新疆南疆沙質(zhì)鹽堿土暗管+豎井排水控鹽技術(shù)模式

石 磊，何 帥，高志建，尹飛虎

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水石河子科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站）

新疆地處歐亞大陸腹地，屬典型的大陸性干旱氣候，年均降雨量不足200 mm，年均蒸發(fā)量在2 000 mm左右，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。新疆南疆地區(qū)分布著大面積的沙質(zhì)土壤，且次生鹽堿化問(wèn)題嚴(yán)重。一方面受新疆土壤母質(zhì)含鹽量高影響，另一方面是由于灌溉水含鹽量高（含量普遍在2～6 g/L），加上各灌區(qū)灌排系統(tǒng)不健全，有灌無(wú)排，使得土壤中鹽分不斷累積，同時(shí)過(guò)度灌溉使得地下水位也不斷上升[1]，強(qiáng)烈的蒸發(fā)加速深層鹽分表聚，從而導(dǎo)致土壤次生鹽漬化問(wèn)題日益嚴(yán)重。傳統(tǒng)鹽堿地治理主要采取大水壓鹽、明渠排鹽等技術(shù)措施，但該技術(shù)存在耗水多，排渠占地面積大、修整成本高等問(wèn)題。

暗管排水控鹽技術(shù)，其原理是根據(jù)“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”的水鹽運(yùn)移規(guī)律，在灌溉時(shí)鹽分隨水下移至埋設(shè)于土壤一定深度、一定坡度的暗管處，再由集水井、集水管匯入明渠內(nèi)，從而排出土體以達(dá)到淋洗鹽分的效果；另外，通過(guò)暗管可將地下水位控制在臨界深度，以抑制高礦化度地下水上移，從而達(dá)到改良土壤鹽堿化的效果[2]。新疆南疆地區(qū)地下水位高，通過(guò)采用豎井排水降低地下水位，進(jìn)而調(diào)控種植區(qū)土壤水鹽分布平衡，該技術(shù)應(yīng)用對(duì)新疆鹽漬土改良起到一定效果[3]。暗管+豎井模式的主要作用原理是采用“暗管”來(lái)調(diào)節(jié)土壤耕層鹽分，利用“豎井”來(lái)控制地下水位，實(shí)現(xiàn)土壤總體鹽分降低。

項(xiàng)目組以兵團(tuán)第二師三十八團(tuán)、第十四師二二四團(tuán)為研究區(qū)，根據(jù)南疆沙質(zhì)土特性及水文特征，采用暗管+豎井模式對(duì)沙質(zhì)鹽漬化土進(jìn)行排水控鹽技術(shù)研究，結(jié)合管道水利、暗管布設(shè)間距、脫鹽效果等技術(shù)，明確了適應(yīng)不同區(qū)域暗管+豎井排水控鹽的技術(shù)規(guī)范與模式。本文對(duì)該模式的系統(tǒng)組成與功能、模式設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理與維護(hù)等進(jìn)行介紹，為新疆灌溉農(nóng)田鹽堿化合理防治提供技術(shù)依據(jù)，也為環(huán)境相似區(qū)域鹽漬化土壤改良提供有益借鑒。

1 暗管+豎井排水控鹽模式的系統(tǒng)組成與功能

1.1 系統(tǒng)組成

暗管排水控鹽系統(tǒng)一般由吸水管、豎井、集水管、集水井、檢查井、自動(dòng)水泵系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、水鹽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)控泵房等組成。吸水管一般采用管壁上有進(jìn)水孔的PVC 或PE 單壁（或雙壁）波紋管，豎井一般采用管壁上有進(jìn)水孔的水泥管或鋼管，使土壤中多余水分及其溶解其中的鹽分通過(guò)暗管和豎井匯集至集水管或排水渠（溝），再排入下一級(jí)排水渠（溝）。

1.2 系統(tǒng)功能

排水排鹽：通過(guò)深耕和灌溉淋洗，使土壤中的鹽分隨灌溉水滲入地下的水體通過(guò)暗管和豎井排走，達(dá)到土壤洗鹽和排鹽的目的。

控制地下水位：將地下水位控制到設(shè)計(jì)深度以下，控制地下水位上升，防止土壤次生鹽漬化。

提升耕地質(zhì)量：通過(guò)灌排措施，降低土壤含鹽量，改善耕地質(zhì)量，促進(jìn)土壤環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2 暗管+豎井排水控鹽模式設(shè)計(jì)

