日本暗管排水規劃設計

潘傳柏，楊夢云

(1.荊州市水利水電勘測設計院，湖北 荊州 434000；2.荊州市長江河道管理局公安分局勘測設計院，湖北 公安 434300)

日本耕地面積僅占世界耕地面積的0.4%，土地零星分散，為提高農業生產率，實行農業生產產業化、社會化、規模化，在土地基礎建設中配合大區劃化統籌考慮排水系統，日本近代采用暗管排水開始于明治年代，大面積推廣應用是在1945年第二次世界大戰以后。1955年日本頒發了《土地改良事業規劃設計標準》，包括“暗管排水規劃設計”章節，暗管排水工程得到了大發展。日本農業發展基礎與我國相似，通過中日技術合作兩個示范區暗管示范工程建設和學習借鑒日本農田建設的經驗以及課題組所做的有關調查，可以認為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，日本的暗管排水規劃設計對我國農田水利基本建設尤其是江漢平原、南方低濕地區和以澇漬危害為主要限制因素的農業地區的農田水利工程的規劃設計有著一定的借鑒與參考價值，國內偶見關于國外暗管排水發展狀況的文獻，但鮮見關于暗管排水規劃設計方面的文獻，本文擬根據筆者所掌握的資料在此加以介紹。

1 制定規劃的基本思路和步驟

1.1 制定規劃的基本思路

日本制定暗管排水規劃時，要求充分考慮該地區的現在及將來的土地利用，農業經營狀況等內容。暗管排水規劃來源于土地使用者的要求，所以必須充分了解要求的內容。不僅要考慮土地使用者對現在的土地利用及農業經營狀況的要求，還要對將來的土地利用及農業經營狀況作出預測。

1.2 制定規劃的步驟

日本制定暗管排水規劃的步驟各地有所不同，但基本遵循以下步驟。首先是根據調查結果，分析研究該地區的排水條件，查明排水不良的原因，在此基礎上再考慮將來的土地利用形態，找出解決問題的辦法，判斷出用哪種措施妥當。作為解決問題的辦法有時候只需要一個，有時候則必須采用兩種以上的措施。

例如，在沒有實施田間配套，并且地區的地表排水系統也沒有配套的地方，就要先確定地表排水系統的配套問題，如果這樣還解決不了土壤透水性差、地表積水的問題，土壤排水仍然存在問題時，就需要考慮暗管排水；當與主排水溝、支排水溝連接的排水溝排水不良或局部地區排水溝水位比較高時，就必須將明溝或排水泵等配套設施與暗管排水同時實施。

經過以上分析并參考類似地區的狀況，判斷整個地區或者局部是否需要暗管排水，或者是否需要采用其他設施進行綜合處理，再具體確定需要暗管排水的區域。然后是參考類似地區的暗管排水規劃、設計的各個指標及排水效果等因素，確定出本地區的規劃標準，規劃標準因土地利用形態及作物等因素而有所不同，這些可以通過地區將來的土地利用預測進行確定。接下來進入暗管排水系統的規劃設計階段，因地形條件、土壤條件不同，做相應的規劃、設計。最后計算工程費用，進行經濟效益比較，判斷工程的經濟合理性。另外，在規劃的各個階段可以就幾個方案進行分析比較，以確定最佳規劃方案。

2 暗管排水與地區排水、用水的關系

2.1 與地區排水的關系

日本在制定暗管排水規劃時，要分析與地區地表排水規劃的關系，以確定暗管排水功能是否能夠充分發揮，如果排水功能不能充分發揮，就要考慮配備地表排水設施。為了充分發揮暗管排水的功能，不僅要求暗管排水本身的吸水、集水功能完備，還要求包括田間在內的地區地表排水設施具備足夠的排水功能，能夠將收集的水完全迅速地排除。

與暗管排水有關聯的地區，在正常排水時要考慮排水溝的過水能力、排水水位控制功能、排水管理系統的完整性。正常排水的過水能力一般是用與排漬水位對應的均勻流校核。當排水溝的水流為非均勻流時，就要從主、支排水溝的水力學控制斷面進行回水計算，推算排水溝的水面線，并確保暗管排水口的水位低于排水下口端的高程，此時控制斷面的水位采用正常排水的設計排水漬位(控制目標水位)，當溝道沿程有暗管排水或有地區外來水時，溝道沿程的計算流量應考慮匯入的流量，這項工作主要是校核排水溝的水位控制，對于排洪水除澇的全斷面的過水能力在此不予考慮。

排水溝的水位通過排水泵站、閘門等進行控制，所以在校核這些設施的功能時，主要是校核對排水水位的控制功能。排水溝道水位控制的準確程度與控制設施的功能相比，更多的還是依靠設施管理系統的可靠性。因此關鍵在于排水水位的管理是在怎樣的系統之下，由誰負責實施的問題。

關于排水標準，日本暗管排水設計規范對暗管設計排水量的計算標準為:設計基準雨量為10年一遇4h雨量，以4h通過地面和地下排水設施排除為目標，將設計基準雨量乘以排水折算率(設計基準雨量中從農田表面滲到地下依靠暗管排出的部分占設計基準雨量的比率)作為暗管設計排水量。我國暗管排水采用的是地下水位降落速度、稻田的滲漏強度等作為標準，而沒有采用雨量作為暗管的排水標準，由此日本的農田排水標準比我國要高。

