暗管排水技术与农业水土资源环境效益分析 摘 要：本文分析农田排水发展现状及趋势，对暗管排水的技术特点及相关研究成果进行了分析，并对农田排水的生态回用进行了阐述。 农田排水的地位与作用农田排水是农田水利的重要组成部分，农业的发展需要灌溉，也离不开排水。完善的灌溉事业历来都取决于富有成效的排水工程。只有灌溉而没有排水即使原来地下水位埋深较大，也会发生上壤渍水问题。没有排水控制的灌溉会带来一系列问题。农田排水可归结为过湿地排水碱地排水两大类，湿地排水的任务是排除农田中多余的水分。要求在一定时间内排除过多的地表水、降低过高的地下水位.使上壤具有适宜的水气比例，达到除涝、防渍、改良沼泽地的目的。碱地排水的任务是控制地下水位，及时排除过多的地表水和地下水，防止盐分在土壤表而聚积.使盐碱地得到改良。总之，农田排水的任务就是为作物正常生长创造良好的水上环境。 农田排水技术的发展过程及趋势长期以来我国在农田排水方而普遍采用的是明沟排水技术。实践证明只要沟网密度适宜、沟深合理，就能取得良好的排水效果。明沟排水存在的主要问题是沟坡不稳定和沟道淤积。一些明排工程运行不久排水效率降低。 农田地下排水技术主要是为了解决作物受渍问题。17世纪初.英国出现了鼠道式暗管。 19世纪中叶发明了挖沟机。1859年，在美国俄亥俄州出现了铺设瓦管不用人力挖沟的鼠道犁，在英格兰费伦奇(French H H)提出用双层管或套管的办法防止泥沙进入地下排水暗管。荷兰有1/ 4的国上低 于海平面，因此，排除渍水和控制地下水位是荷兰农田排水的主要任务，其暗管排水技术在世界上处于先进地位。实施暗管排水的而积己达到总排水而积的80%以上。日本的暗管排水始于20世纪50年代初到80年代中期，暗管排水而积己达水田排水而积的1/ 3。农田排水工程施工基木上实现了机械化。我国20世纪50年代后期才开始了暗管排水技术的试验研究，比发达国家滞后100年，在河南人民胜利渠灌区曾用暗管进行过盐碱地冲洗排水.而鼠道排水则因为沙质上未取得成功。1959年在江苏省昆山县城南乡江蒲牙进行暗管排水试验取得成功，20世纪70年代又搞了333亩试验田，在此基础上逐步推广。1974年鼠道犁在江苏省常熟县研制成功，当年鼠道排水而积达到7000亩，以后又经几次改进使该项技术得到了推广应用。同一时期，在浙江省绍兴市出现了用于鼠道施工的农用电动犁，打洞深度可达0.3 - 0.4m,每年打洞排水而积26 700亩,最多的年份打洞排水而积达34 000亩。我国农田排水技术在20世纪50年代至70年代主要围绕改善农田大排水环境而展开。侧重解决排涝问题，从20世纪70年代至20世纪80年代末.南方14省开展了广泛的涝渍中低产田改造治理.标志着农田排水技术的重心从排涝转向治渍。从20世纪90年代至今，农田排水技术得到进一步发展，主要表现在以计算机和现代信息技术为先导的高科技手段进入农田排水领域。 暗管排水技术特点及发展状况农田暗管排水技术是土地排水、防止灌溉土地盐碱化和改造中低产田的有效措施。与明沟排水相比具有排水效果好，有一效控制池下水位，节省土地，减少维护费用等特点， 随着哈管铺设方法和排水材料的改进，该技术已经取得了显著进展由于挖沟铺管机械的发展，波纹塑料排水管得到广泛应用。我国自20世纪80年代初研制应用波纹塑料排水管以来，应用面积逐渐扩大。 涝渍地暗管排水工程建设及其推广问题 通常将涝渍中低产田治理改造的措施归结为农艺措施、生物措施和排水措施。实践证明，抓住了治水就是抓住了涝渍中低产田治理改造的关键，排水措施的改上增产效果最为明显.特别是地下排水技术的改上增产效果更为显著。因而许多农业专家和水利专家认为，采用地下水排水技术是涝渍中低产田改良的治本措施。同时，可以促进江汉平原农业开展与科技进步。 但是，不能孤立地看待农田地下排水技术。实施暗管排水工程的前提是具备比较完善的明排系统.