薛期穎

(長(zhǎng)泰縣農(nóng)田建設(shè)站，福建 漳州 363000)

1 項(xiàng)目概況

上青農(nóng)牧土地整理項(xiàng)目區(qū)位于長(zhǎng)泰縣巖溪鎮(zhèn)錦鱗村陂頭片區(qū)，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(wàn)畝灌渠十五戶(hù)陂渠首繞項(xiàng)目區(qū)東側(cè)邊界蜿蜒而過(guò)，灌溉條件優(yōu)越。區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型為砂壤土，土質(zhì)肥沃、土層深厚。項(xiàng)目區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，年均降雨量1590mm，4-9月降雨量占全年的75%左右。

上青農(nóng)牧土地整理項(xiàng)目是結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，屬長(zhǎng)泰縣巖溪鎮(zhèn)錦鱗村2018年高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目的一部分，規(guī)劃建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田577畝。建成后的產(chǎn)業(yè)園將以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，兼具農(nóng)業(yè)培訓(xùn)、觀(guān)光、休閑、餐飲等作用。根據(jù)園區(qū)的功能使用要求，園區(qū)內(nèi)的排水系統(tǒng)需立足于高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)需求。適合本項(xiàng)目區(qū)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(jù)(農(nóng)建發(fā)[2018]1號(hào))精神和“四高”要求(高起點(diǎn)規(guī)劃、高標(biāo)淮設(shè)計(jì)、高質(zhì)量建設(shè)、高效益運(yùn)行)，加上園區(qū)整潔、衛(wèi)生、美化的需要，所有的排灌渠都要硬化。傳統(tǒng)的排水明溝硬化常用的有塊石砌筑、磚塊砌筑、混凝土現(xiàn)澆和預(yù)制板鋪裝等方式。該項(xiàng)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(guò)地下設(shè)置的滲排水通道代替排水明溝。有無(wú)管和有管之分。無(wú)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(guò)埋設(shè)管材進(jìn)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(guò)多的水，經(jīng)管壁上的外包過(guò)濾材料引導(dǎo)和過(guò)濾后，由滲水通道滲流進(jìn)管內(nèi)，再由集水管匯流并排走。附屬建筑物主要是設(shè)置檢修井。具體比選內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 方案對(duì)比表

續(xù)表1 方案對(duì)比表

2.3 比選結(jié)果

十五戶(hù)陂灌渠沿項(xiàng)目區(qū)上側(cè)環(huán)繞而過(guò)，水源豐富，渠道滲漏量大，因此區(qū)內(nèi)耕地漬害較重。項(xiàng)目區(qū)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(tǒng)出口承泄區(qū)直接為龍津溪流，高岸落差達(dá)5m以上，滿(mǎn)足暗管排水的適用條件。結(jié)合本項(xiàng)目區(qū)的地形環(huán)境及使用需求，經(jīng)表1方案綜合對(duì)比可以看出，暗管排水方案的大部分指標(biāo)都優(yōu)于明溝排水方案，更適合園區(qū)的使用要求，故該項(xiàng)目?jī)A向選取暗管排水方案。但傳統(tǒng)的暗管排水全線(xiàn)埋設(shè)于地下，排澇依靠滲流，所以在本項(xiàng)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(wèn)題。

3 解決問(wèn)題思路

3.1 排澇能力有限問(wèn)題的解決思路

暗管排水的管徑因受排水方式、上下級(jí)水位、埋深要求、造價(jià)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(dāng)碰到南方汛期兇猛的暴雨，傳統(tǒng)的暗管設(shè)計(jì)單靠滲流很難保證排水及時(shí)。

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(diào)控地下水位的功能。以調(diào)控地下水位確定溝深和間距，以排澇標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算管徑，一管多能，綜合使用。②利用不占地表耕地的優(yōu)勢(shì)，加大布置密度。③在田面布置匯向暗管進(jìn)水口或明溝的淺土溝，引導(dǎo)和排除田面水，與暗管一起構(gòu)成復(fù)合式的排水體系。④優(yōu)化管口進(jìn)流條件，如設(shè)置喇叭口和漸變段等，條件允許時(shí)適當(dāng)提高進(jìn)口水頭，以增加管內(nèi)充盈度和加快流速。⑤對(duì)于流量較大的下級(jí)排水，依舊采用明溝排水，使排水系統(tǒng)整體明暗結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

