農田暗管排水技術及其施工機械

安鶴峰

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

關鍵詞：暗管排水;農田;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排出的技術措施，具有控制地下水位、調節土壤水分、改善土壤理化性狀的作用。遼寧省是洪澇災害頻繁的省份，特別是遼河、渾河、太子河、繞陽河等河流的中下游地區發生洪澇災害的頻率尤高。暗管排水工程是低濕平原湖區農田基本建設的延續與深化，適于在有澇漬危害的農業地區實施，能節省用地和提高土地利用率，且便于田間機械化作業。

1 暗管排水技術研究進展

暗管排水技術始于19世紀初，歐美日等發達國家20世紀60年代廣泛應用。日本的耕地零星分散，耕地面積僅為世界的0.4%。為提高農業生產率，日本從1945年開始大面積應用暗管排水技術。日本在制定暗管排水規劃時，綜合考慮土地利用的長期計劃和農業經營狀況等，根據田間的土地利用形態（水田、旱田和草地），環境條件（土地、地形、外來水、氣象等），地區排水及用水關系等，合理劃分田塊大小和配置農田排灌容量。不同地區應采用不同的暗管排水基本系統和輔助手段，綜合比較后選擇最佳規劃方案。我國制定暗管排水規劃時，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，其農田排水標準比我國高。我國暗管排水技術研究和應用起步較晚，目前處于邊應用邊推廣階段，但經過廣大科研者的不懈努力，已取得一些良好的效果。

2 暗管排水技術原理及結構

暗管排水系統主要包括吸水、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，暗管排水技術主要有排水管道、排水暗溝、鼠道、土線溝4種結構形式。暗管排水結構及布置見圖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，并通過暗管流入排水支渠，最終排出田塊，原理見圖2。

2.2 技術優勢

排出土壤中多余水分，控制地下水位;深埋于地下，可節省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。

暗管排水排鹽技術近年來被應用于鹽堿澇漬荒地及改造中低產田，具有節省耕地、排鹽效果好、有效控制地下水位、減少維護費用等優點。遼寧盤錦輕度鹽漬型水稻土區埋設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效果更佳。

3 暗管排鹽技術

二次鹽堿化的形成機理：許多地區因排水不暢，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，并在地表經過強烈的蒸發后，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用的延伸，依據“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運動規律。在鹽堿地鋪設排水暗管不僅可以及時排出農田內多余水分，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，長期應用暗管排水技術在鹽堿地改良、促進農業增收等方面具有重要作用。衡通等結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埋深與管徑布設參數;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，通過計算建設成本、番茄產量和利潤，分析暗管排水的生態效益和經濟效益。研究表明，從生態效益看，暗管布設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;埋設暗管的番茄產量和水分利用率遠大于對照，經濟效益十分顯著。

4 暗管技術布設及施工機械

4.1 規劃布設

暗排工程技術參數的確定及條件優化至關重要，尤其是暗管的埋深、間距和管徑。排水暗管通常布設在同一深度，并按等距排列。施工時，根據排水標準合理確定暗管埋設的深度和間距。至于暗管工程是否適合推廣，除了考慮使用效果外，建設成本也是重要的評價指標。暗管排水工程規劃、設計、施工和管理應有明確的規范。

4.2 施工機械

隨著暗管工程技術的逐步成熟，暗管鋪設方法已由手工鋪設發展為機械鋪設，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的砂礫濾料發展為土工織物。

早期的暗管排水施工采用人力方式，開挖溝槽、埋設管道、填入裹濾料、復填原土等作業均由人工完成。隨著農業機械化水平的提高，開溝鋪管聯合施工機械不斷研究和應用，有些機具可一次完成下濾料和回填土作業。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、傾斜度控制、擺動牽引系統及暖風機裝備，機械設計趨于人性化和智能化。

INTER-DRAIN SALES BV生產的開溝鋪管設備配有激光控制系統或GPS控制系統。工作時，發射器發射出激光束，激光束呈現設定的坡度和高度，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送到執行系統;二維激光控制系統能實現開溝深度、鋪管斜度的精確控制，操作方便，施工效率和質量較高。自動控制過程見圖4。

4.3 管道維護

暗管技術一次性投資較大，施工技術要求較高，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，應根據系統淤塞特點定期清淤維護，保持系統良好運行狀態。暗排技術具地域性特征，各地的排鹽降漬需求不同，因此，需應土壤類型和當地的實際情況，因地制宜地制定暗管及配套技術的標準和規范。

5 結語

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

參考文獻

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

[2] 薛永貴.暗管排水技術對土地改良和農田生態系統改進的應用效果分析[J].農民致富之友，2017（13）：165.

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

[4] 李華.暗排技術在不同類型農田土壤改良中的應用研究進展[J].現代農業科技，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測試驗研究[J].寧夏工程技術，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