日本暗管排水规划设计

潘传柏，杨梦云

(1.荆州市水利水电勘测设计院，湖北 荆州 434000；2.荆州市长江河道管理局公安分局勘测设计院，湖北 公安 434300)

日本耕地面积仅占世界耕地面积的0.4%，土地零星分散，为提高农业生产率，实行农业生产产业化、社会化、规模化，在土地基础建设中配合大区划化统筹考虑排水系统，日本近代采用暗管排水开始于明治年代，大面积推广应用是在1945年第二次世界大战以后。1955年日本颁发了《土地改良事业规划设计标准》，包括“暗管排水规划设计”章节，暗管排水工程得到了大发展。日本农业发展基础与我国相似，通过中日技术合作两个示范区暗管示范工程建设和学习借鉴日本农田建设的经验以及课题组所做的有关调查，可以认为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，日本的暗管排水规划设计对我国农田水利基本建设尤其是江汉平原、南方低湿地区和以涝渍危害为主要限制因素的农业地区的农田水利工程的规划设计有着一定的借鉴与参考价值，国内偶见关于国外暗管排水发展状况的文献，但鲜见关于暗管排水规划设计方面的文献，本文拟根据笔者所掌握的资料在此加以介绍。

1 制定规划的基本思路和步骤

1.1 制定规划的基本思路

日本制定暗管排水规划时，要求充分考虑该地区的现在及将来的土地利用，农业经营状况等内容。暗管排水规划来源于土地使用者的要求，所以必须充分了解要求的内容。不仅要考虑土地使用者对现在的土地利用及农业经营状况的要求，还要对将来的土地利用及农业经营状况作出预测。

1.2 制定规划的步骤

日本制定暗管排水规划的步骤各地有所不同，但基本遵循以下步骤。首先是根据调查结果，分析研究该地区的排水条件，查明排水不良的原因，在此基础上再考虑将来的土地利用形态，找出解决问题的办法，判断出用哪种措施妥当。作为解决问题的办法有时候只需要一个，有时候则必须采用两种以上的措施。

例如，在没有实施田间配套，并且地区的地表排水系统也没有配套的地方，就要先确定地表排水系统的配套问题，如果这样还解决不了土壤透水性差、地表积水的问题，土壤排水仍然存在问题时，就需要考虑暗管排水；当与主排水沟、支排水沟连接的排水沟排水不良或局部地区排水沟水位比较高时，就必须将明沟或排水泵等配套设施与暗管排水同时实施。

经过以上分析并参考类似地区的状况，判断整个地区或者局部是否需要暗管排水，或者是否需要采用其他设施进行综合处理，再具体确定需要暗管排水的区域。然后是参考类似地区的暗管排水规划、设计的各个指标及排水效果等因素，确定出本地区的规划标准，规划标准因土地利用形态及作物等因素而有所不同，这些可以通过地区将来的土地利用预测进行确定。接下来进入暗管排水系统的规划设计阶段，因地形条件、土壤条件不同，做相应的规划、设计。最后计算工程费用，进行经济效益比较，判断工程的经济合理性。另外，在规划的各个阶段可以就几个方案进行分析比较，以确定最佳规划方案。

2 暗管排水与地区排水、用水的关系

2.1 与地区排水的关系

日本在制定暗管排水规划时，要分析与地区地表排水规划的关系，以确定暗管排水功能是否能够充分发挥，如果排水功能不能充分发挥，就要考虑配备地表排水设施。为了充分发挥暗管排水的功能，不仅要求暗管排水本身的吸水、集水功能完备，还要求包括田间在内的地区地表排水设施具备足够的排水功能，能够将收集的水完全迅速地排除。

与暗管排水有关联的地区，在正常排水时要考虑排水沟的过水能力、排水水位控制功能、排水管理系统的完整性。正常排水的过水能力一般是用与排渍水位对应的均匀流校核。当排水沟的水流为非均匀流时，就要从主、支排水沟的水力学控制断面进行回水计算，推算排水沟的水面线，并确保暗管排水口的水位低于排水下口端的高程，此时控制断面的水位采用正常排水的设计排水渍位(控制目标水位)，当沟道沿程有暗管排水或有地区外来水时，沟道沿程的计算流量应考虑汇入的流量，这项工作主要是校核排水沟的水位控制，对于排洪水除涝的全断面的过水能力在此不予考虑。

排水沟的水位通过排水泵站、闸门等进行控制，所以在校核这些设施的功能时，主要是校核对排水水位的控制功能。排水沟道水位控制的准确程度与控制设施的功能相比，更多的还是依靠设施管理系统的可靠性。因此关键在于排水水位的管理是在怎样的系统之下，由谁负责实施的问题。

关于排水标准，日本暗管排水设计规范对暗管设计排水量的计算标准为:设计基准雨量为10年一遇4h雨量，以4h通过地面和地下排水设施排除为目标，将设计基准雨量乘以排水折算率(设计基准雨量中从农田表面渗到地下依靠暗管排出的部分占设计基准雨量的比率)作为暗管设计排水量。我国暗管排水采用的是地下水位降落速度、稻田的渗漏强度等作为标准，而没有采用雨量作为暗管的排水标准，由此日本的农田排水标准比我国要高。