2.2 與用水的關系

在制定暗管排水規劃時，其與用水的關系必須進行認真地分析。采用暗管排水后一般會帶來用水量的增大，因此，如果實施暗管排水就要考慮改變以前的田間用水管理方法，在制定暗管排水規劃時，需要認真分析經過暗管排水以后用水、排水的平衡是否被打破，并考慮解決的方法，在水田中應盡可能地進行田面平整。為了防止過量排水，要保證控制閘門能完全控制排水水位，如果用水不足，就要在排水控制的同時考慮新建水源或排水再利用等措施。

國內目前的暗管排水規劃中，一般很少分析經過暗管排水以后用水、排水的平衡問題，日本的經驗值得借鑒。

3 田間條件與輔助手段利用

3.1 田間條件

日本的土地改良設計規范規定，在制定暗管排水規劃時，必須充分考慮田間的土地利用形態(水田、旱田和草地)及環境條件(土地、地形、外來水、氣象等)，合理劃分田塊大小和配置農田排灌系統及農道。

水田中的暗管配置原則上受耕地規劃面積的控制，而旱田、草地則是受地形的控制。在水田泡田時，為了控制暗管過量排水要設置調節閘門，而在旱田中除了將暗管與旱田灌溉兼用之外，一般不設調節閘門，特別是水田的排水還要受符合栽培條件的水管理方法、田面的平整情況、耕地規劃面積的大小等田間條件的限制。

關于田間環境則主要考慮土壤性質、地形、外來水、氣象等。規劃設計中對土壤重點分析砂質土壤、重粘土壤、泥炭土壤，尤其是泥炭土壤，其構成中的植物殘體等有機成分較高，如分解不好，會因為地下排水產生嚴重的不均勻沉降問題，其地基承載力也較低，這一點在日本的暗管排水規劃設計中尤為注意。

普通的暗管排水規劃是以排除雨水及水田的多余水量為重點，但是像谷地水田和圍墾地塊周圍外來水可以通過特殊路徑侵入時，就必須根據情況考慮暗管、截滲溝隔斷等措施。水田中落水后的田面干燥速度不僅與土壤條件有關，還受雨量、蒸發量等因素的影響。所以在暗管排水規劃設計中還要考慮氣象條件。

3.2 輔助手段利用

為了提高暗管排水的效果，根據需要還應該考慮采用輔助手段解決暗管排水的問題。暗管排水效果常常可以通過采用一些輔助手段加以提高，如重粘土地帶的心土破碎，用砂客土等土壤改良、埋設濾料的暗管等以及在泥炭地帶，作為主暗管埋設前而進行的截水暗管及鼠道式暗管的施工等，都是有效的輔助手段。另外，在低濕重粘土的水田方面，采用夏季曬田期休耕或通過種植旱作物使土壤干燥，促進土壤內發生裂縫等。

4 排水基本系統選擇及排水效果確認

4.1 暗管排水基本系統選擇

在進行暗管的配置規劃時，作為連接吸水管與排水干溝或吸水管與排水支溝的連接溝道是采用明溝方式(排水斗溝)，還是采用暗管方式(集水管)，或是采用兩者結合后的方式，要經過分析比較。

排水斗溝、集水管在通過吸水管將土壤中排出的水輸送到排水干溝或排水支溝方面起著很重要的作用，輸水線路上任何一個環節的功能不完善都會影響到整個系統的應用，因此，確保每一個環節的功能正常發揮，不僅是保證整個排水功能的重要手段，而且還適用于配置調節閘門等排水水位的控制裝置，這是制定地下水位控制設計方案時的關鍵點，因此，這部分的構造必須考慮排水功能、水位控制功能、耐久性、維修保養的難易性、經濟性等內容后比較決定。

排水斗溝的優點是容易進行水位控制、施工方便、容易發現吸水管的故障，但最大的缺點是容易長草、容易被泥沙淤積。

集水管布置就相對地自由一些，即使埋設深一些也沒有淤積的危險，不會占地。

4.2 暗管排水效果論證

在制定規劃時，必須論證暗管排水的效果。暗管排水適用條件廣泛，但是有時候暗管排水也不一定是最理想的排水措施。因此應對暗管排水改良的程度、獲得的經濟效益等進行充分的分析論證。

當本地區的排水不良是由于地表水的臨時積水造成的，并且土壤的透水性又足夠大時，配置一定深度的明溝，也能使地下水位很快降低，在火山灰土壤地帶這樣子的例子比較多。

在特殊的重粘土地帶，土壤的透水性非常低，暗管排水的效果也不是太好，可以將主暗管與鼠道式暗管、心土破碎等進行組合，形成特殊的排水系統。此外，土地利用形態、土層改良等因素的綜合利用也會提高排水效果。

在規劃的初期，對暗管排水的效果沒有足夠的把握時，根據主暗管與輔助暗管的關系，可以采用首先實施將效果提高到某個階段，再根據實際結果使用其他手段補充一些功能分段實施。

日本的暗管排水面積20世紀80年代中期就己達水田排水而積的1/3，我國農田暗管排水的大面積生產實踐并不多，部分地方缺乏統一的農田排水調度和科學的排水管理，也影響了暗管排水效果的正常發揮，尤其是在規劃的初期對主暗管與輔助暗管的關系研究不夠。

5 結語

日本由于特殊氣候及土壤環境，加之國土面積有限，十分重視土地的高效利用，所制定的暗管排水規劃規范而嚴謹，規劃中注重分析暗管排水后的農田水量平衡分析及排水重復利用，重視規劃初期對未來的排水效果進行預測，研究主暗管與輔助暗管的關系以及夏季曬田期休耕使土壤干燥的方式，對我國的農田暗管排水規劃設計有一定的參考價值，其規劃設計中的節水環保思路尤其值得借鑒。