能够满足降低地下水位要求的各级排水沟和排水调度方案，在江河中下游涝渍中低产田改造中，主要采取的是明沟排水系统， 由于暗管施工主要依靠人工完成。一是有没有足够的资金大而积实施这项技术。另外，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。 在明排的基础上实施暗管排水工程必须注意以下几个问题: 1)实施暗排必须解决好明排。明排是暗排的基础.要求明排系统不但能满足排除设计频率降水径流的需要，并且各级排水沟具有降低地下水位的合理深度。 2)要建立适应明排暗降的农田排水管理操作规程，实现科学地排水调度。 3)以相对独立的、规模适度的农田排水区为对象.根据当地经济条件逐步实行暗管排水工程.做到建一片、成一片并真正发挥其作用 4)实施暗管排水工程一定要考虑生产效果。暗排工程发挥作用后增产效果非常明显，但是，如果仅仅增产而不增收，或效果不大，也不能推动暗管排水工程的发展。 5)应抓好典型、搞好示范，以此推动暗管排水工程快速健康发展。 典型工程模式及其效益分析我国南方江浙地区在70年代初就开始发展农田暗灌暗排当时暗灌主要采用灰上暗渠，暗排主要采用脊瓦、水泥上管等经过多年的不断探索，逐步形成目前“一暗一明”工程模式。“一暗一明指灌溉采用混凝上涵管或塑料管输水配水，田间排水采用塑料波纹管，小沟(农沟)采用混凝上板衬砌明沟。近几年发展“一暗一明，的实践表明，这种灌排模式具有明显的节水、增产、省下和节地效益。蔡守华等（2000）7以锡山市张径镇径北村“一暗一明下程为例，考察这种模式的经济效果，得出如下分析结论与建议： (1)“一暗一明”工程具有较好的经济效果，根抓单位经济指标，增产效益是显著的，因此该模式总体上是可行的，在同类地区具有推广应用价值。 (2)该下程具有一定的抗风险能力，但抗风险能力不是很强，在推广中注意控制投资，充分发挥效益。 (3)单位面积衬砌明沟投资远大于其他各项投资，因而使单位面积总投资显著上升，衬砌明沟的效益主要表现为节省明沟维护、清淤 费用，明沟有衬砌与无衬砌相比在经济上显然是不合理的，但是明沟衬砌具有便于排水沟水位控制、美化田园环境和减少蚊虫等作用因此明沟是否需要衬砌，需慎重考虑。田间暗管排水对稻麦增产发挥了主要的作用，本工程排水暗管投资也偏人，需进一步降低投资另外建议在灌溉管网设计时，特别是在支管设计时应对采用混凝上管和塑料管两种方案进行比较，在管网施工时，应对采用人下施下和机械施下两种施下方案进行比较，从而进一步降低下程投资。 暗管管材性能及经济分析在日本PVC双壁波纹塑料管己经取代PVC单壁波纹塑料管用于农田地下排水。长期以来，国内在农田排水方而用的最多是PVC单壁波纹塑料管。在农田灌溉方国内采用110 mm口径以上PVC双壁波纹塑料管作为输水管道进行农田灌溉。但是，PVC双壁波纹塑料管用于农田排水的吸水管与用作灌溉输水管道大不相同。首先这种管材作为地下排水用(吸水管)其口径一般在50-75 mm之间，其中以63 mm使用较多，此外，需要根据排水要求沿管壁开孔，即必须有一定的开孔率。 朱建强等（2002）1通过室内材料力学试验和水力学试验，对PVC单、双壁波纹塑料管有关性质进行了比较研究。对平行板状荷载试验结果分析可见，双壁波纹管的单位变形荷载较单壁波纹管高出1.8倍。说明双壁波纹管较单壁波纹管有更优良的受力特性。对有侧限板状荷载试验结果分析可以看出，中一壁波纹管在侧限条件下加压，其抗外压的能力较无侧限时提高0.71倍，双壁波纹管在侧限条件下加压，其抗外压能力较无侧限时提高3.32倍。说明围上对提高波纹管的抗外压能力有相当明显的作用。另外，围填 上的密实程度对波纹管的抗外压能力也有影响，围填上越密实，对增加波纹管的抗外压能力的作用就越大。PVC管材水力学参数试验结果可以看出.中一壁波纹管的糙率n和阻力系数人分别为0. 010和0. 032.双壁波纹管的糙率n和阻力系数人分别为0. 