暗管排水工程技術(shù)

張喜和 ，國書龍

（1.吉林省東遼縣水利勘測設(shè)計隊，吉林東遼136600；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 研究概況

暗管排水始于19世紀初，到20世紀中期在歐美日等發(fā)達國家廣泛應(yīng)用。60年代，塑料暗管技術(shù)的發(fā)展使暗管排水技術(shù)出現(xiàn)了一個重大突破，暗管排水獲得了大規(guī)模發(fā)展。相比傳統(tǒng)的瓦管及鼠道排水，塑料暗管具有質(zhì)輕、便于機械化施工、使用壽命長、排水效果好、增產(chǎn)作用顯著等優(yōu)點。目前，荷蘭、以色列等國農(nóng)田幾乎全部都采用塑料暗管排水，美國、英國、德國等也達到60%以上，北非、西亞、南亞等一些發(fā)展中國家正在大面積推廣使用暗管排水技術(shù)。荷蘭是暗管技術(shù)發(fā)展較早的國家，對暗管排水排鹽的機理，暗管的材料選擇，鋪設(shè)工藝，暗管埋深與間距的確定，內(nèi)部污染、鐵錳物質(zhì)的沉積堵塞、根系的穿入、內(nèi)壓等關(guān)鍵技術(shù)性的問題已經(jīng)做了長時間的研究，在這些方面達到了相對成熟的水平[1]。我國暗管技術(shù)起步較晚，目前還處于邊試用邊推廣階段，但是隨著幾代人的努力，已經(jīng)看到了可喜的成果。

2 暗管運作機理

暗管指的是在地下埋設(shè)的管壁有多孔或縫隙的管道，主要處理對象是“水”和“鹽”。依靠暗管排除的過剩水，包括兩部分，即“地表殘留水”和“土壤中的重力水”，地表殘留水是指貯存在坑凹外的地表水，靠地表自然排水方法無法排除的水，過去認為暗管排水的主要作用，是排除壤中水，但經(jīng)過大量的調(diào)查研究，人們逐漸認識到暗管排水作用更重要的是排除地表殘留水。多余鹽分的產(chǎn)生則有很多原因，如氣候作用、耕作技術(shù)不合理、施肥不當(dāng)、地下水位抬高等，在降鹽方面要求暗管排水能降低土壤表層積鹽量，還作物適宜的生長環(huán)境，它主要根據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”的原理：土壤中的多余水分可以從暗管接頭處或管壁濾水微孔滲入管內(nèi)排走，調(diào)節(jié)土壤水分的同時，鹽分隨之流走，土壤理化性質(zhì)得以改善。

暗管排水系統(tǒng)由田間排水管和集水管兩部分組成：前者用以直接排除土壤中多余的水，降低地下水位，調(diào)控土壤水鹽狀況；后者用于匯集由吸水管排除的地下水，并輸送到排水骨干河溝中去。為了增強排水效果，也可采用深暗管與淺明溝相結(jié)合的雙層排水形式。側(cè)向來水可按截滲排水要求布設(shè)暗管。一級管和二級管相結(jié)合，一級管的滲入水匯入二級管中，然后流入污水管排走。如果污水管道埋的深度較淺不能自行排泄?jié)B水，可在二級管末端設(shè)集水井，定期強排[2]。

3 暗管材料與布設(shè)

3.1 暗管材料

暗管材料包括暗管本身的選材和外包材料。暗管本身的選材應(yīng)該本著“經(jīng)濟實用”的原則。荷蘭作為暗管技術(shù)發(fā)展較早的國家，曾先后引進粘土瓦管，混凝土管，隨后又嘗試了PVC（聚氯乙烯）原料制成的光壁波紋管，直到發(fā)現(xiàn)目前普遍使用的PVC塑料波紋管。波紋塑料管具有重量輕、運輸和鋪設(shè)中損耗小、耐腐蝕、整體性好、適于機械施工等特點，已被廣泛使用。美英等國曾嘗試的PE管，價格雖便宜，但耐低溫性能差，對紫外線敏感，且不耐壓。我國學(xué)者也對暗管選材（主要為PVC塑料管材），開孔率進行了研究，取得了一定成果。

外包材料是保證排水效果的關(guān)鍵部分。暗管埋設(shè)區(qū)域的特殊性要求外包料要有良好的耐腐蝕性和通透性，外密內(nèi)疏型為佳，而且外包料應(yīng)有一定厚度，以防止土壤細顆粒堵塞外包料孔隙。早期使用過泥炭纖維、術(shù)屑片、鋸木屑、谷物秸稈、爐灰等，但這些原料來源及數(shù)量有限，且處理起來也很費工；后來人們嘗試過使用玻璃纖維，因為對化學(xué)堵塞敏感，也沒有應(yīng)用。土工織物具有產(chǎn)品系列多、性能穩(wěn)定、重量輕、運輸施工方便、勞動強度低、工效高、施工質(zhì)量易保證等優(yōu)點，已普遍使用[3-4]。

3.2 施工工藝

施工工藝主要分為機械施工和人工施工。隨著施工技術(shù)的發(fā)展，人工施工逐漸被機械施工所替代。機械施工目前普遍使用荷蘭斯廷伯根公司生產(chǎn)的EGS3000刀鏈式開溝鋪管機。主要用于鋪設(shè)田間一級水管，由于該機配備了雙坡面激光控制系統(tǒng)，可保證準確的暗管縱坡，操作方便，鋪設(shè)效果好。人工施工則多采用工人開挖鋪管的方法，施工中應(yīng)采用“先下后上”的辦法，先做出水井，埋設(shè)主干管、集水井、集水管，再埋設(shè)吸水管、檢查井、檢查孔等。各級管道的接口和進出口要進行嚴格處理，施工程序要有周密的安排。

