一种生态理念下的灌溉梯田设计

技术领域

本发明涉及的是农业技术领域，具体涉及一种生态理念下的灌溉梯 田设计。

背景技术

我国水土流失区可实现灌溉的区域主要是半干旱高原区，属于水土 保持第Ⅳ副区，即黄土高原与青藏高原过渡区。该区生态环境脆弱，水 资源短缺，且农业产量低，坡改梯是该区域提高粮食自给的主要工程。

现有梯田灌溉工程设计技术：

(1)灌溉梯田田间设计技术

①田间进水与退水毛渠。毛渠是从农渠取水并向畦、沟供水的田间 临时渠道。梯田设计规范(GB/T16453.1-1996)对梯田最末一级渠道(毛 渠)没有明确的要求，通常的灌溉梯田田面的进水渠与退水渠与田面的 关系是进水区高于田面，退水渠低于田面，进退水靠满溢。

②田面设计。田面设计经常被分为2种，一种为顺坡式梯田，坡面 为水平或顺坡倾斜，不适于灌溉；另一种为反坡式梯田，向内倾斜3-5 度，利用坡度实现自流灌溉。由于梯田田面一般宽度20m左右，相对较 窄，田面一般不再分畦灌溉。

(2)灌区设计技术

主要是斗渠、农渠设计。斗渠是由支渠引水到毛渠或灌区的渠道， 在整个灌溉系统中，担负配水任务的三级或四级渠道。农渠是从斗渠取 水并分配到田间的最末一级固定渠道。按照灌区规划规范 (GB/T50509-2009)，通常灌区的一侧为进水的斗渠和农渠，另一侧为退 水支渠。通常在梯田灌区，退水只有这一级支渠，退水从支渠出来，直 接进入沟道。

现有梯田灌溉工程实景：

现有灌溉梯田的设计，坡面平整无防护，沟渠与田面相平，灌溉沟 渠进水、退水截然分开。灌溉方式90％以上仍是大水漫灌，一般情况下， 会将田面全部灌溉后才关闭入口，而此时已产生了大量退水。退水含沙 量高，下游泥沙淤积严重；灌溉水利用效率低，大量水体有机物随水而 走。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种生态理念 下的灌溉梯田设计，从梯田田面到灌区双重拦截泥沙的作用，将梯田灌 溉原本增加的河流泥沙完全截流在灌区内；灌区改进可以使灌溉水利用 率和农田面源污染物消减率提高到90％以上；综合梯田种植结构与休闲农 业，设计出半干旱高原水土流失区的新农村风貌，从田面、灌区、区域 三个层次的设计落实生态理念。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种生 态理念下的灌溉梯田设计，包括：增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设 计；具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌 区改进设计；反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计。

所述的增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计包括三项技术要点：

①进水与退水毛渠设计改进，即设计进水渠和退水渠的渠顶高于田 面5-10cm，进水渠口宽约40cm，退水渠口宽约30cm，使得整个田面除了 进水口与退水口外，四周都有沿；

②田面增加垄的设计改进，即在田面每隔3-7m设置2条垄，将田面 间隔为3个田区，以减缓流水速度，垄的高为15cm，垄的边坡角度为45 度，每条垄每隔1m设置一个30cm宽的进水口，2条垄的进水口交错设 置。

③田面增加阻滞泥沙草带的改进设计，即在内边坡与退水渠口种植 约50cm宽的草带，草种选用多年生草本植物，如该区域较为普遍的青海 扁径早熟禾、红豆草、无芒雀麦。

所述的具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作 用的灌区改进设计包括两项设计要点：

①将灌区上游退水渠的水引入灌区下游的斗渠或农渠，坡改梯的本 底坡度平均按10゜计算，上游退水渠接到下游进水渠中间的宽度为3-7m。

②上游退水改为下游进水的分界依据，该区适宜的种植结构为农田： 玉米：苜蓿＝3：1：1，农田退水作为玉米地的进水，玉米地的退水作为 苜蓿地的进水。

所述的反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计包括三项要 点：

①区域景观的总体构思，对当地的自然资源、文化资源及社会资源 进行整合重组，打造该区域的梯田大地艺术，并根据该景观及文化特征 规划新型的“休闲度假型新农村”。

②农耕景观的显示，该区域的农作物坡地以油菜为主，沟道以青稞 为主，农田：玉米：苜蓿＝3：1：1的梯田种植结构，在开花季节有黄： 绿：紫的条带景观，这一天然景观的显示要结合景观旅游大道。

