陳煉等

摘要：分析了江蘇省新墾濱海灘涂明溝排水存在的淤積和土地占用問題，并對產(chǎn)生原因進行探討，發(fā)現(xiàn)灘涂土壤結(jié)構(gòu)差、農(nóng)溝深度大和邊坡較長等問題，而農(nóng)田越級排水是上述問題的主要誘因。在此基礎(chǔ)上，提出了與生產(chǎn)路建設(shè)相結(jié)合的淺溝+暗管排水（鹽）模式，按照交通和排水要求，給出了相應(yīng)的設(shè)計方法和技術(shù)參數(shù)。最后結(jié)合實例，分析了該模式的減淤、節(jié)地和脫鹽效果，并進行了經(jīng)濟和社會效益評價。該模式具有經(jīng)濟和技術(shù)可行性，可為江蘇省濱海高鹽沙土區(qū)農(nóng)田水利規(guī)劃和土壤脫鹽改良提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：濱海灘涂；高鹽沙土；排水模式；淺溝+暗管；溝道淤積

中圖分類號： S276文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0464-03

1灘涂明溝排水主要問題與分析

江蘇省規(guī)劃在2050年前圍墾46.6萬hm2濱海灘涂，其中60%面積用于農(nóng)業(yè)。由于長期受到海水浸泡，新墾灘涂的土壤含鹽量、地下礦化度較高，需脫鹽改良。明溝排水是江蘇省目前最常用的脫鹽改良技術(shù)，其基本思路是利用農(nóng)溝匯集澇水、漬水和淋洗排水，并通過溝道系統(tǒng)排出治理區(qū)。該模式操作簡便，建設(shè)成本低，但在江蘇濱海地區(qū)使用存在以下問題：（1）農(nóng)溝口寬大，占地多，不適應(yīng)目前江蘇省耕地緊張的現(xiàn)狀。根據(jù)筆者在如東縣掘港鎮(zhèn)、東臺市弶港鎮(zhèn)等濱海灘涂的調(diào)查，圍墾5年后的灘涂，溝深為1.5 m左右時，在采用草簾護坡情況下，農(nóng)溝口寬需6.0 m以上才能保持穩(wěn)定。為防止農(nóng)田越級排水造成溝坡沖刷，農(nóng)溝兩側(cè)需修溝堤，并在堤外布置截水溝，農(nóng)溝實際占地寬度10～12 m。而根據(jù)江蘇省濱海灘涂區(qū)的地下水埋深和礦化度，適宜農(nóng)溝間距在75～90 m[1]，僅農(nóng)溝占地就在10%以上。（2）坍塌嚴重，排水（鹽）效果差，維護成本高。根據(jù)東臺市弶港鎮(zhèn)圍墾5年的灘涂現(xiàn)場調(diào)查，在無防護措施下，農(nóng)溝每年淤積深度一般在0.5～0.8 m，農(nóng)溝排漬（鹽）功能基本喪失，與王資生在海安灘涂圍墾區(qū)新挖斗（農(nóng)）溝淤積調(diào)查結(jié)果[2]類似。（3）耕地破碎，影響土地規(guī)?；?jīng)營。農(nóng)渠間距受制于農(nóng)溝間距，而農(nóng)溝間距受制于溝深。較大的溝深容易坍塌淤積，且一般農(nóng)機具無法跨溝作業(yè)。目前江蘇省濱海地區(qū)在溝渠相間布置模式下，條田寬度只有30～50 m（相鄰布置模式下條田規(guī)格較大，但灌排效果較差），土地被溝渠分割，機械耕作效率較低[3]，不適應(yīng)目前圍墾區(qū)集約化經(jīng)營的要求。

綜上所述，農(nóng)溝坍塌和淤積是導(dǎo)致上述問題的主要因素。通過資料收集和現(xiàn)場調(diào)查，對溝道坍塌、淤積的主要原因分析如下：

1.1土壤沙性強，含鹽量高，抗侵蝕性差

根據(jù)如東縣掘港兆盈農(nóng)場、東臺市弶港新墾灘涂土壤取樣測試結(jié)果，新墾海涂為沙土或粉沙土，顆粒細小，黏粒和有機質(zhì)含量低，基本屬于無結(jié)構(gòu)土壤[4-5]，抗沖性極差。由于土壤含鹽量高，在鈉離子作用下，土壤遇水后很容易被離散[6]，抗蝕性很差。被雨滴濺散的粉沙土粒易堵塞土壤孔隙，使表層土壤更加密實，降低土壤入滲能力，增加地表徑流量，侵蝕模數(shù)很高。根據(jù)張以森等[7]、佘冬立等[8]的試驗結(jié)果，在雨強1.0～2.05 mm/min時，沙土溝道邊坡的輸沙率可高達4～12 t/（hm2·min）。雨水沖刷侵蝕后會在溝坡形成細溝甚至淺溝，為重力侵蝕提供了發(fā)育條件。

