暗管排水工程技术

张喜和 ，国书龙

（1.吉林省东辽县水利勘测设计队，吉林东辽136600；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 研究概况

暗管排水始于19世纪初，到20世纪中期在欧美日等发达国家广泛应用。60年代，塑料暗管技术的发展使暗管排水技术出现了一个重大突破，暗管排水获得了大规模发展。相比传统的瓦管及鼠道排水，塑料暗管具有质轻、便于机械化施工、使用寿命长、排水效果好、增产作用显著等优点。目前，荷兰、以色列等国农田几乎全部都采用塑料暗管排水，美国、英国、德国等也达到60%以上，北非、西亚、南亚等一些发展中国家正在大面积推广使用暗管排水技术。荷兰是暗管技术发展较早的国家，对暗管排水排盐的机理，暗管的材料选择，铺设工艺，暗管埋深与间距的确定，内部污染、铁锰物质的沉积堵塞、根系的穿入、内压等关键技术性的问题已经做了长时间的研究，在这些方面达到了相对成熟的水平[1]。我国暗管技术起步较晚，目前还处于边试用边推广阶段，但是随着几代人的努力，已经看到了可喜的成果。

2 暗管运作机理

暗管指的是在地下埋设的管壁有多孔或缝隙的管道，主要处理对象是“水”和“盐”。依靠暗管排除的过剩水，包括两部分，即“地表残留水”和“土壤中的重力水”，地表残留水是指贮存在坑凹外的地表水，靠地表自然排水方法无法排除的水，过去认为暗管排水的主要作用，是排除壤中水，但经过大量的调查研究，人们逐渐认识到暗管排水作用更重要的是排除地表残留水。多余盐分的产生则有很多原因，如气候作用、耕作技术不合理、施肥不当、地下水位抬高等，在降盐方面要求暗管排水能降低土壤表层积盐量，还作物适宜的生长环境，它主要根据“盐随水来，盐随水去”的原理：土壤中的多余水分可以从暗管接头处或管壁滤水微孔渗入管内排走，调节土壤水分的同时，盐分随之流走，土壤理化性质得以改善。

暗管排水系统由田间排水管和集水管两部分组成：前者用以直接排除土壤中多余的水，降低地下水位，调控土壤水盐状况；后者用于汇集由吸水管排除的地下水，并输送到排水骨干河沟中去。为了增强排水效果，也可采用深暗管与浅明沟相结合的双层排水形式。侧向来水可按截渗排水要求布设暗管。一级管和二级管相结合，一级管的渗入水汇入二级管中，然后流入污水管排走。如果污水管道埋的深度较浅不能自行排泄渗水，可在二级管末端设集水井，定期强排[2]。

3 暗管材料与布设

3.1 暗管材料

暗管材料包括暗管本身的选材和外包材料。暗管本身的选材应该本着“经济实用”的原则。荷兰作为暗管技术发展较早的国家，曾先后引进粘土瓦管，混凝土管，随后又尝试了PVC（聚氯乙烯）原料制成的光壁波纹管，直到发现目前普遍使用的PVC塑料波纹管。波纹塑料管具有重量轻、运输和铺设中损耗小、耐腐蚀、整体性好、适于机械施工等特点，已被广泛使用。美英等国曾尝试的PE管，价格虽便宜，但耐低温性能差，对紫外线敏感，且不耐压。我国学者也对暗管选材（主要为PVC塑料管材），开孔率进行了研究，取得了一定成果。

外包材料是保证排水效果的关键部分。暗管埋设区域的特殊性要求外包料要有良好的耐腐蚀性和通透性，外密内疏型为佳，而且外包料应有一定厚度，以防止土壤细颗粒堵塞外包料孔隙。早期使用过泥炭纤维、术屑片、锯木屑、谷物秸秆、炉灰等，但这些原料来源及数量有限，且处理起来也很费工；后来人们尝试过使用玻璃纤维，因为对化学堵塞敏感，也没有应用。土工织物具有产品系列多、性能稳定、重量轻、运输施工方便、劳动强度低、工效高、施工质量易保证等优点，已普遍使用[3-4]。

