【实践】节水用水-海绵城市应用新思路之海绵农田

自去年起，“海绵城市”正式被写入首部国家级市政基础设施规划。随着海绵城市建设在各地的兴起，衍生出了很多其他概念，如：海绵机场、海绵小镇、海绵农田。海绵城市不再只是城市规划、城市建设领域的概念，也不仅仅细分到小区、建筑、公园绿地、道路排水和城市新区，对于一些你以前从未有过联想的领域，也开始产生关系，进入大众视野。

今天我们就来说一说“海绵农田”。

2017年中央一号文件公布提出深入推进农业供给侧结构性改革。文件指出，要在确保国家粮食安全的基础上，紧紧围绕市场需求变化，优化农业产业体系、生产体系、经营体系，提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率，促进农业向追求绿色生态可持续、更加注重满足质的需求转变。

农田作为城市生态系统中的“生产者”，因为需要人工灌溉而形成了高耗水、高耗能的“水资源消费者”。这种农田湿地、绿地建设模式对城市水资源、土地资源、人力物力等造成一定程度上的浪费。

对于农业生产工作来说，水是不可或缺的生产资源要素，提高对雨水的利用率，将会大大促进农业生产活动的进行。在这一时刻，结合海绵城市建设技术，对农田的进行辅助改良，让农田绿地作为海绵城市建设中的重要承载部分，除了满足生产粮食作物等生产资料，改善城市环境等传统功能外，其实还可以承担解决城市的雨水管理问题，即作为一个个大的绿色海绵体在“涝”时吸水，在“旱”时又可以释放水源。

一、何为海绵农田?

何为海绵农田?先看海绵城市的功能，海绵城市最主要功能是吸水和蓄水，充分发挥城市中的原有河流、湖泊、水库、湿地、坑塘、沟渠等海绵要素的作用，才能切实涵养水源，应对较大强度降雨，达到建设要求。对于“海绵农田”来说，就是要根据海绵城市的“渗、滞、蓄、净、用、排”六大目标进行统筹规划，将农田打造为可以与雨水进行吸收利用的生命体。收集的水资源经净化除了可以做灌溉用水还可以作为农产品加工中清洗等的用水。

二、海绵农业建设模式

1、海绵型设施农业-连栋温室模式

雨水通过棚面和竖集雨管、主集雨管、拦物栅和沉沙池汇流到集雨池，再经灌溉首部统一供水。

2、海绵型设施农业-日光温室模式

对于集中连片的普通日光温室，可把多棚的雨水通过集雨管(沟)统一收集到一个或几个集雨池，统一规划，统一配水。雨水经棚面、集雨沟、沉沙池和拦物栅汇集到集雨池，再用水泵抽到单棚内的储水池进行滴灌。

3、海绵型庭院模式

4、海绵型沟渠模式

利用沟渠进行整治、清理，恢复其行洪、蓄水的能力，将毛沟、支沟与主沟、干沟相连通，在汛期引入部分降雨产生的径流，利用这些废旧沟渠作为滞洪、蓄水的场所。

5、海绵型坑塘模式

改造雨水管沟和整治坑塘，积蓄雨水，回补地下水或用于灌溉，同时营造水景，美化环境。

三、技术措施——注重对雨水的渗透、存蓄和净化

“海绵农田”强调对雨水的下渗和调蓄作用，若能发挥农田的下渗和调蓄作用，也可有效控制地面径流，将农田打造为打造为兼顾“生态、民生、产业、耕保”的海绵综合体。说起“海绵农田”的建设措施，这里面大有文章，既在地上也在地下。以下介绍两种“海绵农田”应用的特色技术

1 海绵农田特色应用技术——“生泰”透气防渗砂

生泰透气防渗砂是以沙漠风积沙为原料，通过特定的成型工艺制备而成，具有透气防渗功能，可以作为干旱地区土壤改良材料，起到保持土壤水分的作用。

技术原理：生泰透气防渗砂以沙漠中的风积沙作为原料，优选高分子材料作为表面改性剂，通过独创的反应性覆膜技术，微颗粒界面改性技术，将高分子材料均匀、稳定地包覆于每各颗沙粒表面，形成一种具有透气功能的新型生泰防渗材料。

技术特点：

(1)防渗性能：2米高水压下，渗透速率<0.3kg/㎡/h;

(2)浸出毒性：检测结果显示，有毒物、重金属均未检出;