3.3 暗管布設(shè)

管徑、坡降、埋深和間距是塑料暗管排水設(shè)計規(guī)劃的主要參數(shù)。管徑和坡降二者存在一定的相關(guān)關(guān)系。暗管管徑大小的確定，應(yīng)在自由流的狀態(tài)下滿足設(shè)計流量結(jié)合多種因素確定。根據(jù)經(jīng)驗，通常農(nóng)一級暗管管徑63~75 mm，并根據(jù)管道長度逐漸增加管徑，滿足排水要求。當(dāng)管徑小于100 mm時，管道坡降在1/300~1/800之間；當(dāng)管徑大于100 mm時，管道坡降在1/800~1/2 000之間。

根據(jù)經(jīng)驗，暗管埋深在漬害區(qū)為0.8~1.5 m，視作物根深而定；在鹽漬化區(qū)為1.5~2.5 m，視臨界深度而定。排水暗管通常布設(shè)在同一深度，按等距排列。

暗管間距視暗管埋深、土壤透水性和排水標(biāo)準而定。農(nóng)溝間距一般在60~85 m之間，可采用暗管沿原農(nóng)溝位置布置的方式。對于透水性較差的粘性土或在上部有淺位阻水層時，暗管間距宜加密。

對于暗管布設(shè)，僅憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)達不到最好的效果。目前普遍應(yīng)用的有DRAINMOD模型，輸入土壤剖面水分平衡時的含水量，地下水和土壤剖面的水分存貯和移動等水文資料進行明暗排組合抉擇和暗排間距決策；荷蘭很早建立的Spreedsheef程序，可用于計算暗管埋深和間距；我國學(xué)者也結(jié)合我國實際情況，建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型進行分析，并取得了一定的成果。綜上所述，根據(jù)實際情況、建立合理的數(shù)學(xué)和計算機模型在確定暗管布設(shè)參數(shù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.4 管道維護

暗管管道維護主要是防止堵塞和管道淤積。粉砂和輕砂等礦質(zhì)顆粒因為太大難以被膠結(jié)，很容易造成堵塞，而鐵錳等化合物是造成管道永久淤塞的主要來源?？傮w而言，一個排水系統(tǒng)要正常運行，并盡可能地延長其使用壽命，首先是設(shè)計工程時，應(yīng)根據(jù)施工區(qū)的具體情況正確選擇適宜的外包裹材料，其次是施工時對環(huán)境條件的選擇和正確的埋管操作，最后則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的淤塞特點定期清淤維護，保持系統(tǒng)良好運行狀態(tài)[2]。

4 討論與建議

綜上所述，暗管技術(shù)具有廣泛的效益：首先，有助于控制地下水位，將地下水位控制在與作物的根系相適宜的埋深之下，以此來使作物免受浸漬；其次，在土壤得到科學(xué)的灌排淋洗后，暗管技術(shù)能夠加速土壤的脫鹽；再次，暗管技術(shù)有利于土壤水氣現(xiàn)狀的改善，也有利于土壤物理特性的改善；最后，暗管技術(shù)有助于作物的增產(chǎn)，利用暗管技術(shù)區(qū)域的田間作物長勢與產(chǎn)量都要好過一般的田地，且隨著時間的推移，這種優(yōu)勢更為明顯。

但暗管技術(shù)也存在一些問題：暗管一次性投入很大，施工要求高；暗管排水的同時降低了土壤的速效養(yǎng)分。氮元素流失嚴重，已經(jīng)得到關(guān)注；管徑小，間距大，外包裝老化、破損等原因易造成暗管堵塞，排水慢，農(nóng)田淹水。

針對以上問題，在今后暗管技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)該注意土壤的培肥和管道的維護，明管和暗管相互組合，并建立合理的項目管理體系，使用和管理同時進行，工程措施（暗管技術(shù)等）、生物措施（選擇耐鹽植物，使用有機肥料，采用EM）、農(nóng)業(yè)耕作措施、化學(xué)措施（加入石膏，腐植酸，醋渣等）有效結(jié)合，針對實際情況綜合治理，這將是暗管技術(shù)今后發(fā)展的大方向；建立數(shù)學(xué)模型，用計算機模擬塑料暗管埋深、間距等，具有廣闊的應(yīng)用前景，在這方面的工作有待深入；與此同時，暗管排水新材料的研發(fā)是暗管排水發(fā)展的一個永恒的話題，應(yīng)通過加強科技投入，支撐新材料的研發(fā)，盡快尋找成本低，耗材少，適用性強的新型暗管材料。

［1］Nicholls K H，Maccrimmon H R.Nutrients in subsurface and runoff waters of the Holland Marsh,Ontario［J］.Journal of Environmental Quality，1974，3（1）：31-35.

［2］李占柱.我國暗管排水工程經(jīng)濟效益的一些分析［J］.灌溉排水，1985（02）：7-13.

［3］劉燕.荷蘭農(nóng)田暗管排水技術(shù)的發(fā)展［J］.世界農(nóng)業(yè)，1995（01）：25-28.

［4］趙少勇.暗管排水技術(shù)應(yīng)用［J］.寧夏農(nóng)林科技，2005（06）：67.