暗管排水在高標準農田建設工程中的實例應用

薛期穎

(長泰縣農田建設站，福建 漳州 363000)

1 項目概況

上青農牧土地整理項目區位于長泰縣巖溪鎮錦鱗村陂頭片區，龍津溪東岸，是由龍津溪沖洪積而成的河漫灘地。整體地形東高西低，平均坡度在0-6°之間。萬畝灌渠十五戶陂渠首繞項目區東側邊界蜿蜒而過，灌溉條件優越。區內土壤類型為砂壤土，土質肥沃、土層深厚。項目區屬南亞熱帶海洋性季風氣候區，年均降雨量1590mm，4-9月降雨量占全年的75%左右。

上青農牧土地整理項目是結合現代農業產業園開發的項目，屬長泰縣巖溪鎮錦鱗村2018年高標準農田建設項目的一部分，規劃建設高標準農田577畝。建成后的產業園將以現代農業生產為主，兼具農業培訓、觀光、休閑、餐飲等作用。根據園區的功能使用要求，園區內的排水系統需立足于高標準建設，以適應現代農業的生產需求。適合本項目區的排水型式有明溝排水和暗管排水2種方式。

2 方案比選

2.1 明溝排水

明溝排水即露天溝槽排水，根據(農建發[2018]1號)精神和“四高”要求(高起點規劃、高標淮設計、高質量建設、高效益運行)，加上園區整潔、衛生、美化的需要，所有的排灌渠都要硬化。傳統的排水明溝硬化常用的有塊石砌筑、磚塊砌筑、混凝土現澆和預制板鋪裝等方式。該項目的明溝硬化推薦干砌塊石方式。

2.2 暗管排水

暗管排水即通過地下設置的滲排水通道代替排水明溝。有無管和有管之分。無管排水如埋石溝槽排水、梢捆排水和砂礫排水。有管排水即通過埋設管材進行排水，一般由吸水管、集水管和附屬建筑物組成。由吸水管將土層中過多的水，經管壁上的外包過濾材料引導和過濾后，由滲水通道滲流進管內，再由集水管匯流并排走。附屬建筑物主要是設置檢修井。具體比選內容見表1。

表1 方案對比表

續表1 方案對比表

2.3 比選結果

十五戶陂灌渠沿項目區上側環繞而過，水源豐富，渠道滲漏量大，因此區內耕地漬害較重。項目區地形總體東高西低，向龍津溪傾斜，平均坡度在0-6°之間。排水系統出口承泄區直接為龍津溪流，高岸落差達5m以上，滿足暗管排水的適用條件。結合本項目區的地形環境及使用需求，經表1方案綜合對比可以看出，暗管排水方案的大部分指標都優于明溝排水方案，更適合園區的使用要求，故該項目傾向選取暗管排水方案。但傳統的暗管排水全線埋設于地下，排澇依靠滲流，所以在本項目的暗管方案中還存在管道淤積；排地表水慢、排澇能力有限的問題。

3 解決問題思路

3.1 排澇能力有限問題的解決思路

暗管排水的管徑因受排水方式、上下級水位、埋深要求、造價控制等因素的限制，往往不是很大，因此單管排澇能力受到限制，當碰到南方汛期兇猛的暴雨，傳統的暗管設計單靠滲流很難保證排水及時。

解決方法：①使暗管與地面連通，直接引排地表水，讓暗管兼具排澇和調控地下水位的功能。以調控地下水位確定溝深和間距，以排澇標準計算管徑，一管多能，綜合使用。②利用不占地表耕地的優勢，加大布置密度。③在田面布置匯向暗管進水口或明溝的淺土溝，引導和排除田面水，與暗管一起構成復合式的排水體系。④優化管口進流條件，如設置喇叭口和漸變段等，條件允許時適當提高進口水頭，以增加管內充盈度和加快流速。⑤對于流量較大的下級排水，依舊采用明溝排水，使排水系統整體明暗結合，取長補短。

3.2 管道堵塞、清理及檢修問題的解決思路

解決方法：①布置時要因地制宜，盡量采用較大的坡降，以得到較大的流速沖淤。②做好濾水層的施工質量；③平時加強進出口管理，注意防堵防淤，排水時做好進口雜物的過濾，出口處應長期保持在下游水位以上；④地面多設進水口，方便沖洗和通氣。⑤若已被淤死，可采用將端頭前后都裝有噴嘴的軟管伸進管內，泵上高壓水流，用前噴嘴噴出的高壓水流沖刷泥淤，用后噴嘴噴出的高壓水流產生反作用力頂住軟管并使軟管向前移動，同時把泥淤沖出管外。⑥直接開挖替換[1-4]。