根據(jù)弶港鎮(zhèn)新墾灘涂的調(diào)查，圍墾后5年內(nèi)，在無水利措施條件下，表層30 cm土壤含鹽量一般在1.0%～1.5%，除少量鹽蒿外，農(nóng)田和溝道坡面基本處于裸露狀態(tài)，地表糙率小，地表徑流流速較大，擊濺侵蝕和徑流沖刷較為嚴重，導(dǎo)致泥沙大量入溝，加劇了溝道淤積。

1.2農(nóng)溝坡長和深度較大，為水力和重力侵蝕提供了有利條件

江蘇省濱海灘涂年降雨量在1 000 mm左右，雨季暴雨較多，侵蝕動能高。目前排水模式下，農(nóng)溝需同時承擔(dān)防鹽、降漬和排澇任務(wù)。為滿足防鹽要求，濱海灘涂區(qū)溝道深度一般在1.5～2.0 m，非襯砌溝道邊坡系數(shù)一般需在1.5～3.0之間或更緩[9-10]。較大的坡長和溝深，促進了水力侵蝕和重力侵蝕發(fā)展，溝道坍塌較為嚴重。

1.3缺少溝堤防護，越級排水導(dǎo)致農(nóng)田大量泥沙進入溝道

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，圍墾初期，土地平整程度相對較差，在田間排水工程（如墑溝、腰溝、隔水溝[11]）不全的情況下，降雨后部分農(nóng)田積水會越過田間溝道直接流入農(nóng)溝。由于溝深較大，流速快，往往產(chǎn)生較嚴重的溯源侵蝕，導(dǎo)致大量泥沙進入農(nóng)溝。根據(jù)筆者2013年對如東縣掘港鎮(zhèn)兆盈農(nóng)場的調(diào)查結(jié)果，在長度600 m的2條農(nóng)溝中，發(fā)現(xiàn)4處由于越級排水形成的侵蝕溝，其末端深度與農(nóng)溝溝底齊平，長度可達3～5 m。為減少越級侵蝕，該農(nóng)場被迫在溝道兩側(cè)修筑溝堤，堤外開挖排水淺溝，使得農(nóng)溝寬度由原來的7 m增加到12 m左右，占地率遠高于高標準農(nóng)田的建設(shè)標準[12]。

2淺溝（生產(chǎn)路）+暗管排水模式設(shè)計

從影響坍塌、淤積的3個因素分析可以看出，改變土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地需要較長時間，目前除設(shè)置農(nóng)溝溝堤控制越級排水外，只能通過溝坡防護技術(shù)防止坍塌。襯砌防護技術(shù)，如混凝土面板、混凝土網(wǎng)格等技術(shù)，效果雖好，但造價較高，由于農(nóng)溝數(shù)量巨大，難以大規(guī)模使用。因此，如何防止或者規(guī)避溝道坍塌，是濱海新墾區(qū)大規(guī)模排水脫鹽亟待解決的問題。另外，生產(chǎn)路作為田間工程的一部分，在方便生產(chǎn)的同時，也占用了一定的耕地?；趶堄蚜x等明暗結(jié)合排水的理念[13]，本研究結(jié)合江蘇省濱海鹽堿土特點和土地規(guī)模經(jīng)營需求，提出了與生產(chǎn)路建設(shè)相結(jié)合的“淺溝+暗管”的排水模式：利用暗管系統(tǒng)將地下水直接排至斗溝，而淺溝僅承擔(dān)除澇任務(wù)，以降低溝深，減少溝道坍塌和淤積，從而節(jié)約土地和溝道維護費用。同時，利用淺溝深度較小的特點，溝底兼做生產(chǎn)路使用，使田間工程占地進一步減少。而對于匯集漬、澇水的斗溝，由于其控制面積大（一般是農(nóng)溝控制面積的5～10倍），可采用目前常用的防護技術(shù)，保持排水暢通。

