CN103374904B - 农田排灌模式转换节地节水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种成本低廉、使用效果好的农田排灌模式转换节地节水方法，其技术方案为：把农田渠系水利转换为管道水利，主要包括项目区勘测、设计、施工、运行四大部分，技术实施分四个步骤：第一步采用多级暗管节地技术；第二步将明渠灌溉转换为管道灌溉；第三步建立多功能强排站；第四步建立远程自动化区域水资源调控系统。本发明有效地达到了节约耕地的目的，而且可以增加耕地面积，提升耕地质量，有效综合调控区域水资源，提高农业综合生产能力。本发明节地、节水，使用效果好，持续时间长，产生了巨大的社会效益、经济效益和生态效益，适合大面积推广使用。
Description
技术领域：
本发明涉及农田水利工程技术领域，尤其是农田排灌模式转换节地节水方法。
背景技术：
暗管排水技术是在19世纪70年代开始引入我国的一种农田排水技术，引进的最初目的是通过安装暗管系统控制内涝和土壤盐碱化。四、五十年来，通过我国科研和工程技术人员的研究和改进，逐渐形成了一整套适合我国盐碱地改良的工程技术，并在新疆、宁夏及黄河三角洲等地区得到较大规模的应用。暗管改碱工程实施后，改碱效果显著，土壤中的盐分溶于下渗的水体通过暗管排出，土壤含盐量明显降低；又通过暗管使地下水位下降，抑制返碱，从而从根本上解决了土壤的盐碱危害。但是，这一工程技术模式却存在着浪费土地资源的弊端：过去长期使用的暗管改碱工程技术为确保较大幅度降低土壤含盐量，通常采用渠系排灌模式与暗管排水技术并用的设计方案，即施工时先行开挖和修建“支”、“斗”、“农”各级排灌渠道，将大面积土地间隔为百米左右的条田，然后在每个条田中铺设暗管，一般与农沟平行铺设多条管道，暗管出水口插入斗沟中，将地下水引入斗沟排走。这一施工方法实际上是叠加了明沟排水和暗管排水两套排水脱盐模式，形成了渠系排水和暗管排水两套功能重复的排水系统。此方法虽然改碱效果好，但在项目区中修建的明沟明渠大量占用了宝贵的耕地资源，占地量可达项目区土地总面积的15％-30％。同时由于大片土地被间隔为众多小块农田，给实施机械化作业带来不便，降低了农业生产效率。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种成本低廉、使用效果好的农田排灌模式转换节地技术。其技术方案为：技术实施分四个步骤，第一步是采用多级暗管节地技术，在新开发的土地中实施单一的多级管道排水工程，按照工程设计要求，用铺管机先行铺设渗水暗管，在渗水暗管中段修建检查井配套装置，然后在渗水暗管排水口处设置集水井，将已铺设的多条渗水暗管插入集水井内，集水井之间通过铺设集水管连接，集水管将汇入的田间水通过多功能强排站排入骨干河道，形成多级暗管排水系统，在已建成渠系排灌系统的灌区农田中实施排灌模式转换工程，与原来的农级排水沟平行铺设渗水暗管，其间距根据勘探采样时采集的土壤渗水参数，应用Pipe-DRAINMOD数学模型计算测定，渗水暗管直接插入集水井中，然后将原有的农级排水沟填平；第二步是将明渠灌溉转换为管道灌溉，不再修建农级灌渠，或将原有的农渠推平，在地下敷设灌溉主管道，农灌采用低压输水管道，输水通过修建输水泵站控制，通过水力学计算形成输水管道的合理化配置，采用提高水头、形成紊流的防淤积技术，田间管道埋于地下，安装可衔接喷灌、滴灌节水设施并出露地表的给水栓，根据项目区监测，输水泵站自动控制输水；第三步建立多功能强排站，为防治雨季可能发生的洪涝灾害，向骨干河道排水的位置设有多功能强排站，增强排水流量，防止集水管在雨季排水量较大时涌水滞留形成涝灾；第四步建立区域水资源调控系统，工程运行时，在项目区内设置自动化远程监测系统，监测的内容包括项目区降雨量、蒸发量、地下水水位、地下水矿化度、暗管排水量的数据，根据监测的数据通过自动化区域水资源调控系统，对项目区水资源进行调控，从而达到节约水资源的目的。
工程区勘探监测阶段主要是对项目区周边水文地质特征与水盐运移状态，项目区大环境以内的排水能力状况进行勘探调查，同时对在工程区采集的土壤样本进行化验分析，采用田间水文模型Pipe-DRAINMOD对各类数据进行分析，确定田间渗水暗管和集水管的布局间距以及可利用或应开挖的主要骨干河道及其排水口的位置，为设计节地型管道排水工程提供数据参数支持。