③新型“休闲度假新农村”规划要点，依据“交通-景观-文化”的 原则进行休闲度假新农村的选址，根据各地的特色进行差别化规划，建 设成以大地景观为基质，以生态旅游为催化剂的集休闲度假、餐饮住宿、 观景旅游为一体的“休闲度假新农村”。

本发明的有益效果：从梯田田面到灌区双重拦截泥沙的作用，将梯 田灌溉原本增加的河流泥沙完全截流在灌区内；灌区改进可以使灌溉水 利用率和农田面源污染物消减率提高到90％以上；综合梯田种植结构与休 闲农业，设计出半干旱高原水土流失区的新农村风貌，从田面、灌区、 区域三个层次的设计落实生态理念。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的梯田田面改进设计的平面图；

图2为图1的纵剖面；

图3为图1的横剖面示意图

图4为本发明的灌区改进设计示意图；

图5为本发明的半干旱高原区梯田景观效果图(种植结构：3油菜： 1玉米：1苜蓿)；

图6为本发明的旅游道路规划剖面示意图；

图7为本发明的休闲度假型新农村规划剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白 了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1至图7，本具体实施方式采用以下技术方案：一种生态理念 下的灌溉梯田设计，包括增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计；具有 节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构科学调整四重作用的灌区改 进设计；反映梯田农耕景观与新农村风貌的区域景观设计。

所述的增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计

包括以下三项技术要点，梯田田面改进设计的平面、纵剖面与横剖 面图见附图1。

①进水与退水毛渠设计改进。设计进水渠A和退水渠D的渠顶高于 田面5-10cm，进水渠口a宽约40cm，退水渠口b宽约30cm，使得整个田 面除了进水口与退水口外，四周都有沿，增加灌溉水或径流在田间的停 留时间，减少退水携带的泥沙。

②田面增加垄的设计改进。在反坡式梯田的基础上，根据实际田面 宽度，在田面每隔3-7m设置2条垄C，将田面间隔为3个田区，以减缓 流水速度，垄C的高度为15cm，垄C的边坡角度为45度。每条垄C每隔 1m左右设置一个30cm宽的进水口d，使流水进入下一田块，2条垄C的 进水口需交错设置，这样有利于水流入渗，避免出现田面冲蚀沟，并沉 淀灌溉水带来的部分泥沙。

③田面增加阻滞泥沙草带的改进设计。在内边坡与退水渠口种植约 50cm宽的草带B，起到拦滞泥沙的作用。草种选用多年生草本植物，如 青海扁径早熟禾，以及该区域较为普遍的红豆草、无芒雀麦、燕麦等。 这些草本植物根系较为发达，拦沙效果良好。

(2)具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用 的灌区改进设计

灌区改进设计包括三项设计要点，灌区改进设计示意图见附图2。

①灌区上游退水渠的水引入灌区下游的斗渠或农渠。田间坡降设计 规范要求为0.5-1.0‰，灌区田间的长度100-500m，进水渠与退水渠的 高程差为0.05-0.5m。由于坡改梯的本底坡度大，平均按10゜的坡度计 算，只需要0.6-6.0m宽的坡就将退水渠接到进水渠上，考虑渠道本身的 宽度，按照基本农田设计规范，斗渠顶宽约1.0m，考虑两侧占地，上游 退水与下游进水的间隔宽度为3-7m。

②上游退水改下游进水的节点数确定依据，即退水经过几次循环的 确定依据。退水改进水的初衷就是下游灌区充分利用上游退水及其所含 的营养物，节点确定的依据有水量、肥量和种植结构。根据统计年鉴， 半干旱高原区农作物种植结构中粮食作物的谷物类主要为小麦、青稞、 玉米，豆类主要为蚕豆和豌豆；经济作物主要有油料作物和枸杞；牧草 主要有紫花苜蓿。从对水肥的保证程度来看，灌区上游应种植农作物， 下游种植水肥保证程度低的牧草，为了保证农田尽量大的种植比例，在 农田与牧草中间再分出亦草亦农的作物，通常选择玉米，青储为草，结 果为农，因此，灌区退水改成进水的节点是两个，即灌区上游农田的退 水经过下游玉米的二次循环利用，再经过末端牧草的第三次循环利用。

