新疆南疆沙質鹽堿土暗管+豎井排水控鹽技術模式

石 磊，何 帥，高志建，尹飛虎

（1.新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；2.農業部作物高效用水石河子科學觀測實驗站）

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，年均蒸發量在2 000 mm左右，生態環境十分脆弱。新疆南疆地區分布著大面積的沙質土壤，且次生鹽堿化問題嚴重。一方面受新疆土壤母質含鹽量高影響，另一方面是由于灌溉水含鹽量高（含量普遍在2～6 g/L），加上各灌區灌排系統不健全，有灌無排，使得土壤中鹽分不斷累積，同時過度灌溉使得地下水位也不斷上升[1]，強烈的蒸發加速深層鹽分表聚，從而導致土壤次生鹽漬化問題日益嚴重。傳統鹽堿地治理主要采取大水壓鹽、明渠排鹽等技術措施，但該技術存在耗水多，排渠占地面積大、修整成本高等問題。

暗管排水控鹽技術，其原理是根據“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運移規律，在灌溉時鹽分隨水下移至埋設于土壤一定深度、一定坡度的暗管處，再由集水井、集水管匯入明渠內，從而排出土體以達到淋洗鹽分的效果；另外，通過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，從而達到改良土壤鹽堿化的效果[2]。新疆南疆地區地下水位高，通過采用豎井排水降低地下水位，進而調控種植區土壤水鹽分布平衡，該技術應用對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”來調節土壤耕層鹽分，利用“豎井”來控制地下水位，實現土壤總體鹽分降低。

項目組以兵團第二師三十八團、第十四師二二四團為研究區，根據南疆沙質土特性及水文特征，采用暗管+豎井模式對沙質鹽漬化土進行排水控鹽技術研究，結合管道水利、暗管布設間距、脫鹽效果等技術，明確了適應不同區域暗管+豎井排水控鹽的技術規范與模式。本文對該模式的系統組成與功能、模式設計、施工、運行管理與維護等進行介紹，為新疆灌溉農田鹽堿化合理防治提供技術依據，也為環境相似區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組成與功能

1.1 系統組成

暗管排水控鹽系統一般由吸水管、豎井、集水管、集水井、檢查井、自動水泵系統、供電系統、水鹽監測系統和監控泵房等組成。吸水管一般采用管壁上有進水孔的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暗管和豎井匯集至集水管或排水渠（溝），再排入下一級排水渠（溝）。

1.2 系統功能

排水排鹽：通過深耕和灌溉淋洗，使土壤中的鹽分隨灌溉水滲入地下的水體通過暗管和豎井排走，達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計深度以下，控制地下水位上升，防止土壤次生鹽漬化。

提升耕地質量：通過灌排措施，降低土壤含鹽量，改善耕地質量，促進土壤環境的可持續發展。

2 暗管+豎井排水控鹽模式設計

2.1 吸水管規格與鋪設設計

（1）吸水管管徑為50～110 mm；（2）吸水管鋪設坡度最小不低于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 豎井設計要求

（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 集水管規格與鋪設要求

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

2.4 檢查井設計要求

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

2.5 集水井設計要求

配置規格：鋼或水泥材質管、池，內徑1.2～1.8 m，深10～15 m，承接所有排水，設在監測泵房中。

2.6 自動水泵系統設計

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）；采用浮子開關，水位自動控制形式。

2.7 供電系統配置

主要儀器設備：變壓器（20 kW）、電纜、配電箱、電表等。

2.8 水鹽監測系統配置

主要儀器設備：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 及電導率傳感器，數據存儲、傳輸及顯示器等。

2.9 監控泵房設計

泵房面積不小于30 m2，內置配電箱、水泵、照明及水鹽監測服務器等。

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置觀測井，主集水管輸出端連接監測泵房的總集水井中，通過水泵排出。流進吸水管的鹽水匯集于主集水管和觀察井中，再流入監測泵房中的總集水井中，通過水泵排到總排水渠中。