2.1暗管排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計endprint

“淺溝+暗管”模式下，田間排水暗管分為2級，分別為吸水管和集水管。集水管與淺溝平行，用于匯集吸水管排水并排向斗溝。間距可根據(jù)排水要求、耕作要求布置，一般可取100～150 m[14]。集水管可以是不透水管，也可以是透水管，后者具有控制地下水位的作用[9]。江蘇省濱海灘涂土壤透水性較弱，建議使用透水管，埋深1.5～2.0 m。

吸水管間距需根據(jù)土壤和地下水位控制要求，通過試驗或參照相關(guān)資料確定。根據(jù)江蘇各地的試驗資料[15-16]，吸水暗管的間距在10～15 m，深度在0.9～1.5 m之間。

2.2排水淺溝規(guī)劃設(shè)計

與生產(chǎn)路相結(jié)合的淺溝，其橫斷面設(shè)計參數(shù)需要同時滿足地表排水和交通要求。

2.2.1交通要求生產(chǎn)路主要為人工田間作業(yè)和收獲農(nóng)產(chǎn)品服務(wù)，一般不通過大型機械。江蘇省土地整理建設(shè)標準中規(guī)定路面寬度在1.0～2.0 m，素土壓實處理。因此，淺溝底寬在1.0～2.0 m即可。為方便生產(chǎn)者進出及小型農(nóng)具從淺溝進入農(nóng)田，淺溝深度不宜過大。對于規(guī)模經(jīng)營的農(nóng)場，淺溝經(jīng)過適當(dāng)處理，應(yīng)能允許大型機械（如收割機）橫向通過。為方便行走，淺溝底部不應(yīng)積水，因此，淺溝底部應(yīng)高于地下水位。綜上所述，淺溝深度宜控制在0.4～0.5 m。由于溝深較淺，邊坡系數(shù)可選為1 ∶（1～1.5）。

淺溝宜結(jié)合集水管布置，即將集水管埋設(shè)在淺溝下方，以便雨后及時降低淺溝上方地下水位，并減少開挖費用。對于生產(chǎn)路使用頻率較高的經(jīng)濟作物種植區(qū)，淺溝底部可鋪設(shè)5～10 cm厚的碎石或碎磚，起加固路基和防止沖刷的作用；使用頻率較低的地區(qū)，淺溝可按生態(tài)用地進行設(shè)計。旱作物種植區(qū)可采用天然植被保護，增加生物多樣性，并攔截排水中的氮磷和泥沙。亦可種植耐淹作物，增加耕地面積；水田區(qū)可按照濕地建設(shè)要求，種植濕生植物。

2.2.2排水要求排水設(shè)計要求應(yīng)考慮2個方面：一是排澇要求，即淺溝縱橫斷面能在規(guī)定時間內(nèi)排除設(shè)計暴雨產(chǎn)生的徑流；二是淺溝深度與田間排水毛溝的深度相適應(yīng)，避免在交匯處產(chǎn)生沖刷。

新墾灘涂地勢平坦，溝、河具有一定的蓄水調(diào)節(jié)能力，可按平均排除法計算排澇流量。根據(jù)江蘇省高標準農(nóng)田的建設(shè)要求，農(nóng)田排澇標準按日降雨200 mm、2 d排出即可。

采用底寬2.0～3.0 m，深度0.4～0.5 m的淺溝，占地16%～3.0%（表1）。在淺道間距100～150 m的情況下，條田長度（即斗溝間距）可達1 000 m以上，能滿足江蘇省絕大多數(shù)灘涂地區(qū)的排澇要求。因此，對于一般水旱輪作的大田作物，淺溝底寬取2.0～3.0 m，間距建議取為150 m，采用溝渠相間布置。由于淺溝和斗溝溝深差異較大，毛溝與淺溝的結(jié)合處需設(shè)置排水涵管或做防沖處理。表1不同規(guī)格淺溝的排澇能力與控制面積

0001.752500.2～0.33.01.00.3～0.51/5 0004.00.16 0.19 1 003 500～1 0001.60注：（1）溝道按照24 h凈雨130 mm、48 h排除計算；（2）農(nóng)溝上游溝深取小值，下游取大值；（3）溝水面低于田面10～20 cm；（4）糙率取003；（3）最大過流能力按明渠均勻流計算，偏于安全。

由于淺溝深度較小，排澇時溝內(nèi)水位較高，而斗溝深度較大（一般在2.0～2.5 m），較大的落差導(dǎo)致淺溝末端流速大于表1中按照明渠均勻流計算值，淺溝末端的實際水深小于計算值，表1所給的溝深偏于安全?？紤]到淺溝末端流速較高，淺溝出口需設(shè)陡坡或跌水防沖。