③退水改进水两节点划分依据，也是种植面积比例划分依据。从水 肥两方面的利用分析，种植结构为农田：玉米：苜蓿＝3：1：1，即农田 退水作为玉米地的进水，玉米地的退水作为苜蓿地的进水。其中，水肥 的分析如下：

a)从灌溉用水分析

按照《节水灌溉技术规范》(SL207—98)和大型灌区续建配套与节 水改造的要求，该区中远期农田的灌溉定额450m³/亩，林草的灌溉定额 是360m³/亩，灌溉水利用系数为0.51，农田耗水率基本上是0.65，明 渠退水率约0.3，林草的耗水率0.68，明渠退水率约为0.27。按照种植 结构农田：玉米：苜蓿＝3：1：1计算，3亩玉米用水1350m³，退水约 405m³，进入1亩玉米田后，明渠退水140m³，即1亩苜蓿地灌水140m 3。苜蓿是一种水肥分适应性强的牧草，灌溉水的多少只决定牧草产量的 多少，该区多年平均有近500mm的降水，灌溉140m³基本没有地表退水， 总的耗水率达到93％。

b)减肥效应计算

根据资料，不同气候区域小麦-玉米轮作体系中平衡施肥玉米氮肥利 用率平均值为38.3％，适宜施氮水平10kg/亩时氮肥回收利用率为 35.1-39％；2012年中国植物营养与肥料学会第八次代表大会中，中国工 程院院士朱兆良称，国内小麦、水稻和玉米对氮肥的利用率仅在35％左右， 小麦-玉米轮作的两季利用率也只有38％。综合考虑，确定该区域农田氮 肥利用率35％，青贮玉米氮肥利用率38％。根据统计年鉴，2000-2011年 该区多年平均氮肥施用量1.28万吨，有效灌溉面积67.4万亩，平均每 年灌溉4次，综合确定每亩施氮肥量4.75kg。

根据资料，青贮玉米一般每亩施基肥15kg尿素，尿素中的氮有效成 分含量为46％，即每亩尿素折纯量6.9kg。基肥一般占全生育期总施肥量 的60％，所以合全生育期每亩施氮折纯量11.5kg。

按前述水量配比所定的种植结构规模，3亩农田配1亩玉米，再配1 亩苜蓿。前述每亩农田施氮肥量4.75kg，3亩为14.25kg，吸收利用率为 35％，则退到玉米田中的氮肥为9.3kg。玉米田可分别种植籽实玉米和青 贮玉米，施氮肥量为4.75-11.5kg/亩，平均取9.3kg，即农田退肥量完 全满足玉米田块对氮肥的需求。玉米田氮肥吸收利用率为38％，则流出玉 米田块，进入苜蓿地的氮肥量为5.74kg/亩。梯田可以将非灌溉水径流中 77％的污染物质拦截，所以最终排出苜蓿田外的氮量为1.3kg/亩。

根据计算，梯田最终的出氮量1.3kg/亩与3亩农田最初施肥量 14.25kg相比较，本工程的氮肥消减量为91％。而不设计本工程时，3亩 农田氮肥消减率仅为35％，所以本工程的设计将显著减少氮肥含量。

(3)反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计技术

区域景观设计包括三项技术要点：

①区域景观的总体构思，对当地的自然资源、文化资源及社会资源 进行整合重组，打造该区域的梯田大地艺术，并根据该景观及文化特征 规划新型的“休闲度假型新农村”。

②农耕景观的显示，该区域的农作物坡地以油菜为主，沟道以青稞 等为主，农田：玉米：苜蓿＝3：1：1的梯田种植结构，在开花季节有黄： 绿：紫的条带景观，这一天然景观的显示要结合景观旅游大道。

梯田景观效果见附图3，景观旅游大道见附图4。

③新型“休闲度假新农村”规划要点，依据“交通-景观-文化”的 原则进行休闲度假新农村的选址，根据各地的特色进行差别化规划，建 设成以大地景观为基质，以生态旅游为催化剂的集休闲度假、餐饮住宿、 观景旅游为一体的“休闲度假新农村”。

适合该区域休闲度假型新农村规划剖面示意见附图5。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。 本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施 例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范 围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要 求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。