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        明溝與暗管排鹽改良鹽堿地技術(shù)模式比較分析

        2016-11-28 07:23:15
        中國(guó)農(nóng)業(yè)信息 2016年13期
        關(guān)鍵詞:明溝暗管溝渠

        陳 鑫

        (山東省土地綜合整治服務(wù)中心,濟(jì)南 250014)

        明溝與暗管排鹽改良鹽堿地技術(shù)模式比較分析

        陳鑫

        (山東省土地綜合整治服務(wù)中心,濟(jì)南 250014)

        文章以山東省東營(yíng)市暗管排鹽示范區(qū)為依托,以利津縣某項(xiàng)目區(qū)為案例,對(duì)傳統(tǒng)明溝排鹽與暗管排鹽改良鹽堿地的技術(shù)模式,開展技術(shù)方法﹑投資費(fèi)用﹑后期管護(hù)等方面的比較分析發(fā)現(xiàn),暗管排鹽模式雖然較傳統(tǒng)明溝排鹽方式建設(shè)成本有所增加,增加部分主要集中于排水管網(wǎng)建設(shè)和土地整平部分,但其改良鹽堿地更加快速﹑高效,且具有更長(zhǎng)的使用周期,后期維護(hù)簡(jiǎn)單易行,費(fèi)用較低。

        明溝暗管排鹽比較

        1 引言

        我國(guó)約有宜農(nóng)鹽堿土地0.13億hm2,根據(jù)保守估算,鹽堿化耕地面積達(dá)0.07億hm2以上。鹽堿地作為我國(guó)重要的后備耕地戰(zhàn)略資源,利用潛力巨大[1]。

        文章以山東東營(yíng)暗管排鹽示范區(qū)為依托,選擇利津縣某土地整治項(xiàng)目為案例,對(duì)明溝排鹽和暗管排鹽2種模式,分別從土地平整工程﹑灌溉排水工程﹑田間道路工程等方面,對(duì)其設(shè)計(jì)﹑施工特點(diǎn)及投資費(fèi)用﹑后期管護(hù)等進(jìn)行比較分析,以期為實(shí)現(xiàn)工程化﹑規(guī)模化和智能化的大面積鹽堿地高效與持續(xù)性改良,提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)。

        2 明溝排鹽技術(shù)和暗管排鹽技術(shù)原理

        2.1明溝排鹽技術(shù)概念

        明溝排鹽是根據(jù)“鹽隨水來,鹽隨水去”的水鹽運(yùn)移原理(圖1),挖掘深度低于地下水位的明溝,引用灌溉水洗鹽,利用農(nóng)田土層的側(cè)滲力,使土壤中的溶鹽水滲入溝渠排出農(nóng)田??梢栏蓽烯p支溝﹑斗溝﹑農(nóng)溝順序設(shè)置固定溝道,根據(jù)排鹽區(qū)的形狀和面積大小及負(fù)擔(dān)的任務(wù),溝道的級(jí)數(shù)也可適當(dāng)增減。溝距的大小既應(yīng)滿足排鹽﹑排澇除漬的要求,又應(yīng)考慮溝道占地和機(jī)耕作業(yè)的要求,應(yīng)經(jīng)過綜合分析確定。

        圖1 明溝排鹽技術(shù)原理示意圖

        2.2暗管排鹽技術(shù)概念

        暗管排鹽技術(shù)其工作原理(圖2)也是遵循“鹽隨水來﹑鹽隨水去”的土壤水鹽運(yùn)動(dòng)機(jī)理,將充分溶解了的土壤鹽分,滲入地下水體,通過管道排走,從而達(dá)到有效降低土壤含鹽量的目的[2-4]。