2.1 吸水管規(guī)格與鋪設(shè)設(shè)計(jì)

（1）吸水管管徑為50～110 mm；（2）吸水管鋪設(shè)坡度最小不低于0.5‰；（3）吸水管全段最小埋深不小于70 cm；（4）每條吸水管最低處均高于集水管15 cm以上；（5）吸水管間距一般在6～10 m。

2.2 豎井設(shè)計(jì)要求

（1）豎井井徑60～120 cm；（2）豎井深度15～20 m；（3）豎井間距離80～150 m。

2.3 集水管規(guī)格與鋪設(shè)要求

（1）主集水管：PE 材質(zhì)螺紋管、Ф200 mm，坡度至少2‰；（2）豎井集水管：160 mmPVC 管，坡度至少2.5‰。

2.4 檢查井設(shè)計(jì)要求

檢查井直徑不小于0.8 m，井內(nèi)吸水管位置應(yīng)高于集水管頂0.15 m，井底應(yīng)留有0.3～0.5 m 深的沉沙段，明式檢查井應(yīng)加蓋保護(hù)，暗式檢查井的覆土厚度應(yīng)大于0.5 m。

2.5 集水井設(shè)計(jì)要求

配置規(guī)格：鋼或水泥材質(zhì)管、池，內(nèi)徑1.2～1.8 m，深10～15 m，承接所有排水，設(shè)在監(jiān)測(cè)泵房中。

2.6 自動(dòng)水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水泵配置：集水井水泵（4 kW、25 m、25 m3/h），豎井水泵（1.5 kW、20 m、10 m3/h）；采用浮子開(kāi)關(guān)，水位自動(dòng)控制形式。

2.7 供電系統(tǒng)配置

主要儀器設(shè)備：變壓器（20 kW）、電纜、配電箱、電表等。

2.8 水鹽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置

主要儀器設(shè)備：土壤溫度、濕度、鹽分及pH 傳感器（分別埋深20 cm、40 cm、60 cm），水體pH 及電導(dǎo)率傳感器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸及顯示器等。

2.9 監(jiān)控泵房設(shè)計(jì)

泵房面積不小于30 m2，內(nèi)置配電箱、水泵、照明及水鹽監(jiān)測(cè)服務(wù)器等。

豎井與豎井集水管相連，吸水管、豎井集水管與主集水管相連，豎井集水管與主集水管連通處設(shè)置觀測(cè)井，主集水管輸出端連接監(jiān)測(cè)泵房的總集水井中，通過(guò)水泵排出。流進(jìn)吸水管的鹽水匯集于主集水管和觀察井中，再流入監(jiān)測(cè)泵房中的總集水井中，通過(guò)水泵排到總排水渠中。

2.10 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須先在地形圖上進(jìn)行管網(wǎng)的總體布局，包括出口位置、水流方向、吸水管和豎井間距及位置安排；（2）同一區(qū)域單級(jí)系統(tǒng)吸水管應(yīng)平行布置，吸水管埋深和間距應(yīng)一致；（3）多級(jí)系統(tǒng)吸水管和豎井可以布置在集水管一側(cè)或兩側(cè)，同側(cè)應(yīng)平行布置，同一區(qū)域埋深和間距應(yīng)一致；（4）吸水管、豎井和集水管交接處、轉(zhuǎn)角和比降突變處，以及穿越溝、渠、路的兩側(cè)或下游一側(cè)等地方，一般應(yīng)設(shè)置檢查井；（5）應(yīng)根據(jù)匯流水量和揚(yáng)程選擇水泵，按運(yùn)用靈活和管理方便等要求設(shè)計(jì)匯流集水井；（6）暗管排水控鹽系統(tǒng)出水口處應(yīng)采取防老化、防沖刷、防坍塌等防護(hù)措施；（7）為了保證整個(gè)排水系統(tǒng)保持較低水位，保證各排水控鹽系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需在建設(shè)區(qū)下游設(shè)置強(qiáng)排泵站。