工程设计阶段分为两种设计类型，一种是在荒碱地开发中，只设计建设大中型骨干排水河道，不再设计建造农级和斗级排水沟，而以敷设于地下的渗水暗管和集水管构成的排水管网取代，采用此种设计方式，土地开发的出地率可由传统暗管改碱工程的60％～70％提高到85％～90％；另一种设计类型是在已有配套的渠系排灌设施的农田中实行排灌模式转换工程，可在全面铺设一级渗水暗管的同时，将原来的农级排水沟填埋复垦，有条件的工程区，可将斗排也转换为集水管，这样可使项目区新增耕地量达到20％～30％。
本发明有效地达到了节约耕地的目的，而且可以增加耕地面积，提升耕地质量，有效综合调控区域水资源，提高农业综合生产能力。本发明节地、节水，使用效果好，持续时间长，产生了巨大的社会效益、经济效益和生态效益，适合大面积推广使用。
附图说明
图1为本发明的排灌模式转换系统示意图；
图2为三种排灌模式效果比较表。
具体实施方式
现结合图1、图2对本发明的实施方式作进一步阐述：
工程实施阶段
①多级暗管节地技术：
一是在新开发的土地中实施单一的多级管道排水工程，按照工程设计要求，用铺管机先行铺设渗水暗管5，在渗水暗管5中段修建检查井4配套装置，然后在渗水暗管排水口处设置集水井6，将已铺设的多条渗水暗管5插入集水井6内，集水井6之间通过铺设集水管7连接，集水管7将汇入的田间水通过多功能强排站8排入骨干河道，形成多级暗管排水系统，见图1。这一施工方式避免了开挖农级和斗级排水沟，从而有效提高了新开发土地的出耕地率，并节省了工程成本。
二是在已建成渠系排灌系统的灌区农田中实施排灌模式转换工程，与原来的农级排水沟平行铺设渗水暗管5，其间距根据勘探采样时采集的土壤渗水参数，应用Pipe-DRAINMOD数学模型计算测定，渗水暗管5直接插入集水井6中，然后将原有的农级排水沟填平，使工程区形成成方连片的大面积农田，从而为建设大型农业机械化作业的现代农场经营创造基础条件。在骨干河道排水畅通的条件下，也可同时将原来的斗级排水沟转换为集水管7，将已铺好的渗水暗管5通过插入集水管7中，汇水后排入骨干河道。
②将明渠灌溉转换为管道灌溉：
将明渠灌溉转换为管道灌溉，不再修建农级灌渠，或将原有的农渠推平，其土方可用于填埋农级排沟，在地下敷设灌溉主管道2，农灌采用低压输水管道3，输水通过修建输水泵站1控制，通过水力学计算形成输水管道的合理化配置，采用提高水头、形成紊流的防淤积技术，田间管道埋于地下，安装可衔接喷灌、滴灌节水设施并出露地表的给水栓，根据项目区监测，输水泵站1自动控制输水，这样既可节省灌渠占地又可实现节约用水的目标。
③强排站：
为防治雨季可能发生的洪涝灾害，向骨干河道排水的位置设有多功能强排站8，增强排水流量，防止集水管在雨季排水量较大时涌水滞留形成涝灾。
④建立区域水资源调控系统。
工程运行时，在项目区内设置自动化远程监测系统，监测的内容包括项目区降雨量、蒸发量、地下水水位、地下水矿化度、暗管排水量的数据，根据监测的数据通过自动化区域水资源调控系统，对项目区水资源进行调控，从而达到节约水资源的目的。
工程区勘探监测阶段：
主要对项目区周边的水文地质特征、水盐运移状态进行勘探，对项目区大环境以内的排水、灌溉能力状况进行调查，同时对在工程区采集的土壤样本进行化验分析。采用田间水文模型Pipe-DRAINMOD对各类数据进行分析，确定田间渗水暗管5和集水管7的布局间距以及可利用或应开挖的主要骨干河道及其排水口的位置，为设计节地型管道排水工程提供数据参数支持。
工程设计阶段
分为两种设计类型，一种是在荒碱地开发中，只设计建设大中型骨干排水河道，不再设计建造农级(末级)和斗级排水沟，而以敷设于地下的排水管网渗水暗管5和集水管7构成的排水管网取代，采用此种设计方式，土地开发的出地率可由传统暗管改碱工程的60％～70％提高到85％～90％；另一种设计类型是，在已有配套的渠系排灌设施的农田中实行排灌模式转换工程，可在全面铺设一级渗水暗管5的同时，将原来的农级排水沟填埋复垦，有条件的工程区，可将斗排也转换为集水管7，这样可使项目区新增耕地量达到20％～30％。
本发明实施后产生的效果：
一、荒碱地开发的出地率高。按未利用地农田开发规划面积13.33万hm2(200万亩)计算，如采用“上农下渔”的开发模式，出地率仅为40％，可实现新增耕地5.33万hm2(80万亩)；采用渠系与暗管并用的施工方法，出地率仅为65％，可实现新增耕地8.66万hm2(130万亩)；如推广应用排灌模式转换工程方法施工，出地率可提高为85％，可实现新增耕地面积11.33hm2(170万亩)，比过去的工程方法(上农下渔、渠系与暗管并用)分别多增加耕地6万hm2(90万亩)和2.67万hm2(40万亩)，见图2。如在已有引黄灌区实施排灌模式转换工程从而开发新的耕地资源，按山东省内引黄灌区面积约3000万亩、实施排灌模式转换工程新增耕地率按20％计算，可增加耕地约600万亩。如在黄河两岸全部黄灌区推广实施该工程技术，那么新增土地的规模将更为巨大。
