農(nóng)田暗管排水技術(shù)及其施工機械

安鶴峰

摘要：基于暗管排水技術(shù)的國內(nèi)外研究進展，介紹農(nóng)田暗管排水技術(shù)的工作原理、應(yīng)用情況，論述其在排鹽方面的作用及效果，探討暗管技術(shù)的布設(shè)、施工、維護機械設(shè)計研究現(xiàn)狀，為提高暗管排水技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：暗管排水;農(nóng)田;排鹽;施工機械

中圖分類號：S157 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2021）02-0032-03

暗管排水（pipe drainage）是一種用地下溝（管）使土壤中的多余水分從暗管接頭處或管壁濾水微孔滲入管內(nèi)排出的技術(shù)措施，具有控制地下水位、調(diào)節(jié)土壤水分、改善土壤理化性狀的作用。遼寧省是洪澇災(zāi)害頻繁的省份，特別是遼河、渾河、太子河、繞陽河等河流的中下游地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的頻率尤高。暗管排水工程是低濕平原湖區(qū)農(nóng)田基本建設(shè)的延續(xù)與深化，適于在有澇漬危害的農(nóng)業(yè)地區(qū)實施，能節(jié)省用地和提高土地利用率，且便于田間機械化作業(yè)。

1 暗管排水技術(shù)研究進展

暗管排水技術(shù)始于19世紀初，歐美日等發(fā)達國家20世紀60年代廣泛應(yīng)用。日本的耕地零星分散，耕地面積僅為世界的0.4%。為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，日本從1945年開始大面積應(yīng)用暗管排水技術(shù)。日本在制定暗管排水規(guī)劃時，綜合考慮土地利用的長期計劃和農(nóng)業(yè)經(jīng)營狀況等，根據(jù)田間的土地利用形態(tài)（水田、旱田和草地），環(huán)境條件（土地、地形、外來水、氣象等），地區(qū)排水及用水關(guān)系等，合理劃分田塊大小和配置農(nóng)田排灌容量。不同地區(qū)應(yīng)采用不同的暗管排水基本系統(tǒng)和輔助手段，綜合比較后選擇最佳規(guī)劃方案。我國制定暗管排水規(guī)劃時，很少分析暗管排水后的用水、排水平衡問題，而日本對此非常重視，其農(nóng)田排水標準比我國高。我國暗管排水技術(shù)研究和應(yīng)用起步較晚，目前處于邊應(yīng)用邊推廣階段，但經(jīng)過廣大科研者的不懈努力，已取得一些良好的效果。

2 暗管排水技術(shù)原理及結(jié)構(gòu)

暗管排水系統(tǒng)主要包括吸水、集水和排水三大部分。吸水部分采用吸水管道吸收農(nóng)田土壤里的水分并排出去;集水部分通過流水管道將田間土壤中的多余水分集中并排放到明水中;排水部分截取水庫、河道、水道中的地下流水。目前，暗管排水技術(shù)主要有排水管道、排水暗溝、鼠道、土線溝4種結(jié)構(gòu)形式。暗管排水結(jié)構(gòu)及布置見圖1。

2.1 輸水原理

將帶有小孔的暗管通過精確激光高程控制以一定坡度埋設(shè)于地表1 m以下，土壤中過多水分通過暗管上的小孔滲入暗管內(nèi)，并通過暗管流入排水支渠，最終排出田塊，原理見圖2。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

排出土壤中多余水分，控制地下水位;深埋于地下，可節(jié)省10%左右土地;控制地下水位，起到降漬的作用;使用成本和維護成本低;不影響田間機械化作業(yè)。

暗管排水排鹽技術(shù)近年來被應(yīng)用于鹽堿澇漬荒地及改造中低產(chǎn)田，具有節(jié)省耕地、排鹽效果好、有效控制地下水位、減少維護費用等優(yōu)點。遼寧盤錦輕度鹽漬型水稻土區(qū)埋設(shè)泥燒瓦管排水試驗表明，暗管排水條件下種植的水稻比明溝排的水稻增產(chǎn)9.1%～18.0%，且當埋深或間距一定時，間距小或埋管深的地塊增產(chǎn)效果更佳。

3 暗管排鹽技術(shù)

二次鹽堿化的形成機理：許多地區(qū)因排水不暢，導致灌溉和降雨后地下水位升高，地表水分不能及時排出田塊，只能通過蒸發(fā)的方式排出;水分通過土壤的毛細管上升到地表，并在地表經(jīng)過強烈的蒸發(fā)后，在表層逐年積鹽，使土壤表層鹽堿化。二次鹽堿化原理見圖3。

暗管排鹽是暗管排水應(yīng)用的延伸，依據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運動規(guī)律。在鹽堿地鋪設(shè)排水暗管不僅可以及時排出農(nóng)田內(nèi)多余水分，還能徹底切斷或大大減弱水分的毛細作用，阻斷次生鹽堿地的形成過程。對于已形成的次生鹽堿地鋪設(shè)暗管，每次灌溉和降雨都是一次淋洗過程，能將表層的過多鹽分溶解后導入排水暗管，最后流出田塊。

實踐證明，長期應(yīng)用暗管排水技術(shù)在鹽堿地改良、促進農(nóng)業(yè)增收等方面具有重要作用。衡通等結(jié)合滴灌淋洗期間暗管排水建立土壤鹽分淋洗曲線，確定管徑90 mm、埋深0.6 m是適宜北疆鹽漬土的暗管排水最優(yōu)埋深與管徑布設(shè)參數(shù);單一明溝排水對改良原始荒地鹽土效果甚微;15 m間距暗管的土壤排鹽效果最好，平均排水速率為2.87 m3/h，排鹽強度為150.3 t/hm2。