2.2 与用水的关系

在制定暗管排水规划时，其与用水的关系必须进行认真地分析。采用暗管排水后一般会带来用水量的增大，因此，如果实施暗管排水就要考虑改变以前的田间用水管理方法，在制定暗管排水规划时，需要认真分析经过暗管排水以后用水、排水的平衡是否被打破，并考虑解决的方法，在水田中应尽可能地进行田面平整。为了防止过量排水，要保证控制闸门能完全控制排水水位，如果用水不足，就要在排水控制的同时考虑新建水源或排水再利用等措施。

国内目前的暗管排水规划中，一般很少分析经过暗管排水以后用水、排水的平衡问题，日本的经验值得借鉴。

3 田间条件与辅助手段利用

3.1 田间条件

日本的土地改良设计规范规定，在制定暗管排水规划时，必须充分考虑田间的土地利用形态(水田、旱田和草地)及环境条件(土地、地形、外来水、气象等)，合理划分田块大小和配置农田排灌系统及农道。

水田中的暗管配置原则上受耕地规划面积的控制，而旱田、草地则是受地形的控制。在水田泡田时，为了控制暗管过量排水要设置调节闸门，而在旱田中除了将暗管与旱田灌溉兼用之外，一般不设调节闸门，特别是水田的排水还要受符合栽培条件的水管理方法、田面的平整情况、耕地规划面积的大小等田间条件的限制。

关于田间环境则主要考虑土壤性质、地形、外来水、气象等。规划设计中对土壤重点分析砂质土壤、重粘土壤、泥炭土壤，尤其是泥炭土壤，其构成中的植物残体等有机成分较高，如分解不好，会因为地下排水产生严重的不均匀沉降问题，其地基承载力也较低，这一点在日本的暗管排水规划设计中尤为注意。

普通的暗管排水规划是以排除雨水及水田的多余水量为重点，但是像谷地水田和围垦地块周围外来水可以通过特殊路径侵入时，就必须根据情况考虑暗管、截渗沟隔断等措施。水田中落水后的田面干燥速度不仅与土壤条件有关，还受雨量、蒸发量等因素的影响。所以在暗管排水规划设计中还要考虑气象条件。

3.2 辅助手段利用

为了提高暗管排水的效果，根据需要还应该考虑采用辅助手段解决暗管排水的问题。暗管排水效果常常可以通过采用一些辅助手段加以提高，如重粘土地带的心土破碎，用砂客土等土壤改良、埋设滤料的暗管等以及在泥炭地带，作为主暗管埋设前而进行的截水暗管及鼠道式暗管的施工等，都是有效的辅助手段。另外，在低湿重粘土的水田方面，采用夏季晒田期休耕或通过种植旱作物使土壤干燥，促进土壤内发生裂缝等。

4 排水基本系统选择及排水效果确认

4.1 暗管排水基本系统选择

在进行暗管的配置规划时，作为连接吸水管与排水干沟或吸水管与排水支沟的连接沟道是采用明沟方式(排水斗沟)，还是采用暗管方式(集水管)，或是采用两者结合后的方式，要经过分析比较。

排水斗沟、集水管在通过吸水管将土壤中排出的水输送到排水干沟或排水支沟方面起着很重要的作用，输水线路上任何一个环节的功能不完善都会影响到整个系统的应用，因此，确保每一个环节的功能正常发挥，不仅是保证整个排水功能的重要手段，而且还适用于配置调节闸门等排水水位的控制装置，这是制定地下水位控制设计方案时的关键点，因此，这部分的构造必须考虑排水功能、水位控制功能、耐久性、维修保养的难易性、经济性等内容后比较决定。

排水斗沟的优点是容易进行水位控制、施工方便、容易发现吸水管的故障，但最大的缺点是容易长草、容易被泥沙淤积。

集水管布置就相对地自由一些，即使埋设深一些也没有淤积的危险，不会占地。

4.2 暗管排水效果论证

在制定规划时，必须论证暗管排水的效果。暗管排水适用条件广泛，但是有时候暗管排水也不一定是最理想的排水措施。因此应对暗管排水改良的程度、获得的经济效益等进行充分的分析论证。

当本地区的排水不良是由于地表水的临时积水造成的，并且土壤的透水性又足够大时，配置一定深度的明沟，也能使地下水位很快降低，在火山灰土壤地带这样子的例子比较多。

在特殊的重粘土地带，土壤的透水性非常低，暗管排水的效果也不是太好，可以将主暗管与鼠道式暗管、心土破碎等进行组合，形成特殊的排水系统。此外，土地利用形态、土层改良等因素的综合利用也会提高排水效果。

在规划的初期，对暗管排水的效果没有足够的把握时，根据主暗管与辅助暗管的关系，可以采用首先实施将效果提高到某个阶段，再根据实际结果使用其他手段补充一些功能分段实施。

日本的暗管排水面积20世纪80年代中期就己达水田排水而积的1/3，我国农田暗管排水的大面积生产实践并不多，部分地方缺乏统一的农田排水调度和科学的排水管理，也影响了暗管排水效果的正常发挥，尤其是在规划的初期对主暗管与辅助暗管的关系研究不够。

5 结语

日本由于特殊气候及土壤环境，加之国土面积有限，十分重视土地的高效利用，所制定的暗管排水规划规范而严谨，规划中注重分析暗管排水后的农田水量平衡分析及排水重复利用，重视规划初期对未来的排水效果进行预测，研究主暗管与辅助暗管的关系以及夏季晒田期休耕使土壤干燥的方式，对我国的农田暗管排水规划设计有一定的参考价值，其规划设计中的节水环保思路尤其值得借鉴。