007和0. 016。可见双壁波纹管的水力学性能较单壁波纹管优越。试验结果表明:PVC双壁波纹塑料管的力学性质和水力学性质均较单壁波纹塑料管优越适宜作农田地下排水暗管。就用作农田排水暗管的小口径50-63 mm)双壁波纹管而言，其价格与单壁波纹管处于同一水平(4.0-5.5元/m)，因此价格不会成为双壁波纹管取代单壁波纹管作为农田地下排水暗管的主要限制因素。 暗管排水系统布臵模式的有关研究 周明耀等（2000）8对滨海盐土地区暗管排水系统布臵模式进行了研究。运用正交试验设计的田间试验方法，研究采用塑料暗管排水条件下的稻田渗漏量、土壤含水量、土壤水溶解氧含量、土壤氧化还原电位的变化规律及相关性，探讨暗管排水系统不同布臵形式排水的技术效果，分析农田塑料暗管排水对小麦、水稻作物生长发育以及产量形成的影响，首次提出了适用于滨海地区的农田塑料暗管排水系统适宜布臵模式。暗管排水系统布臵方式对土壤环境的影响：试验结果表明，暗管排水系统布臵方式对稻田渗漏量的影响非常明显.同时土壤水溶解氧和氧化还原电位的变化规律表明，暗管排水设施可延长稻田水的复氧过程并抑制其脱氧过程。15m间距布臵方式比20 m间距布臵方式溶解氧提高25%.土壤水溶解氧含量有管区要比无管区高出1-2倍.影响土壤水溶解氧含量和 氧化还原电位的主要因素是排水暗管的间距不同滤料则无甚影响。暗管排水系统布臵方式对排水效果的影响：暗管排水系统对地下水位的提高和下降具有良好的控制作用。暗管排水系统布臵方式对排盐改土效果的影响：农田排水设施改良滨海盐土地效果的优劣.主要表现为:在农田灌溉时.能有效地提高灌溉水淋。土壤水分的效果.灌溉后能及时排除土壤中的多余水分.迅速降低地下水位.减少土壤水分的蒸发消耗.暗管排水系统布臵方式对作物生长发育的影响：暗管排水区二麦基木苗和有效穗数均高于无管对照区.其中以间距最小、埋深最大的处理为最好。暗管排水区水稻叶片数、中一株分粟、株高均高于无管对照区30%以上.差异明显。 滨海盐土地区在兴建暗管排水工程、加强地下排水的同时，仍要合理设计地表排水系统，做到明排和暗排结合，除涝、降渍和改土兼顾。邵孝侯等(2000)10应用系统分析的原理和方法，从经济的角度探讨了南方圩区麦田塑料暗管排水埋深和间距的优化，建立了以单位面积下程费用最小为目标函数的塑料暗管间距和埋深的数学模型，不同生态类型厅区的计算结果表明符合田间实际情况. 所得出的试区最优塑料暗管埋深和间距符合田间试验实际情况.即在埋深0. 9- 1. 1 m范围内，间距由土壤质地决定:粘土10 m,壤土-粉粘土18 m,粉上一壤粘土15 m,粉砂壤土20 m。 塑料暗管埋深和间距的确定，是农田塑料暗管排水系统规划设计的主要工作，受气候、作物种类、土壤性质、1hm,.渍化程度、原有排灌系统状况、经济基础和施工机械性能等因r综合影响。它制约着工程的排水效率和经济效益，直接影响到塑料暗管排水降渍技术的推广应用。 邵孝侯等(2000)9农田塑料暗管埋深的确定，塑料暗管的埋深主要决定于保证作物正常生育所需要的地下水埋深.同时考虑必要的剩余水头。根据剩余水头还可按下列公式计算: 荷兰、英国均采用He=0.2m,我国一般取0. 2-0. 3 m其塑料暗管的埋深可参考下表的经验农田塑料暗管间距的确定 塑料暗管间距的确定关系到排水效率和投入成本，且与土壤类型、暗管埋深有关。日前主要采用田间试验法、经验数据法和理论计算法。田间试验法：选择在渍害成因、土壤及水文地质条件、作物种类和农业技术措施等方而有代表性的地段.通过现场观测各种不同埋深和间距距组合情况下的塑料暗管排水效果及作物产量.据此选定间距和埋深的理想组合。经验数据法：经验数据法是在调查总结大量试验资料和实践经验的基础上经归纳分析.概化优选.暗管间距与其主要影响因素如上壤质地等有决定影响的某些指标或其它简化指标的关系从而得出结果. 理论