3應(yīng)用與驗證

為驗證上述排水模式的有效性，2012年5月至2013年4月在江蘇省如東縣圍墾灘涂的兆盈農(nóng)場進行了對比試驗。

項目區(qū)內(nèi)土壤為粉沙土，0～100 cm土壤含鹽在1.055%～1.177%。已建成的農(nóng)溝深度為1.5 m，間距150 m（明顯偏大，但渠已建成，故未做加密處理）。試驗選擇了相鄰3條農(nóng)溝，以保持土壤和地下水位的一致性。雖未設(shè)重復(fù)處理，但各農(nóng)溝和淺溝的長度達到600 m，且在自然條件下進行，研究具有較好的代表性。

處理1、處理2采用明溝排水。其中處理2溝坡采用草簾防護，稻草用量為1.5 kg/m2。農(nóng)溝設(shè)計參數(shù)見表2。處理3為淺溝+暗管模式。挖深至1.8 m后，于溝底鋪設(shè)200 mm透水波紋管，然后回填至設(shè)計深度（表2）。吸水暗管采用外徑65 mm透水波紋管，管間距15 m，埋深0.9 m，通過三通排水至集水管。各處理毛溝垂直農(nóng)溝布置，深度0.5 m，間距100 m，共6條。由于農(nóng)溝侵蝕嚴重，故農(nóng)溝兩側(cè)設(shè)置了溝堤，堤外開挖排水溝與毛溝相連，用于匯集田間排水并防止農(nóng)田越級排水。為減少毛溝排水沖刷破壞，各處理的毛溝排水口設(shè)置排水涵。農(nóng)溝和淺溝技術(shù)參數(shù)見表2。

3.1防坍減淤效果

經(jīng)過1年運行后，處理1農(nóng)溝坍塌和淤積較為嚴重，其次是處理2（草簾防護），處理3淺溝淤積量最?。ū?）。與處理1相比，處理3淤積量減少了90%，處理2減少63%。淤積導(dǎo)致農(nóng)溝底部抬高25～86 cm，對地下水位控制產(chǎn)生不利影響。而處理3的地下排水則由集水管匯集后直接排至斗溝，規(guī)避了農(nóng)溝淤積造成的不利影響。

由于毛溝和淺溝深度相同，處理3毛溝排水涵出口流速較小，經(jīng)1年運行后無一破壞。溝底除中間部分有沖刷外，形狀總體保持較好，可作為生產(chǎn)路正常使用。處理1和處理2排水涵破壞較嚴重（表2）。表2不同處理溝道參數(shù)與淤積量處理號防護方法底寬

（m）溝深

（m）邊坡系數(shù)淤積量

（m3/m）倒塌排水涵

（座）最大溝深

（m）最小溝深

（m）處理1（農(nóng)溝）無防護1.01.502.001.5320.950.64處理2（農(nóng)溝）草簾防護1.01.502.000.5731.251.03處理3（淺溝）無防護2.00.501.000.1500.560.41注：（1）每條農(nóng)溝、淺溝每隔150 m測定淤積后橫斷面，每溝測5個斷面；（2）以原設(shè)計橫斷面線為基準線，位于該線以上部分為淤積量。坍塌部分不重復(fù)計算；（3）測試日期2013年4月28—29日。endprint

3.2節(jié)約用地效果

與處理1和處理2 相比，處理3淺溝占地大幅度減少（表3）。本試驗中，由于淺溝可作為生產(chǎn)路使用，傳統(tǒng)的“溝-渠-路”模式變?yōu)椤皽\溝（生產(chǎn)路）+渠道”模式，每塊條田（150 m×600 m）可增加耕地5 700 m2，耕地率可增加 6.34%。若農(nóng)溝（渠）間距為100 m時，節(jié)地率達到9.5%。這對于耕地緊張的江蘇省而言，具有特別意義。表3不同處理溝道參數(shù)與占地量

處理號上口寬

（m）溝堤及堤外溝寬

（m）溝占地率

（%）農(nóng)渠+生產(chǎn)路寬

（m）溝渠路寬

（m）溝渠路占地率

（%）處理17.05.58.333.8016.3010.87 處理27.05.58.333.8016.3010.87 處理33.01.02.662.80（無生產(chǎn)路）6.804.53注：（1）溝道占地包括農(nóng)溝、溝堤和溝堤外排水溝。（2）生產(chǎn)路寬度1.5 m，結(jié)合農(nóng)渠渠堤建設(shè)。（3）溝渠路占地包括渠堤、渠（道）外坡占地。