        圖2 暗管排鹽技術(shù)原理示意圖

        暗管排鹽是相對(duì)于明溝排鹽而言的,是利用專業(yè)大型成套機(jī)械設(shè)備,在一定土壤深度埋設(shè)具有濾水微孔管道。開溝﹑放管﹑敷料﹑合溝等施工過程一次完成。利用自然降雨和引水工程進(jìn)行灌溉洗鹽,土壤中的溶鹽水及多余水分,在農(nóng)田土層的垂直入滲或側(cè)滲力作用下,從暗管管壁濾水微孔滲入管內(nèi)快速排走,從而起到控制農(nóng)田地下水位﹑實(shí)現(xiàn)土壤快速脫鹽﹑改善土壤理化性狀的作用。

        3 明溝與暗管排鹽技術(shù)模式比較

        3.1項(xiàng)目建設(shè)成本

        該文主要從土地整平工程﹑排灌設(shè)施建設(shè)﹑配套構(gòu)筑物和道路等方面,對(duì)2種工程模式進(jìn)行建設(shè)成本對(duì)比分析。

        3.1.1傳統(tǒng)溝渠模式建設(shè)成本分析

        以東營(yíng)地區(qū)典型的鹽漬化耕地(中低產(chǎn)田)為例,在利津縣某項(xiàng)目區(qū)(項(xiàng)目區(qū)建設(shè)規(guī)模為0.07萬hm2),按照傳統(tǒng)溝渠排灌模式工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),以末級(jí)排溝間距80m,田塊長(zhǎng)度500m計(jì)算,項(xiàng)目區(qū)實(shí)施傳統(tǒng)溝渠排灌模式0.07萬hm2的建設(shè)成本為3017萬元,詳見表1。

        3.1.2管道排灌模式建設(shè)成本分析

        在同一地區(qū),按照管道排灌模式工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),0.07萬hm2投資為3947萬元(表2)。新模式下,原來大量的斗農(nóng)級(jí)溝渠由管道替代,減少了溝渠對(duì)田塊的切割,田間路長(zhǎng)度大幅降低,大大減少了農(nóng)級(jí)﹑斗級(jí)橋﹑涵﹑閘等構(gòu)筑物的建設(shè)需求量。因此,可集中有限資金,提升灌溉排水工程標(biāo)準(zhǔn),提高鹽漬化耕地的改良效果。

        表1 溝渠排灌模式建設(shè)成本表

        表2 管道排灌模式建設(shè)成本表

        表3 2種模式建設(shè)成本對(duì)比表   萬元

        圖3 2種模式建設(shè)成本對(duì)比圖

        3.1.32種模式建設(shè)成本比較

        由圖3和表3可知,管道排灌模式相比,溝渠排灌模式建設(shè)成本增加30%左右,增加部分主要集中于排水管網(wǎng)和土地整平部分。

        3.2使用周期與維護(hù)管理

        暗管排鹽模式比明溝排鹽模式具有更長(zhǎng)的使用周期。明溝排鹽模式下,溝渠容易坍塌淤積,構(gòu)筑物容易損壞,使用壽命10年左右,每10年需進(jìn)行全面整修。暗管排鹽模式管線埋于地下,材質(zhì)為塑料波紋管,使用壽命可達(dá)30年以上。

        3.2.1維護(hù)方法比較

        明溝內(nèi)不得設(shè)障堵水,應(yīng)根據(jù)淤積阻水情況定期清理。對(duì)不穩(wěn)定溝段,應(yīng)采取切實(shí)有效的防塌固坡措施,加強(qiáng)維修養(yǎng)護(hù)。明溝排鹽模式每1~3年需進(jìn)行清淤維護(hù)。清淤維護(hù)方法主要利用挖掘機(jī)清淤,先清邊坡,后清溝底,將清除淤泥按照指定地點(diǎn)堆放或者外運(yùn)。

