷降低農田鹽度的方法，恢復種植功能。
根據該洗鹽方式，本專案另外配備了一套低壓灌溉系統。考慮蓄水池水質較好但水量有限，而洗鹽對水質要求相對不高，為了不影響日常種植灌溉，設計從專案區中部何家港引水洗鹽，即在何家港南岸增設灌水洗鹽泵站一座。綜合地面蒸發、地表滲透等因素，田塊灌水洗鹽灌水定額參考水稻泡田期。經計算，低壓灌溉管道與高壓灌溉管道管徑接近。因此，為了減少投資，設計採用了低壓、高壓灌溉共同一套管道，低壓灌溉給水栓直接從主管接出，高壓灌溉給水栓從支管接出。
何家港現狀為斷頭洪，目前水質較差，水體渾濁，不可直接用於田塊洗鹽。為了保證能有相對較好水質的洗鹽用水，故需對何家港水質進行處理。因此，在何家港上設定了一座涵閘，透過投人淨化水質裝置，將水質處理後，進行灌水洗鹽，洗鹽後的水重新迴流至何家港。
2.4 排水系統
隨著生態農業理念的提倡，“整體、協調、迴圈、再生”的原則被越來越重視。
目前，上海市常用的排水系統為預製板等硬質襯砌明溝。傳統硬質明溝的'耐久性及過流能力好，且淤積少。但是，也正是由於它的封閉僵硬，隔絕了土壤與水體之間的物質交換，使得土壤、生物、植物之間的有機聯絡被切斷，破壞了周邊的生態系統。另外，明溝內積水長時間滯留後，水質還會惡化，影響整個專案區生態環境。
本專案排水明溝採用純土溝型式，口寬為4 m,深為1.20 m。明溝邊坡上種植草皮，邊坡底部和溝底可種植一些千屈菜等植物，既加固邊坡，又改善環境生態，達到蛙跳蟲鳴的效果，使整個種植範圍內生態鏈更加完善。
2.5 降潰系統
專案區內菜田地下水位如果過高或土壤上層滯水，則會導致土壤過溼，通氣不良，以致土壤根層水、肥、氣、熱失調，影響作物正常生長。根據規範要求，溫室大棚地下水位宜控制在地面60cm以下。
為了防止地下水位過高影響作物生長，以及土壤鹽鹼化，專案區的大棚區域均設定暗管排水系統，暗管系統採用直徑為63mm的PVC打孔波紋管，外包土工布作為反濾層。波紋管間距為9m，埋深為0.8 m,5根一組，通向集水管，集水管出口通向排水明溝，並在集水管出口處設定止回閥。土壤中的水分透過土工布，流滲到暗管中，再匯人明溝，用以降低地塊內的地下水位。
3 小結
“中國生態農業”與西方完全迴歸自然、摒棄現代投人的“生態農業”主張不同。它強調的是繼承中國傳統農業的精華—廢棄物質迴圈利用;規避常規現代農業的弊病(單一連作，大量使用化肥、農藥等化學品等;透過用系統學和生態學規律指導農業和農業生態系統結構的調整與最佳化，改善其功能等。
本工程在有限的空間及資金範圍內，融人生態農業設計理念，經過最佳化灌溉水源、高低壓灌溉系統結以及生態化排水系統佈置等，為傳統泛田水利建設向生態農業的轉變提供了新的思路。