3.2 管道堵塞、清理及檢修問(wèn)題的解決思路

解決方法：①布置時(shí)要因地制宜，盡量采用較大的坡降，以得到較大的流速?zèng)_淤。②做好濾水層的施工質(zhì)量；③平時(shí)加強(qiáng)進(jìn)出口管理，注意防堵防淤，排水時(shí)做好進(jìn)口雜物的過(guò)濾，出口處應(yīng)長(zhǎng)期保持在下游水位以上；④地面多設(shè)進(jìn)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(jìn)管內(nèi)，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(chǎn)生反作用力頂住軟管并使軟管向前移動(dòng)，同時(shí)把泥淤?zèng)_出管外。⑥直接開(kāi)挖替換[1-4]。

4 暗管設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目區(qū)為設(shè)施農(nóng)業(yè)種植區(qū)，依據(jù)《農(nóng)田排水工程技術(shù)規(guī)范》(SL4-2013)要求，本項(xiàng)目區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10a一遇24h暴雨量24h排完。

4.2 排澇模數(shù)分析

根據(jù)《福建省短歷時(shí)暴雨等值線(xiàn)圖》查得本項(xiàng)目區(qū)多年平均最大24h暴雨均值H24=119mm，CV24=0.46，CS=3.5CV，10a一遇24h設(shè)計(jì)暴雨值為191mm。排澇模數(shù)按水田與旱地分別計(jì)算。

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

(1)

式中:qw為水田設(shè)計(jì)平均排澇模數(shù)，m3/s·km2；h1為水田滯蓄水深，40mm；P為24h設(shè)計(jì)暴雨量，191mm；ET′為24h水田蒸發(fā)量，4mm；F為24h水田滲漏量，5mm；T為設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)，1d。

計(jì)算得:qw=1.64m3/s*km2

2)旱地排澇模數(shù)：qd=R/(86.4T)

(2)

式中：qd為旱地排澇模數(shù)；m2/s*km2；R為設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)生的徑流深mm， R=P*a；P為24h設(shè)計(jì)暴雨量，191mm；a為徑流模數(shù)，取0.75；T為設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)，1d。

計(jì)算得：qd=1.66m2/s*km2。

因項(xiàng)目區(qū)為水旱輪作區(qū)，故排澇模數(shù)取較大值q=1.66m3/s*km2。

4.3 排澇流量計(jì)算

因區(qū)間外來(lái)水已被十五戶(hù)陂灌渠攔截，故排澇流量?jī)H考慮單管控制范圍內(nèi)的排澇面積。排澇流量計(jì)算公式：Q=CqA

Q=CqA

(3)

式中：Q為設(shè)計(jì)排澇流量，m3/s；C為與面積有關(guān)的流量系數(shù)，本項(xiàng)目只設(shè)一級(jí)排水，取C=1；q為設(shè)計(jì)排澇模數(shù)，1.66 m3/s*km2；A為單管排澇面積=30*200m(測(cè)繪得)=0.006 km2；

計(jì)算得: Q=1*q*A=1.66m3/s*km2*0.006km2=0.00996m3/s，取0.01m3/s。

4.4 管徑計(jì)算

暗管排水為無(wú)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(nèi)最低流速要求，一般大管徑(>100mm)時(shí)取1/600-1/1500。本項(xiàng)目依實(shí)際地形取i=1/1000。

暗管的管徑設(shè)計(jì)，除以地表排澇流量的要求計(jì)算外，還應(yīng)考慮管內(nèi)淤積因素，并留有較大余量，排水管至少要達(dá)計(jì)算管徑的1.1倍。本項(xiàng)目?jī)?nèi)管糙率n取0.011；

因管內(nèi)徑>100mm，取a=0.8，查表2得α=1.93448(下表2)。

均勻流管徑計(jì)算公式：

(4)

式中：d2為管內(nèi)徑；n為管內(nèi)壁糙率，取0.011；Q為設(shè)計(jì)流量，取0.01m3/s；α為本式管內(nèi)徑>100mm，取a=0.8，查表2得α=1.93448；i為管的設(shè)計(jì)比降，取0.001。