        與明溝的維護(hù)相比,暗管的后期維護(hù)簡(jiǎn)單易行。應(yīng)用沖洗暗管內(nèi)壁及孔隙的自動(dòng)推進(jìn)噴咀,可自動(dòng)以高壓水流沖開被堵塞的管壁滲孔,如圖4和圖5所示。暗管工程在運(yùn)行初期應(yīng)沿管線經(jīng)常巡視,發(fā)現(xiàn)凹坑應(yīng)及時(shí)填平;每年定期檢修1次。暗管排鹽模式的暗管經(jīng)過8~10年的使用,應(yīng)進(jìn)行清淤維護(hù)。通過觀察井進(jìn)行觀察分析,出流量明顯減少或砂含量明顯增多的管道,可用暗管清洗機(jī)的高壓水流對(duì)整條暗管進(jìn)行清洗,將管內(nèi)或觀察井內(nèi)積砂沖出,保證其正常排水功能。在清洗中,盡量減少清洗軟管插入暗管的次數(shù),以保護(hù)管道周圍濾料[5]。

        3.2.2維護(hù)管理費(fèi)用比較

        根據(jù)排灌溝渠﹑管道清淤維護(hù)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況,對(duì)明溝排鹽模式的渠道清淤按照每1次/2年﹑整修按照每1次/10年計(jì)算,每0.07萬hm2渠道的清淤費(fèi)用為95萬元﹑整修費(fèi)用為520萬元,則每10年的渠道維護(hù)管理費(fèi)用為995萬元。暗管排鹽模式地下管線清淤﹑整修按照每10年1次計(jì)算,每0.07萬hm2的清淤費(fèi)用為352萬元﹑整修費(fèi)用為135萬元,則每10年的地下管線維護(hù)管理費(fèi)用為487萬元。管道排灌模式每10年維護(hù)費(fèi)用節(jié)省51.05%,減少了每年大量的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,數(shù)據(jù)詳見表4。

        表4 2種模式后期維護(hù)管理費(fèi)用  ?。ㄈf元/0.07萬hm2)

        表5 2種模式折合30年總成本對(duì)比  ?。ㄈf元/0.07萬hm2)

        通過分析,管道排灌模式建設(shè)成本3947.5萬元/0.07萬hm2,高于溝渠排灌模式的建設(shè)成本3017.03萬元/0.07萬hm2,但后期30年的維護(hù)費(fèi)用(1461萬元/0.07萬hm2)僅有溝渠排灌模式(2985萬元/0.07萬hm2)的1/2。按照工程壽命30年計(jì)算,管道排灌模式總成本為5408.5萬元/0.07萬hm2,溝渠排灌模式總成本為6002.03萬元/0.07萬hm2,管道排灌模式的總成本比溝渠排灌模式低10%,數(shù)據(jù)詳見表5。因此,與傳統(tǒng)渠系模式相比,采用管道排灌模式可一次投資,多年連續(xù)受益。

        圖4 自動(dòng)推進(jìn)噴咀沖洗暗管示意圖

        圖5 沖洗暗管作業(yè)示意圖

        3.3技術(shù)特點(diǎn)比較

        3.3.1明溝排鹽技術(shù)特點(diǎn)

        明溝排鹽工程技術(shù)開挖技術(shù)簡(jiǎn)單,易于操作,維護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)單,使這一有效的工程措施在引黃灌區(qū)及更大地域范圍內(nèi)得到了推廣普及。但這一模式亦有不足[6]。

        (1)每條排溝所控制的土壤側(cè)滲區(qū)寬度有限,靠近溝渠的地方排鹽效果比較好,條田中部遠(yuǎn)離排溝的區(qū)域效果比較差,排鹽具有很大的局限性;為加強(qiáng)排鹽效果,必須加密排渠建設(shè),造成渠系設(shè)施占地較多,占地面積大,浪費(fèi)土地資源,土地開發(fā)的出地率僅為65%左右,排灌設(shè)施占?jí)和恋厝愿哌_(dá)35%以上,這在目前土地資源日益寶貴的背景下不符合“高效利用”的原則。

        (2)因排溝較深,土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松,在水流沖蝕下,溝壁易塌陷并造成嚴(yán)重淤積,排溝難以保持足夠深度,加重了水土流失,提高了維護(hù)成本。