3.4土壤脫鹽效果

根據(jù)2012汛期（5月11日開始，9月16日結(jié)束）降雨排水脫鹽試驗資料，該段時期內(nèi)共降雨498.9 mm，灌水 100 mm。 頻繁的降雨加上初期的灌溉淋洗脫鹽，土壤處于淋洗狀態(tài)，土壤脫鹽較快。汛期結(jié)束后，處理1、處理2和處理3表土100 cm土壤脫鹽率分別為26.2%、33.4%和665%，表明“淺溝+暗管”模式具有更好的排水脫鹽效果。而在非汛期，由于降雨量少，加上冬春季節(jié)風(fēng)力較大，土壤由淋洗轉(zhuǎn)為蒸發(fā)狀態(tài)，至第二年結(jié)束時（2013年4月29日），100 cm土壤的脫鹽率分別為15.0%、16.2%和36.4%，仍以“淺溝+暗管”排水模式最佳。

3.3效益費用分析

3.3.1費用投入根據(jù)土地整理預(yù)算定額，處理1溝道開挖和堤頂修筑、毛溝排水涵等共計3.46萬元；處理2為處理1基礎(chǔ)上增加草簾防護費用0.48萬元（以后每3年重新鋪設(shè)1次），共計3.94萬元。處理3建設(shè)費用17.64萬元。括淺溝開挖和表土壓實0.54萬元，集水管、吸水管埋設(shè)與安裝16.2萬元，毛溝排水涵6座0.6萬元，跌水0.30萬元。

3.3.2效益分析（1）維修成本降低產(chǎn)生的效益。隨著土壤熟化和含鹽量降低，植被將逐漸恢復(fù)，淤積減少。為簡化計算，淤積量按每年遞減10%進行估算，溝道清淤土方按照當(dāng)?shù)貎r格6.0元/m3計算。（2）新增耕地的經(jīng)濟效益。處理3較處理1和處理2增加耕地0.57 hm2。新增耕地效益，初期5年按照0.60萬元/hm2計算，以后每年按照1.2萬元/hm2計算。處理2的效益估算方法與處理1相同。（3）增產(chǎn)效益。由于土壤脫鹽加快，土壤含鹽量降低，作物增產(chǎn)。增產(chǎn)效益按每年0.15萬元/hm2 計算。則每塊條田每年增收：（150-16.87）×600/10 000×0.15=1.2萬元。

3.3.3經(jīng)濟效益評價社會折現(xiàn)率按照7%計算。和處理1相比，需9年收回投資；與處理2相比，約需10.5年（期間重新鋪設(shè)草簾2次），而暗管使用壽命一般在30年以上。因此“淺溝+暗管”模式具有經(jīng)濟可行性。根據(jù)江蘇、山東等地濱海鹽堿地的溝渠布置模式，農(nóng)溝間距一般在50～90 m[3，12]，若考慮渠道節(jié)地和建設(shè)效益，經(jīng)濟效益更高。

4結(jié)論與討論

濱海高鈉鹽粉土的溝道坍塌、淤積是影響土壤脫鹽的關(guān)鍵和難點。對于數(shù)量巨大的排水農(nóng)溝，至今仍缺少有效的低成本防護方法[4]。本研究提出的“淺溝+暗管”排水模式，將地面排水和地下排水任務(wù)分別由淺溝和暗管承擔(dān)，通過降低淺溝深度，在一定程度上規(guī)避了傳統(tǒng)深農(nóng)溝引起的邊坡坍塌與淤積，加速了土壤脫鹽，并降低溝道維護費用。

淺溝橫斷面的縮小及其與生產(chǎn)路的結(jié)合，能大幅度減少溝、路占地，提高土地利用率。由于淺溝僅承擔(dān)地表排水任

務(wù)，在田間排水工程完善的情況下，其間距可增至100～150 m，大于目前濱海地區(qū)的農(nóng)溝間距[6]，可減少田間溝、渠、路的密度，進一步增加耕地率。淺溝兩側(cè)經(jīng)適當(dāng)處理，可允許大型機械橫向通過，在溝渠相間布置的模式下，有利于擴大條田規(guī)格，更適于濱海灘涂土地規(guī)模經(jīng)營。因此，與生產(chǎn)路相結(jié)合的“淺溝+暗管”排水模式在江蘇省濱海灘涂地區(qū)以及類似地區(qū)具有較好的應(yīng)用前景。

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