(3)透气性：5cm厚度的生泰®保水砂的透气性为49。

2 海绵农田特色应用技术——蜂巢结构地下隐形水库

蜂巢结构地下隐形水库由硅砂井透水砌块与硅砂井滤水砌块组合建造的“蜂窝状”蓄水池。蜂窝状结构稳定安全可靠，储水率高达90%以上。因地制宜，不占据地面空间。过滤与净化同步，防渗与防蒸发同时，储存与保鲜一体。

技术原理：蜂巢结构地下隐形水库内填满由硅砂透水砌块拼装的六边形硅砂透水井，构成蜂窝状的储水空间，结构稳定，安全可靠，储水率高达91.5%。井体硅砂砌块的蜂窝状孔隙构造是优良的过滤界面，配合合理的水池进、出水水流组织，保证了雨水的良好过滤效果。蜂巢结构地下隐形水库底部的部分面积以透气防渗砂铺装池底，有防水、透气双重功效，能有效地提高水体的含氧量(确保水体溶解氧8%~10%)，有利于水质保持。

技术特点：

(1)透水速率：硅砂透水井砌块透水速率≥10.0[mL/(min˙cm²)]，硅砂滤水井砌块透水速率≥3.0[mL/(min˙cm²)];

(2)抗冻性能：夏热冬冷地区25次冻融循环，寒冷地区50次冻融循环，严寒地区75次冻融循环，冻融循环后质量损失≤20%，冻融循环后抗压强度损失率≤20%;

(3)抗盐冻性：寒冷地区、严寒地区冬季道路使用除冰盐除雪时及盐碱地区应进行抗盐冻性试验，经ND25次抗盐冻性试验的质量损失应≤0.50kg/m²。

四、典型案例

1 杭州富阳“生态海绵水田”项目

项目概述：该项目主要利用“生泰透气防渗砂”技术和“硅砂蜂巢结构地下隐形水库”技术构建的“生态海绵水田”技术垦造水田，研究“生态海绵水田”对水稻生理指标、收获指标、水质、土质及灌溉用水的影响，为杭州乃至全国垦造水田提供一种行之有效的新型模式。

采用土工膜防渗技术完成对旱地的改造，这项技术通常会用到大量水泥，在原来旱地挖开的基层上，做一个类似方形鱼缸一样的蓄水池，时间一长，除了会阻碍土壤上下水气的贯通，也使得土壤板结严重，最终导致植株难以正常生长。

小广场下面，是一个硅砂蜂巢结构的地下隐形水库，经过多层过滤，对水质具备保鲜作用，同时进出稻田的水，可以达到三级地表水的标准。

杭州富阳“生态海绵水田”项目，具有重要的示范推广作用。未来不仅在在富阳区，杭州市、浙江省乃至全国范围内都将有序开展旱地改生态海绵水田的改造、建设、维护及研发与推广。

2 磴口县千亩沙漠水稻项目

项目概述：2017年初，磴口县政府计划利用“生泰保水砂”种植技术进行沙漠改造及盐碱地改良，并打造千亩光伏沙漠有机水稻试验示范基地和盐碱地改良试验示范项目，计划将磴口县打造成国际“砂产业”论坛的永久性会址，实现沙漠变良田、沙漠变绿洲。

磴口县按照生态建设产业化、产业发展生态化的思路，因地制宜，将生态治理与经济建设相结合。继沙漠上种牛奶、沙漠上种花生之后，利用“生态保水砂”这一原创性科技产品及技术，打造千亩沙漠有机水稻示范基地，该基地位于磴口工业园区光伏园区西侧，投资1亿元，光伏装机容量10兆瓦，首年发电量1700万度。

总结

海绵农田的四大显著优势体现在：

1、节地：蓄水池深埋地下2-3米，地上1米土层可种植及承载耕种设备，节约土地;

2、节能：雨水收集、输送、储存全过程采用无动力水处理技术，节约电能的消耗;

3、省时：由于工程选用的产品均为标准成型产品，例如成品的塑料储水池模块，防渗土工膜、塑料成品雨水井等，施工速度很快，施工周期短，与同规模混凝土类型工期相比，省时2/3;

4、环保：雨水经过设施设备的多级过滤、弃流分离、自然渗透、沉沙等处理，得到了净化，保证了较好的水质;蓄水池采用抗压、抗腐、抗低温的PP和PE新材料，替代传统的高耗能生产的水泥钢筋建筑材料并能够保护土壤;

目前只有促进产业创新和技术科研出台鼓励创新设计方法、施工方法、创新技术产品的政策，才能推动海绵城市建设的技术进步;以此制定促进海绵城市建设相关产业发展的优惠政策，也能够在范围内加强海绵技术的推广。