        (3)無法有效地控制地下水位﹑防止土壤返鹽﹑持續(xù)改良鹽堿地,土地次生鹽堿化比較嚴(yán)重;在土壤側(cè)滲力達(dá)不到的區(qū)域,仍有可能造成耕層積鹽;另如排溝長(zhǎng)時(shí)間存有積水,亦向土壤滲透返鹽。

        (4)需要配套大量的排灌溝渠﹑橋涵等,成本較高。(5)不利于大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用。(6)改良效果慢,維護(hù)費(fèi)用高。

        3.3.2暗管排鹽技術(shù)特點(diǎn)

        從實(shí)際應(yīng)用看,暗管排鹽技術(shù)在節(jié)地﹑節(jié)水,提高耕地質(zhì)量,促進(jìn)土地集約化利用方面成效明顯。

        (1)節(jié)地。因暗管深埋于地下,自身不占用耕地,并可節(jié)約大量的排堿溝占地。東營(yíng)市黃河三角洲鹽堿地上,原有排堿溝非常密集,占地量大,部分地區(qū)占地甚至達(dá)到了40%左右。利用暗管技術(shù)將原來部分農(nóng)級(jí)和斗級(jí)排水溝用暗管替代,僅此一項(xiàng)可節(jié)地15%以上,遠(yuǎn)高于一般土地整理的出地率。

        (2)節(jié)水。相對(duì)于傳統(tǒng)渠系排灌模式,在暗管排鹽技術(shù)基礎(chǔ)上,結(jié)合管道灌溉技術(shù),能夠讓農(nóng)田排﹑灌水在管道中流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了與農(nóng)田管道灌溉等節(jié)水技術(shù)無縫銜接,形成了管網(wǎng)化的排﹑灌控制系統(tǒng),可進(jìn)行定量化灌溉洗鹽,有效克服了傳統(tǒng)大水漫灌洗鹽的局面。

        (3)防澇。在小到中型降雨及排水灌溉條件下,形成的地表徑流中的大部分,可滲入地下暗管排走。

        (4)改良效果顯著,有效提高耕地質(zhì)量。鋪設(shè)暗管后,能夠有效地控制地下水位,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控排,防止土壤反堿反鹽,使土地得到持續(xù)改良。依據(jù)東營(yíng)示范區(qū)其它項(xiàng)目的已有經(jīng)驗(yàn),實(shí)施暗管技術(shù)后,重鹽堿地可在1~2年內(nèi)迅速脫鹽,實(shí)現(xiàn)土地快速改良。

        4 結(jié)論與建議

        該文以山東東營(yíng)暗管排鹽示范區(qū)為依托,通過對(duì)傳統(tǒng)明溝排鹽與暗管排鹽技術(shù)開展技術(shù)方法﹑投資費(fèi)用﹑后期管護(hù)等方面的比較分析認(rèn)為,暗管排鹽技術(shù)比傳統(tǒng)明溝排鹽模式具有突出優(yōu)勢(shì),應(yīng)用暗管排鹽技術(shù)治理鹽堿地,更符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求。

        [1]鄖文聚,楊勁松,鞠正山.以科技創(chuàng)新對(duì)接國(guó)家戰(zhàn)略—聚焦“一帶一路”沿線鹽堿地治理.國(guó)土資源,2015,(9):44~46

        [2]彭成山,楊玉珍,鄭存虎,等.黃河三角洲暗管改堿工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)與研究.鄭州:黃河水利出版社,2006:1~5

        [3]楊玉珍.黃河三角洲暗管改堿試驗(yàn).中國(guó)土地,2008,(07):18~19

        [4]于淑會(huì),劉金銅,李志祥.暗管排水排鹽改良鹽堿地機(jī)理與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)研究進(jìn)展.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012,20(12):1664~1672

        [5]規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工.暗管改良鹽堿地技術(shù)規(guī)程,2013,(2):1043

        [6]張志鵬.黃河三角洲未利用地開發(fā)模式和創(chuàng)新管理研究.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2014

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