2.10 設計注意事項

（1）系統設計必須先在地形圖上進行管網的總體布局，包括出口位置、水流方向、吸水管和豎井間距及位置安排；（2）同一區域單級系統吸水管應平行布置，吸水管埋深和間距應一致；（3）多級系統吸水管和豎井可以布置在集水管一側或兩側，同側應平行布置，同一區域埋深和間距應一致；（4）吸水管、豎井和集水管交接處、轉角和比降突變處，以及穿越溝、渠、路的兩側或下游一側等地方，一般應設置檢查井；（5）應根據匯流水量和揚程選擇水泵，按運用靈活和管理方便等要求設計匯流集水井；（6）暗管排水控鹽系統出水口處應采取防老化、防沖刷、防坍塌等防護措施；（7）為了保證整個排水系統保持較低水位，保證各排水控鹽系統的正常運行，需在建設區下游設置強排泵站。

3 暗管+豎井排水控鹽系統的施工

（1）施工前必須做好料物備制和定線放樣等準備工作，施工現場三通一平（路通、電通、水通、平整場地）。工期宜選在非汛期的農閑和地下水位較低的季節。（2）施工時土壤持水量在80%以下。（3）暗管的鋪設宜采用專業的開溝埋管機械。（4）管溝開挖應自下游往上游，從集水管到吸水管、豎井進行。（5）如發生斷管，必須重新對接，并重新填實濾料層。（6）管材的連接需要將連接的一端用剪刀裁出5～10 cm 切口，將另一端順水流方向插入，再將事先剖開的管（15～30 cm）罩在切口處，用鐵絲捆扎牢固。（7）管鋪設完成后，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進行回填，回填土應保持干燥，嚴禁用淤泥回填，原耕作土回填在表層，回填土應高于地面15～20 cm。（9）觀測井的位置和埋設深度必須嚴格按照設計要求，在同一根管線上，2 個觀測井之間、2 個集水井之間的距離不應超過300 m。（10）檢查井底部基礎是否夯實，防止沉降；觀測井和集水井安裝時應保證井身垂直，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做密封處理，防止泥沙進入。

4 暗管+豎井排水控鹽系統的運行管理與維護

4.1 運行管理

（1）系統建成后必須確定相應的管理機構，制定切實可行的管理規章和工程維修養護制度，并對技術人員進行技術培訓和崗位考核。（2）系統的管理包括經常性維護、季節性修整、臨時性搶修、排鹽效果監測和必要的試驗工作。（3）使用、管理單位應根據當地自然條件和不同作物各生育期的耐澇、漬和耐鹽堿能力，制定正常的運行管理方案。并隨時掌握雨情、水情、旱情、澇情和土壤水分、鹽分情況，及時協調各項工程的排水調控作用。（4）灌水淋洗指標和時間可根據當地水情及耕作條件確定。每次淋洗水量不少于200 m3/667 m2，有條件的地方每年可進行1次以上淋洗。

4.2 檢測與維修

（1）建立維修和養護制度，定期檢查系統運行狀況，確保排水通暢和設施完好、運行正常；（2）運行初期應沿管線經常巡視，對于流量明顯減少或砂含量明顯增多的管道，應查找原因，及時處理；（3）定期檢查觀測井中排水管的出水情況，并清除井底的淤泥；（4）工程建成運行后，應做好監測記錄，每年需對系統運行狀況和排鹽效果進行測試。

新疆大面積實施節水灌溉技術以后，水循環機制變化對農田生態環境產生較大的影響。因此，只有探明不同灌區水鹽動態及其調控機制，才能為不同類型農地和不同灌排措施條件下土壤鹽堿化防治提供技術依據。項目組后續會對灌水定額、灌溉頻次、排水量等因素對該項技術脫鹽效果的影響進行深入研究，另外，淋洗過程中排出的鹽水處理問題也是下一步研究重點。