4 暗管設計

4.1 設計排澇標準

項目區為設施農業種植區，依據《農田排水工程技術規范》(SL4-2013)要求，本項目區排澇標準采用10a一遇24h暴雨量24h排完。

4.2 排澇模數分析

根據《福建省短歷時暴雨等值線圖》查得本項目區多年平均最大24h暴雨均值H24=119mm，CV24=0.46，CS=3.5CV，10a一遇24h設計暴雨值為191mm。排澇模數按水田與旱地分別計算。

1)水田排澇模數[平均排除法：qw=(P-h1-ET，-F)/(86.4T)

(1)

式中:qw為水田設計平均排澇模數，m3/s·km2；h1為水田滯蓄水深，40mm；P為24h設計暴雨量，191mm；ET′為24h水田蒸發量，4mm；F為24h水田滲漏量，5mm；T為設計排澇歷時，1d。

計算得:qw=1.64m3/s*km2

2)旱地排澇模數：qd=R/(86.4T)

(2)

式中：qd為旱地排澇模數；m2/s*km2；R為設計暴雨產生的徑流深mm， R=P*a；P為24h設計暴雨量，191mm；a為徑流模數，取0.75；T為設計排澇歷時，1d。

計算得：qd=1.66m2/s*km2。

因項目區為水旱輪作區，故排澇模數取較大值q=1.66m3/s*km2。

4.3 排澇流量計算

因區間外來水已被十五戶陂灌渠攔截，故排澇流量僅考慮單管控制范圍內的排澇面積。排澇流量計算公式：Q=CqA

Q=CqA

(3)

式中：Q為設計排澇流量，m3/s；C為與面積有關的流量系數，本項目只設一級排水，取C=1；q為設計排澇模數，1.66 m3/s*km2；A為單管排澇面積=30*200m(測繪得)=0.006 km2；

計算得: Q=1*q*A=1.66m3/s*km2*0.006km2=0.00996m3/s，取0.01m3/s。

4.4 管徑計算

暗管排水為無壓流，為減小淤積，多采用較大縱坡(0.1-0.2%)。排水比降需符合≥0.3m/s的管內最低流速要求，一般大管徑(>100mm)時取1/600-1/1500。本項目依實際地形取i=1/1000。

暗管的管徑設計，除以地表排澇流量的要求計算外，還應考慮管內淤積因素，并留有較大余量，排水管至少要達計算管徑的1.1倍。本項目內管糙率n取0.011；

因管內徑>100mm，取a=0.8，查表2得α=1.93448(下表2)。

均勻流管徑計算公式：

(4)

式中：d2為管內徑；n為管內壁糙率，取0.011；Q為設計流量，取0.01m3/s；α為本式管內徑>100mm，取a=0.8，查表2得α=1.93448；i為管的設計比降，取0.001。

計算得：d2=187mm，則管內徑D=187*1.1=205.7mm。取企標規格DN225(內徑)，校核得充滿度為80%時相應流量Qa=0.016 m3/s，平均流速V=0.4808m/s，滿足要求[5-7]。

表2 不同充盈度a的α值和β值

4.5 埋深和間距的確定

暗管的埋深和間距，主要根據農田土壤的透水性、耕作深度和作物需求等因素來確定。因我縣當前還只是小規模小范圍的應用，還未大面積的推廣布置，加之長泰縣為稻作區，園區內的主要種植作物也一般為淺根系的果蔬，根據農技人員提供的各作物需要的地下水降深值，以及農業機械作業的要求，結合經驗數據，確定該項目要求的地下水降深需△H≥0.6m。

暗管埋深：

D=△H+△h+s

(5)

式中：D為暗管埋深，m；△H為作物要求的地下水降深。該項目取0.6m；△h為剩余水頭，一般取0.2-0.3m，本項目取0.3m；s為管中水深，該項目取管頂水頭0.2m。

圖1 暗管埋深示意圖

則該項目末級暗管埋深D=0.6+0.3+0.2m=1.1m。設計埋深在1.1-1.5m之間。

根據確定的暗管埋深，采用經驗數據法，我們可直接從表3中(見表3)查出對應的間距建議值，該區內土壤類型為砂壤土，對應的間距值為20-40m，該項目為保險起見，間距取值30m，盡可能沿原明溝布置。

表3 吸水管埋深和間距(m)*

4.6 管材和裹濾料的選擇

當前長泰縣可用的暗管管材有普通混凝土管、塑料排水管、雙壁波紋管、無砂混凝土管和網狀透水管等。普通混凝土管和無砂混凝土管重量大，鉆孔、安裝難度高，且存在內壁糙率大、易淤積的問題，不推薦采用。塑料排水管造價較高，受壓易變形，外管壁光滑打孔難度也較大。網狀透水管糙率太大，也不適合該項目的排澇應用要求。雙壁波紋管管徑較大，內管壁光滑平順，比塑料排水管強度高，承壓大，壽命長，重量輕，造價低，吸水性能更好，故推薦采用。應用時在管徑上2/3管壁波谷處開進水孔，一般每米管長開孔面積33cm2(應>10cm2/m)。另外，連通地面的豎管和出口段管體因無打孔要求，為外露面以后的保護及控水方便，豎管和出口段管體選擇使用PVC塑料排水管。