計(jì)算得：d2=187mm，則管內(nèi)徑D=187*1.1=205.7mm。取企標(biāo)規(guī)格DN225(內(nèi)徑)，校核得充滿(mǎn)度為80%時(shí)相應(yīng)流量Qa=0.016 m3/s，平均流速V=0.4808m/s，滿(mǎn)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(jù)農(nóng)田土壤的透水性、耕作深度和作物需求等因素來(lái)確定。因我縣當(dāng)前還只是小規(guī)模小范圍的應(yīng)用，還未大面積的推廣布置，加之長(zhǎng)泰縣為稻作區(qū)，園區(qū)內(nèi)的主要種植作物也一般為淺根系的果蔬，根據(jù)農(nóng)技人員提供的各作物需要的地下水降深值，以及農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的要求，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定該項(xiàng)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(xiàng)目取0.6m；△h為剩余水頭，一般取0.2-0.3m，本項(xiàng)目取0.3m；s為管中水深，該項(xiàng)目取管頂水頭0.2m。

圖1 暗管埋深示意圖

則該項(xiàng)目末級(jí)暗管埋深D=0.6+0.3+0.2m=1.1m。設(shè)計(jì)埋深在1.1-1.5m之間。

根據(jù)確定的暗管埋深，采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法，我們可直接從表3中(見(jiàn)表3)查出對(duì)應(yīng)的間距建議值，該區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型為砂壤土，對(duì)應(yīng)的間距值為20-40m，該項(xiàng)目為保險(xiǎn)起見(jiàn)，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(dāng)前長(zhǎng)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(wú)砂混凝土管和網(wǎng)狀透水管等。普通混凝土管和無(wú)砂混凝土管重量大，鉆孔、安裝難度高，且存在內(nèi)壁糙率大、易淤積的問(wèn)題，不推薦采用。塑料排水管造價(jià)較高，受壓易變形，外管壁光滑打孔難度也較大。網(wǎng)狀透水管糙率太大，也不適合該項(xiàng)目的排澇應(yīng)用要求。雙壁波紋管管徑較大，內(nèi)管壁光滑平順，比塑料排水管強(qiáng)度高，承壓大，壽命長(zhǎng)，重量輕，造價(jià)低，吸水性能更好，故推薦采用。應(yīng)用時(shí)在管徑上2/3管壁波谷處開(kāi)進(jìn)水孔，一般每米管長(zhǎng)開(kāi)孔面積33cm2(應(yīng)>10cm2/m)。另外，連通地面的豎管和出口段管體因無(wú)打孔要求，為外露面以后的保護(hù)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(lái)源便捷、施工方便、造價(jià)低，壽命長(zhǎng)的要求選用。傳統(tǒng)的濾料有無(wú)機(jī)材料如砂礫、爐渣、磚石屑等，通常以里粗外細(xì)逐層外包的級(jí)配砂礫石為主；有機(jī)材料如稻草、葦稈、茅草、棕絲、谷殼等農(nóng)副產(chǎn)品；近年來(lái)更多采用人工合成材料，如無(wú)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(jié)合。但因砂礫等無(wú)機(jī)散料重量大、運(yùn)輸難、鋪設(shè)工藝要求高，施工難度大，有機(jī)材料現(xiàn)在來(lái)源也不便，故不考慮。該項(xiàng)目裹濾料選擇使用土工織物中的無(wú)紡布。

4.7 其它注意事項(xiàng)

暗管排水的管材安裝對(duì)接時(shí)可不用膠結(jié)材料。

暗管的上游進(jìn)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(nóng)機(jī)耕作和人員存排水操作，每隔20m左右布置一個(gè)，方便以后沖洗泥淤，同時(shí)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(hù)設(shè)施，以減小對(duì)田間作業(yè)的影響。耕作時(shí)以加高套管或扣罩硬物來(lái)保護(hù)管口。暗管在出口處要設(shè)置防沖護(hù)砌。并在靠近出口3-4m處不設(shè)滲水孔和濾材，只用黏土夯實(shí)。出口管體應(yīng)出露10cm以上。