3.2 施工工艺

施工工艺主要分为机械施工和人工施工。随着施工技术的发展，人工施工逐渐被机械施工所替代。机械施工目前普遍使用荷兰斯廷伯根公司生产的EGS3000刀链式开沟铺管机。主要用于铺设田间一级水管，由于该机配备了双坡面激光控制系统，可保证准确的暗管纵坡，操作方便，铺设效果好。人工施工则多采用工人开挖铺管的方法，施工中应采用“先下后上”的办法，先做出水井，埋设主干管、集水井、集水管，再埋设吸水管、检查井、检查孔等。各级管道的接口和进出口要进行严格处理，施工程序要有周密的安排。

3.3 暗管布设

管径、坡降、埋深和间距是塑料暗管排水设计规划的主要参数。管径和坡降二者存在一定的相关关系。暗管管径大小的确定，应在自由流的状态下满足设计流量结合多种因素确定。根据经验，通常农一级暗管管径63~75 mm，并根据管道长度逐渐增加管径，满足排水要求。当管径小于100 mm时，管道坡降在1/300~1/800之间；当管径大于100 mm时，管道坡降在1/800~1/2 000之间。

根据经验，暗管埋深在渍害区为0.8~1.5 m，视作物根深而定；在盐渍化区为1.5~2.5 m，视临界深度而定。排水暗管通常布设在同一深度，按等距排列。

暗管间距视暗管埋深、土壤透水性和排水标准而定。农沟间距一般在60~85 m之间，可采用暗管沿原农沟位置布置的方式。对于透水性较差的粘性土或在上部有浅位阻水层时，暗管间距宜加密。

对于暗管布设，仅凭经验数据达不到最好的效果。目前普遍应用的有DRAINMOD模型，输入土壤剖面水分平衡时的含水量，地下水和土壤剖面的水分存贮和移动等水文资料进行明暗排组合抉择和暗排间距决策；荷兰很早建立的Spreedsheef程序，可用于计算暗管埋深和间距；我国学者也结合我国实际情况，建立了相关数学模型进行分析，并取得了一定的成果。综上所述，根据实际情况、建立合理的数学和计算机模型在确定暗管布设参数方面具有广阔的应用前景。

3.4 管道维护

暗管管道维护主要是防止堵塞和管道淤积。粉砂和轻砂等矿质颗粒因为太大难以被胶结，很容易造成堵塞，而铁锰等化合物是造成管道永久淤塞的主要来源。总体而言，一个排水系统要正常运行，并尽可能地延长其使用寿命，首先是设计工程时，应根据施工区的具体情况正确选择适宜的外包裹材料，其次是施工时对环境条件的选择和正确的埋管操作，最后则应根据系统的淤塞特点定期清淤维护，保持系统良好运行状态[2]。

4 讨论与建议

综上所述，暗管技术具有广泛的效益：首先，有助于控制地下水位，将地下水位控制在与作物的根系相适宜的埋深之下，以此来使作物免受浸渍；其次，在土壤得到科学的灌排淋洗后，暗管技术能够加速土壤的脱盐；再次，暗管技术有利于土壤水气现状的改善，也有利于土壤物理特性的改善；最后，暗管技术有助于作物的增产，利用暗管技术区域的田间作物长势与产量都要好过一般的田地，且随着时间的推移，这种优势更为明显。

但暗管技术也存在一些问题：暗管一次性投入很大，施工要求高；暗管排水的同时降低了土壤的速效养分。氮元素流失严重，已经得到关注；管径小，间距大，外包装老化、破损等原因易造成暗管堵塞，排水慢，农田淹水。

针对以上问题，在今后暗管技术的应用中，应该注意土壤的培肥和管道的维护，明管和暗管相互组合，并建立合理的项目管理体系，使用和管理同时进行，工程措施（暗管技术等）、生物措施（选择耐盐植物，使用有机肥料，采用EM）、农业耕作措施、化学措施（加入石膏，腐植酸，醋渣等）有效结合，针对实际情况综合治理，这将是暗管技术今后发展的大方向；建立数学模型，用计算机模拟塑料暗管埋深、间距等，具有广阔的应用前景，在这方面的工作有待深入；与此同时，暗管排水新材料的研发是暗管排水发展的一个永恒的话题，应通过加强科技投入，支撑新材料的研发，尽快寻找成本低，耗材少，适用性强的新型暗管材料。

［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.我国暗管排水工程经济效益的一些分析［J］.灌溉排水，1985（02）：7-13.

［3］刘燕.荷兰农田暗管排水技术的发展［J］.世界农业，1995（01）：25-28.

［4］赵少勇.暗管排水技术应用［J］.宁夏农林科技，2005（06）：67.