二、改碱效果好。实施基于暗管改碱的排灌模式转换工程后，通过控制地下水位，降低土壤的毛细上升，抑制返碱，同时利用灌溉或降雨进行淋洗，在1-2年内使土壤迅速脱盐，从根本上解决了土壤的盐碱危害。另外通过配套的先进的耕作、改土培肥等措施，使土壤改良，为现代农业发展提供了优质的土地。
三、节约水资源。本发明技术实施后采用自动化区域水资源调控系统对项目内水资源进行统一调度和配置，可以实现项目区内土壤含水量和地下水位的有效控制，若采用本发明灌溉模式，每公顷用水量可节省30％，从而实现节约宝贵水资源的目的。
规模化推广以暗管改碱为主导的排灌模式转换工程技术不仅将大幅度增加农作物产量，保障国家粮食安全，其施工过程还将有力地推进铺管装备制造业、原材料产业、农业机械化等产业的发展；促进土地占补平衡有偿供给交易平台的形成，有效缓解沿黄各省区乃至全国建设用地紧张的局面，拉动新一轮经济增长；还可实现与国内土地瓶颈制约突出的大中城市建立土地利用战略合作关系，共同推进亟需立地发展的战略性新兴产业和创新型科技工业园区的建设和发展。
Claims (3)
1.农田排灌模式转换节地节水方法，主要包括项目区勘测、设计、施工和运行四个阶段，其特征在于：技术实施分四个步骤，第一步是采用多级暗管节地技术，在新开发的土地中实施单一的多级管道排水工程，按照工程设计要求，用铺管机先行铺设渗水暗管，在渗水暗管中段修建检查井配套装置，然后在渗水暗管排水口处设置集水井，将已铺设的多条渗水暗管插入集水井内，集水井之间通过铺设集水管连接，集水管将汇入的田间水通过多功能强排站排入骨干河道，形成多级暗管排水系统，在已建成渠系排灌系统的灌区农田中实施排灌模式转换工程，与原来的农级排水沟平行铺设渗水暗管，其间距根据勘探采样时采集的土壤渗水参数，应用Pipe-DRAINMOD数学模型计算测定，渗水暗管直接插入集水井中，然后将原有的农级排水沟填平；第二步是将明渠灌溉转换为管道灌溉，不再修建农级灌渠，或将原有的农渠推平，在地下敷设灌溉主管道，农灌采用低压输水管道，输水通过修建输水泵站控制，通过水力学计算形成输水管道的合理化配置，采用提高水头、形成紊流的防淤积技术，田间管道埋于地下，安装可衔接喷灌、滴灌节水设施并出露地表的给水栓，根据项目区监测，输水泵站自动控制输水；第三步建立多功能强排站，为防治雨季可能发生的洪涝灾害，向骨干河道排水的位置设有多功能强排站，增强排水流量，防止集水管在雨季排水量较大时涌水滞留形成涝灾；第四步建立区域水资源调控系统，工程运行时，在项目区内设置自动化远程监测系统，监测的内容包括项目区降雨量、蒸发量、地下水水位、地下水矿化度、暗管排水量的数据，根据监测的数据通过自动化区域水资源调控系统，对项目区水资源进行调控，从而达到节约水资源的目的。
2.根据权利要求1所述的农田排灌模式转换节地节水方法，其特征在于：所述工程区勘探监测阶段主要是对项目区周边水文地质特征与水盐运移状态，项目区大环境以内的排水能力状况进行勘探调查，同时对在工程区采集的土壤样本进行化验分析，采用田间水文模型Pipe-DRAINMOD对各类数据进行分析，确定田间渗水暗管和集水管的布局间距以及可利用或应开挖的主要骨干河道及其排水口的位置，为设计节地型管道排水工程提供数据参数支持。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的农田排灌模式转换节地节水方法，其特征在于：所述工程设计阶段分为两种设计类型，一种是在荒碱地开发中，只设计建设大中型骨干排水河道，不再设计建造农级和斗级排水沟，而以敷设于地下的渗水暗管和集水管构成的排水管网取代，采用此种设计方式，土地开发的出地率可由传统暗管改碱工程的60％～70％提高到85％～90％；另一种设计类型是在已有配套的渠系排灌设施的农田中实行排灌模式转换工程，可在全面铺设一级渗水暗管的同时，将原来的农级排水沟填埋复垦，有条件的工程区，可将斗排也转换为集水管，这样可使项目区新增耕地量达到20％～30％。
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