外包濾料的選擇，遵循因地制宜、因材施用、來源便捷、施工方便、造價低，壽命長的要求選用。傳統的濾料有無機材料如砂礫、爐渣、磚石屑等，通常以里粗外細逐層外包的級配砂礫石為主；有機材料如稻草、葦稈、茅草、棕絲、谷殼等農副產品；近年來更多采用人工合成材料，如無紡布、玻璃纖維布等土工織物。這些濾料也都能跟雙壁波紋管很好的結合。但因砂礫等無機散料重量大、運輸難、鋪設工藝要求高，施工難度大，有機材料現在來源也不便，故不考慮。該項目裹濾料選擇使用土工織物中的無紡布。

4.7 其它注意事項

暗管排水的管材安裝對接時可不用膠結材料。

暗管的上游進水口布置在接近田面的里坎或田埂處，利于田塊排漬，也方便農機耕作和人員存排水操作，每隔20m左右布置一個，方便以后沖洗泥淤，同時也起到排氣孔的作用。管口直接以管道加可拆濾頭出露，不建硬化保護設施，以減小對田間作業的影響。耕作時以加高套管或扣罩硬物來保護管口。暗管在出口處要設置防沖護砌。并在靠近出口3-4m處不設滲水孔和濾材，只用黏土夯實。出口管體應出露10cm以上。

為應對田間作業和不同作物對不同水肥條件的需求，在暗管進、排水口處采用加套可拆卸或旋轉管體來升降暗管的進出口，以實現存排管控、保護管口及方便耕作的要求，簡單實用(見圖2所示)。不同高程的田塊各自走管設出口，當高程、灌排要求、作物種類和茬口等條件相同的相鄰田塊，可串聯布設。

在排水管的連接、轉彎、變坡、路渠穿越處或長度每超過200m時應設檢修井，以作集水、沉沙、連接、清淤、檢修之用。本項目中未設置檢修井[8-9]。

圖2 田間排水暗管布置示意圖

5 暗管施工

暗管排水施工工序：材料和機械準備——定位放樣——開挖管槽——鋪設管材(已包裹好濾材)——管槽回填——進出口處理和配置配件。

5.1 定位放樣

根據設計在地面用白灰標定出管線及建筑物的位置。在管線兩端釘立木樁，在起伏變化大的位置訂立標記，標出管槽開挖深度和開口寬度。

5.2 開挖管槽

采用機械自下游而上開挖，槽底寬度主要滿足人工作業寬度和邊坡穩定要求。進出口高程和底坡比降應嚴格符合設計，開挖中和開挖后都要校核槽底高程。

5.3 鋪設管材

采用無紡布做裹濾材時管材鋪設比較簡單，先將無紡布在下槽前裹好，厚度2層，以鋁線捆綁，再入槽連接調整，鋪設時注意管壁1/3不打孔的一面朝下；安裝后的管線應均勻平順，忌忽高忽低；鋪設方向不限。

5.4 管槽回填

采用機械回填，回填土要小鏟低放，不需壓實；注意防止管線抬高或位移，周邊如有上述其它濾材時也可填入，但要注意做好外包裹濾料的保護；回填土可稍高于原地面；嚴禁用爛泥回填管槽。

6 管護要點

暗管排水的管護相對簡易輕松，要點在于防堵防淤，平時注意做好進出口的防護，保持排水通暢。①耕作時保護入口不讓泥土進入管內；②暴雨和排地表水時注意做好進口和淺溝的清理；③平時注意下游集水溝、沉沙井等泄水道的清理，使下游水位長期低于出水口，注意出口防堵；④利用先蓄后排等各種機會大流量泄水沖淤，或導入軟管定時沖淤等。

7 結 語

上青農牧土地整理項目于2019年6月完工，至今已運行兩年，也經歷了兩個汛期的排澇考驗。通過對暴雨期間的排澇觀察，以及平時對管口的出水情況和耕作時土壤含水量的觀測，結合作物的生長情況，可初步判斷，本項目暗管排水的應用效果好于明溝。

暗管排水在長泰縣還較少應用，其部分原因在于排澇能力和管道淤堵的問題。通過該項目的實例應用可得出，在滿足坡降和下游排泄水位要求的地方，通過合理的設計與管護，暗管排水的綜合效益明顯優于明溝排水，可以選擇性的應用。當前長泰人多地少，農村地區的管護意識和經費還相對不足、環保意識還不是很強，特別是在征地困難的地方，農田暗管排水技術的適地性應用，能減少用地矛盾，解決征地難題，推進項目的實施，有效改變我縣農田水利現有面貌。為推動我縣的高標準農田建設，落實新增耕地指標，美化人居環境，實現農業現代化，助力鄉村振興具有一定的實際意義。