3 暗管+豎井排水控鹽系統(tǒng)的施工

（1）施工前必須做好料物備制和定線放樣等準(zhǔn)備工作，施工現(xiàn)場(chǎng)三通一平（路通、電通、水通、平整場(chǎng)地）。工期宜選在非汛期的農(nóng)閑和地下水位較低的季節(jié)。（2）施工時(shí)土壤持水量在80%以下。（3）暗管的鋪設(shè)宜采用專業(yè)的開(kāi)溝埋管機(jī)械。（4）管溝開(kāi)挖應(yīng)自下游往上游，從集水管到吸水管、豎井進(jìn)行。（5）如發(fā)生斷管，必須重新對(duì)接，并重新填實(shí)濾料層。（6）管材的連接需要將連接的一端用剪刀裁出5～10 cm 切口，將另一端順?biāo)鞣较虿迦耄賹⑹孪绕书_(kāi)的管（15～30 cm）罩在切口處，用鐵絲捆扎牢固。（7）管鋪設(shè)完成后，吸水管末端的管口需密封方可埋入地下。（8）管溝回填宜采用專用合溝機(jī)進(jìn)行回填，回填土應(yīng)保持干燥，嚴(yán)禁用淤泥回填，原耕作土回填在表層，回填土應(yīng)高于地面15～20 cm。（9）觀測(cè)井的位置和埋設(shè)深度必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，在同一根管線上，2 個(gè)觀測(cè)井之間、2 個(gè)集水井之間的距離不應(yīng)超過(guò)300 m。（10）檢查井底部基礎(chǔ)是否夯實(shí)，防止沉降；觀測(cè)井和集水井安裝時(shí)應(yīng)保證井身垂直，兩端管道銜接平順，不能有彎折、起伏；管道與井身孔口的連接部位應(yīng)做密封處理，防止泥沙進(jìn)入。

4 暗管+豎井排水控鹽系統(tǒng)的運(yùn)行管理與維護(hù)

4.1 運(yùn)行管理

（1）系統(tǒng)建成后必須確定相應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)，制定切實(shí)可行的管理規(guī)章和工程維修養(yǎng)護(hù)制度，并對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和崗位考核。（2）系統(tǒng)的管理包括經(jīng)常性維護(hù)、季節(jié)性修整、臨時(shí)性搶修、排鹽效果監(jiān)測(cè)和必要的試驗(yàn)工作。（3）使用、管理單位應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件和不同作物各生育期的耐澇、漬和耐鹽堿能力，制定正常的運(yùn)行管理方案。并隨時(shí)掌握雨情、水情、旱情、澇情和土壤水分、鹽分情況，及時(shí)協(xié)調(diào)各項(xiàng)工程的排水調(diào)控作用。（4）灌水淋洗指標(biāo)和時(shí)間可根據(jù)當(dāng)?shù)厮榧案鳁l件確定。每次淋洗水量不少于200 m3/667 m2，有條件的地方每年可進(jìn)行1次以上淋洗。

4.2 檢測(cè)與維修

（1）建立維修和養(yǎng)護(hù)制度，定期檢查系統(tǒng)運(yùn)行狀況，確保排水通暢和設(shè)施完好、運(yùn)行正常；（2）運(yùn)行初期應(yīng)沿管線經(jīng)常巡視，對(duì)于流量明顯減少或砂含量明顯增多的管道，應(yīng)查找原因，及時(shí)處理；（3）定期檢查觀測(cè)井中排水管的出水情況，并清除井底的淤泥；（4）工程建成運(yùn)行后，應(yīng)做好監(jiān)測(cè)記錄，每年需對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況和排鹽效果進(jìn)行測(cè)試。

新疆大面積實(shí)施節(jié)水灌溉技術(shù)以后，水循環(huán)機(jī)制變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。因此，只有探明不同灌區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)及其調(diào)控機(jī)制，才能為不同類型農(nóng)地和不同灌排措施條件下土壤鹽堿化防治提供技術(shù)依據(jù)。項(xiàng)目組后續(xù)會(huì)對(duì)灌水定額、灌溉頻次、排水量等因素對(duì)該項(xiàng)技術(shù)脫鹽效果的影響進(jìn)行深入研究，另外，淋洗過(guò)程中排出的鹽水處理問(wèn)題也是下一步研究重點(diǎn)。