农田暗管排水技术及其施工机械

安鹤峰

摘要：基于暗管排水技术的国内外研究进展，介绍农田暗管排水技术的工作原理、应用情况，论述其在排盐方面的作用及效果，探讨暗管技术的布设、施工、维护机械设计研究现状，为提高暗管排水技术的推广应用提供理论参考。

关键词：暗管排水;农田;排盐;施工机械

中图分类号：S157    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2021）02-0032-03

暗管排水（pipe drainage）是一种用地下沟（管）使土壤中的多余水分从暗管接头处或管壁滤水微孔渗入管内排出的技术措施，具有控制地下水位、调节土壤水分、改善土壤理化性状的作用。辽宁省是洪涝灾害频繁的省份，特别是辽河、浑河、太子河、绕阳河等河流的中下游地区发生洪涝灾害的频率尤高。暗管排水工程是低湿平原湖区农田基本建设的延续与深化，适于在有涝渍危害的农业地区实施，能节省用地和提高土地利用率，且便于田间机械化作业。

1 暗管排水技术研究进展

暗管排水技术始于19世纪初，欧美日等发达国家20世纪60年代广泛应用。日本的耕地零星分散，耕地面积仅为世界的0.4%。为提高农业生产率，日本从1945年开始大面积应用暗管排水技术。日本在制定暗管排水规划时，综合考虑土地利用的长期计划和农业经营状况等，根据田间的土地利用形态（水田、旱田和草地），环境条件（土地、地形、外来水、气象等），地区排水及用水关系等，合理划分田块大小和配置农田排灌容量。不同地区应采用不同的暗管排水基本系统和辅助手段，综合比较后选择最佳规划方案。我国制定暗管排水规划时，很少分析暗管排水后的用水、排水平衡问题，而日本对此非常重视，其农田排水标准比我国高。我国暗管排水技术研究和应用起步较晚，目前处于边应用边推广阶段，但经过广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结构

暗管排水系统主要包括吸水、集水和排水三大部分。吸水部分采用吸水管道吸收农田土壤里的水分并排出去;集水部分通过流水管道将田间土壤中的多余水分集中并排放到明水中;排水部分截取水库、河道、水道中的地下流水。目前，暗管排水技术主要有排水管道、排水暗沟、鼠道、土线沟4种结构形式。暗管排水结构及布置见图1。

2.1 输水原理

将带有小孔的暗管通过精确激光高程控制以一定坡度埋设于地表1 m以下，土壤中过多水分通过暗管上的小孔渗入暗管内，并通过暗管流入排水支渠，最终排出田块，原理见图2。

2.2 技术优势

排出土壤中多余水分，控制地下水位;深埋于地下，可节省10%左右土地;控制地下水位，起到降渍的作用;使用成本和维护成本低;不影响田间机械化作业。

暗管排水排盐技术近年来被应用于盐碱涝渍荒地及改造中低产田，具有节省耕地、排盐效果好、有效控制地下水位、减少维护费用等优点。辽宁盘锦轻度盐渍型水稻土区埋设泥烧瓦管排水试验表明，暗管排水条件下种植的水稻比明沟排的水稻增产9.1%～18.0%，且当埋深或间距一定时，间距小或埋管深的地块增产效果更佳。

3 暗管排盐技术

二次盐碱化的形成机理：许多地区因排水不畅，导致灌溉和降雨后地下水位升高，地表水分不能及时排出田块，只能通过蒸发的方式排出;水分通过土壤的毛细管上升到地表，并在地表经过强烈的蒸发后，在表层逐年积盐，使土壤表层盐碱化。二次盐碱化原理见图3。

暗管排盐是暗管排水应用的延伸，依据“盐随水来，盐随水去”的水盐运动规律。在盐碱地铺设排水暗管不仅可以及时排出农田内多余水分，还能彻底切断或大大减弱水分的毛细作用，阻断次生盐碱地的形成过程。对于已形成的次生盐碱地铺设暗管，每次灌溉和降雨都是一次淋洗过程，能将表层的过多盐分溶解后导入排水暗管，最后流出田块。

实践证明，长期应用暗管排水技术在盐碱地改良、促进农业增收等方面具有重要作用。衡通等结合滴灌淋洗期间暗管排水建立土壤盐分淋洗曲线，确定管径90 mm、埋深0.6 m是适宜北疆盐渍土的暗管排水最优埋深与管径布设参数;单一明沟排水对改良原始荒地盐土效果甚微;15 m间距暗管的土壤排盐效果最好，平均排水速率为2.87 m3/h，排盐强度为150.3 t/hm2。

王雪选择对土壤盐分含量较为敏感的作物—番茄作为主要栽培作物，通过计算建设成本、番茄产量和利润，分析暗管排水的生态效益和经济效益。研究表明，从生态效益看，暗管布设能有效提高土壤表层pH值、土壤孔隙度、饱和土壤导水率，降低不同土层的土壤容重;埋设暗管的番茄产量和水分利用率远大于对照，经济效益十分显著。

4 暗管技术布设及施工机械

4.1 规划布设

暗排工程技术参数的确定及条件优化至关重要，尤其是暗管的埋深、间距和管径。排水暗管通常布设在同一深度，并按等距排列。施工时，根据排水标准合理确定暗管埋设的深度和间距。至于暗管工程是否适合推广，除了考虑使用效果外，建设成本也是重要的评价指标。暗管排水工程规划、设计、施工和管理应有明确的规范。

4.2 施工机械

随着暗管工程技术的逐步成熟，暗管铺设方法已由手工铺设发展为机械铺设，水泥管、陶管等排水管材由波纹塑料排水管取代，排水管外包过滤材料由传统的砂砾滤料发展为土工织物。

早期的暗管排水施工采用人力方式，开挖沟槽、埋设管道、填入裹滤料、复填原土等作业均由人工完成。随着农业机械化水平的提高，开沟铺管联合施工机械不断研究和应用，有些机具可一次完成下滤料和回填土作业。当前，施工机械主要分有链式施工机械和犁式施工机械两大类。大型机械配备激光高程控制系统、倾斜度控制、摆动牵引系统及暖风机装备，机械设计趋于人性化和智能化。

INTER-DRAIN SALES BV生产的开沟铺管设备配有激光控制系统或GPS控制系统。工作时，发射器发射出激光束，激光束呈现设定的坡度和高度，激光接收器接收激光信号后将信号传到激光控制器，激光控制器通过处理信号将指令发送到执行系统;二维激光控制系统能实现开沟深度、铺管斜度的精确控制，操作方便，施工效率和质量较高。自动控制过程见图4。

4.3 管道维护

暗管技术一次性投资较大，施工技术要求较高，如防沙滤层未处理好，使用过程中易淤堵失效。其管道维护主要是防止堵塞和管道淤积，应根据系统淤塞特点定期清淤维护，保持系统良好运行状态。暗排技术具地域性特征，各地的排盐降渍需求不同，因此，需应土壤类型和当地的实际情况，因地制宜地制定暗管及配套技术的标准和规范。

5 结语

大量研究表明，暗管排水的经济效益与生态效益十分显著，能够有效降低和控制农田地下水位，治理渍害，还可提高旱作物产量。目前，水盐运移特征及模型模拟、工程技术参数、排盐降渍条件、排盐降渍效果及效益等，是暗管排水技术研究的热点和焦点。在今后的研究中，应综合考虑耕作制度、灌溉模式、降雨、地下水季节性规律、技术实施可持续性等问题，因地制宜地与其他耕作制度相结合，形成配套的农田生态工程技术体系，以達到改良土壤、增产增收的目的。

参考文献

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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