為應(yīng)對(duì)田間作業(yè)和不同作物對(duì)不同水肥條件的需求，在暗管進(jìn)、排水口處采用加套可拆卸或旋轉(zhuǎn)管體來(lái)升降暗管的進(jìn)出口，以實(shí)現(xiàn)存排管控、保護(hù)管口及方便耕作的要求，簡(jiǎn)單實(shí)用(見(jiàn)圖2所示)。不同高程的田塊各自走管設(shè)出口，當(dāng)高程、灌排要求、作物種類(lèi)和茬口等條件相同的相鄰田塊，可串聯(lián)布設(shè)。

在排水管的連接、轉(zhuǎn)彎、變坡、路渠穿越處或長(zhǎng)度每超過(guò)200m時(shí)應(yīng)設(shè)檢修井，以作集水、沉沙、連接、清淤、檢修之用。本項(xiàng)目中未設(shè)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(jī)械準(zhǔn)備——定位放樣——開(kāi)挖管槽——鋪設(shè)管材(已包裹好濾材)——管槽回填——進(jìn)出口處理和配置配件。

5.1 定位放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)在地面用白灰標(biāo)定出管線(xiàn)及建筑物的位置。在管線(xiàn)兩端釘立木樁，在起伏變化大的位置訂立標(biāo)記，標(biāo)出管槽開(kāi)挖深度和開(kāi)口寬度。

5.2 開(kāi)挖管槽

采用機(jī)械自下游而上開(kāi)挖，槽底寬度主要滿(mǎn)足人工作業(yè)寬度和邊坡穩(wěn)定要求。進(jìn)出口高程和底坡比降應(yīng)嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)，開(kāi)挖中和開(kāi)挖后都要校核槽底高程。

5.3 鋪設(shè)管材

采用無(wú)紡布做裹濾材時(shí)管材鋪設(shè)比較簡(jiǎn)單，先將無(wú)紡布在下槽前裹好，厚度2層，以鋁線(xiàn)捆綁，再入槽連接調(diào)整，鋪設(shè)時(shí)注意管壁1/3不打孔的一面朝下；安裝后的管線(xiàn)應(yīng)均勻平順，忌忽高忽低；鋪設(shè)方向不限。

5.4 管槽回填

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

6 管護(hù)要點(diǎn)

暗管排水的管護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)易輕松，要點(diǎn)在于防堵防淤，平時(shí)注意做好進(jìn)出口的防護(hù)，保持排水通暢。①耕作時(shí)保護(hù)入口不讓泥土進(jìn)入管內(nèi)；②暴雨和排地表水時(shí)注意做好進(jìn)口和淺溝的清理；③平時(shí)注意下游集水溝、沉沙井等泄水道的清理，使下游水位長(zhǎng)期低于出水口，注意出口防堵；④利用先蓄后排等各種機(jī)會(huì)大流量泄水沖淤，或?qū)胲浌芏〞r(shí)沖淤等。

7 結(jié) 語(yǔ)

上青農(nóng)牧土地整理項(xiàng)目于2019年6月完工，至今已運(yùn)行兩年，也經(jīng)歷了兩個(gè)汛期的排澇考驗(yàn)。通過(guò)對(duì)暴雨期間的排澇觀(guān)察，以及平時(shí)對(duì)管口的出水情況和耕作時(shí)土壤含水量的觀(guān)測(cè)，結(jié)合作物的生長(zhǎng)情況，可初步判斷，本項(xiàng)目暗管排水的應(yīng)用效果好于明溝。

暗管排水在長(zhǎng)泰縣還較少應(yīng)用，其部分原因在于排澇能力和管道淤堵的問(wèn)題。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)例應(yīng)用可得出，在滿(mǎn)足坡降和下游排泄水位要求的地方，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)與管護(hù)，暗管排水的綜合效益明顯優(yōu)于明溝排水，可以選擇性的應(yīng)用。當(dāng)前長(zhǎng)泰人多地少，農(nóng)村地區(qū)的管護(hù)意識(shí)和經(jīng)費(fèi)還相對(duì)不足、環(huán)保意識(shí)還不是很強(qiáng)，特別是在征地困難的地方，農(nóng)田暗管排水技術(shù)的適地性應(yīng)用，能減少用地矛盾，解決征地難題，推進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施，有效改變我縣農(nóng)田水利現(xiàn)有面貌。為推動(dòng)我縣的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，落實(shí)新增耕地指標(biāo)，美化人居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，助力鄉(xiāng)村振興具有一定的實(shí)際意義。