王雪選擇對土壤鹽分含量較為敏感的作物—番茄作為主要栽培作物，通過計算建設(shè)成本、番茄產(chǎn)量和利潤，分析暗管排水的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。研究表明，從生態(tài)效益看，暗管布設(shè)能有效提高土壤表層pH值、土壤孔隙度、飽和土壤導水率，降低不同土層的土壤容重;埋設(shè)暗管的番茄產(chǎn)量和水分利用率遠大于對照，經(jīng)濟效益十分顯著。

4 暗管技術(shù)布設(shè)及施工機械

4.1 規(guī)劃布設(shè)

暗排工程技術(shù)參數(shù)的確定及條件優(yōu)化至關(guān)重要，尤其是暗管的埋深、間距和管徑。排水暗管通常布設(shè)在同一深度，并按等距排列。施工時，根據(jù)排水標準合理確定暗管埋設(shè)的深度和間距。至于暗管工程是否適合推廣，除了考慮使用效果外，建設(shè)成本也是重要的評價指標。暗管排水工程規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理應(yīng)有明確的規(guī)范。

4.2 施工機械

隨著暗管工程技術(shù)的逐步成熟，暗管鋪設(shè)方法已由手工鋪設(shè)發(fā)展為機械鋪設(shè)，水泥管、陶管等排水管材由波紋塑料排水管取代，排水管外包過濾材料由傳統(tǒng)的砂礫濾料發(fā)展為土工織物。

早期的暗管排水施工采用人力方式，開挖溝槽、埋設(shè)管道、填入裹濾料、復(fù)填原土等作業(yè)均由人工完成。隨著農(nóng)業(yè)機械化水平的提高，開溝鋪管聯(lián)合施工機械不斷研究和應(yīng)用，有些機具可一次完成下濾料和回填土作業(yè)。當前，施工機械主要分有鏈式施工機械和犁式施工機械兩大類。大型機械配備激光高程控制系統(tǒng)、傾斜度控制、擺動牽引系統(tǒng)及暖風機裝備，機械設(shè)計趨于人性化和智能化。

INTER-DRAIN SALES BV生產(chǎn)的開溝鋪管設(shè)備配有激光控制系統(tǒng)或GPS控制系統(tǒng)。工作時，發(fā)射器發(fā)射出激光束，激光束呈現(xiàn)設(shè)定的坡度和高度，激光接收器接收激光信號后將信號傳到激光控制器，激光控制器通過處理信號將指令發(fā)送到執(zhí)行系統(tǒng);二維激光控制系統(tǒng)能實現(xiàn)開溝深度、鋪管斜度的精確控制，操作方便，施工效率和質(zhì)量較高。自動控制過程見圖4。

4.3 管道維護

暗管技術(shù)一次性投資較大，施工技術(shù)要求較高，如防沙濾層未處理好，使用過程中易淤堵失效。其管道維護主要是防止堵塞和管道淤積，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)淤塞特點定期清淤維護，保持系統(tǒng)良好運行狀態(tài)。暗排技術(shù)具地域性特征，各地的排鹽降漬需求不同，因此，需應(yīng)土壤類型和當?shù)氐膶嶋H情況，因地制宜地制定暗管及配套技術(shù)的標準和規(guī)范。

5 結(jié)語

大量研究表明，暗管排水的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益十分顯著，能夠有效降低和控制農(nóng)田地下水位，治理漬害，還可提高旱作物產(chǎn)量。目前，水鹽運移特征及模型模擬、工程技術(shù)參數(shù)、排鹽降漬條件、排鹽降漬效果及效益等，是暗管排水技術(shù)研究的熱點和焦點。在今后的研究中，應(yīng)綜合考慮耕作制度、灌溉模式、降雨、地下水季節(jié)性規(guī)律、技術(shù)實施可持續(xù)性等問題，因地制宜地與其他耕作制度相結(jié)合，形成配套的農(nóng)田生態(tài)工程技術(shù)體系，以達到改良土壤、增產(chǎn)增收的目的。

參考文獻

[1] 衡通.暗管排水對滴灌農(nóng)田水鹽分布的影響研究[D].石河子：石河子大學，2018.

[2] 薛永貴.暗管排水技術(shù)對土地改良和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)改進的應(yīng)用效果分析[J].農(nóng)民致富之友，2017（13）：165.

[3] 陳誠，羅紈，賈忠華，等.江蘇沿海灘涂農(nóng)田高降漬保證率暗管排水系統(tǒng)布局[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33（12）：122-129.

[4] 李華.暗排技術(shù)在不同類型農(nóng)田土壤改良中的應(yīng)用研究進展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014（19）：242-245.

[5] 李楷奕，王紅雨，馬利軍，等.暗管排水改善土壤水鹽性狀的原位監(jiān)測試驗研究[J].寧夏工程技術(shù)，2019，18（2）：133-137.

Buried Pipe Drainage Technology and Equipment in Farmland

AN Hefeng

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Based on the domestic and foreign research progress of the buried pipe drainage technology， this paper introduces the working principle and application of the buried pipe drainage technology in farmland， discusses its function and effect in the field of salt drainage， and probes into the research status of the layout， construction and maintenance machinery design of the technology of the buried pipe， so as to provide a theoretical reference for the promotion and application of the technology of the buried pipe drainage.

Key words： buried pipe drainage; farmland; salt drainage; construction machinery