河套灌區(qū)下游排水暗管外包料篩選試驗(yàn)研究

胡玲玲，楊樹青，梁志航，張萬鋒，王文旭

河套灌區(qū)下游排水暗管外包料篩選試驗(yàn)研究

胡玲玲1，楊樹青1*，梁志航1，張萬鋒2，王文旭1

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)，呼和浩特 010022）

【】篩選適合河套灌區(qū)下游的排水暗管外包料。利用自制水力滲透儀，選取68 g/m2和90 g/m2土工布與5種不同粒徑（0.3、0.7、1.0、1.5、3.0 mm）的砂濾料組合，開展室內(nèi)滲透試驗(yàn)，研究單一土工布和土工布與不同粒徑砂濾料組合外包料的滲透性、保土性及防淤堵性。68 g/m2土工布的系統(tǒng)滲透系數(shù)高于90 g/m2土工布，外包料穩(wěn)定后的滲透系數(shù)平均高出系統(tǒng)整體滲透系數(shù)穩(wěn)定值4.5倍，不同水力梯度下，各處理的系統(tǒng)滲透系數(shù)穩(wěn)定值變化范圍較小，具有良好的透水和穩(wěn)定性；68 g/m2土工布加設(shè)0.8～1.0 mm粒徑砂濾料的處理對(duì)外包料的滲透系數(shù)提升效果顯著，各處理的土壤流失量平均僅為0.5 g，均滿足保土要求；90 g/m2土工布的淤堵量與淤堵率顯著高于68 g/m2土工布，68 g/m2土工布更能有效防治外包料的淤堵；淤堵率隨砂濾料粒徑的增大呈高-低-高的變化規(guī)律，其中68 g/m2土工布加設(shè)1.0 mm砂濾料處理的淤堵率最低，僅為26%。河套灌區(qū)下游適宜的排水暗管外包料建議選用68 g/m2土工布加設(shè)1 mm粒徑砂濾料的處理，研究結(jié)果可為灌區(qū)排水暗管外包料的選用提供參考。

排水暗管；土工布；砂濾料；篩選；河套灌區(qū)

0 引言

【研究意義】河套灌區(qū)有68.65%的耕地存在不同程度的鹽漬化[1]，嚴(yán)重制約著灌區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。合理建設(shè)排水系統(tǒng)能夠有效降低地下水位，調(diào)控土壤鹽漬化[2]。近年來，暗管排水技術(shù)在我國(guó)鹽堿地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，而外包料的選擇是暗管排水技術(shù)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)[3]。因此，針對(duì)研究區(qū)粉粒土壤量較高等特點(diǎn)，選擇適宜當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的排水暗管的外包料，對(duì)暗管排水技術(shù)的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

【研究進(jìn)展】暗管排水技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用[5]，而外包料是決定暗管排水效果的保障，也是其使用年限以及能否推廣的重要因素之一[6]。外包料主要分為有機(jī)材料、無機(jī)材料、合成材料和砂濾料等類型，通常應(yīng)同時(shí)滿足透水性和穩(wěn)定性的要求[7]。研究指出，在暗管周圍布設(shè)砂礫石濾料能取得較理想的效果，而合成材料與粒狀材料相比，具有重量輕、可進(jìn)行預(yù)包裝、安裝簡(jiǎn)易且成本低并更容易控制質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)[8]。因此，土工織物作為反濾材料逐漸引起學(xué)者們的關(guān)注，在實(shí)際工程中也得到了廣泛應(yīng)用。Stuyt等[9]認(rèn)為，選擇合成土工布作為排水暗管外包料的主要考慮因素為滲透系數(shù)及厚度。Dierickx等[10]指出，選擇外包料時(shí)應(yīng)滿足外包料的滲透系數(shù)與土壤滲透系數(shù)的比值大于10的要求。易進(jìn)蓉等[11]通過梯度比試驗(yàn)得出土工織物的滲透系數(shù)較大，具有良好的反濾性能，未發(fā)生較嚴(yán)重的淤堵?！厩腥朦c(diǎn)】近年來，土工布等合成材料因其良好的過濾、排水和防護(hù)性能被廣泛應(yīng)用[12]。而我國(guó)暗管排水技術(shù)起步較晚，土工織物作為排水暗管外包料的研究和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)尚不多，因此，選用土工織物作為排水暗管外包料亟須進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證[13]。

【擬解決的關(guān)鍵問題】針對(duì)河套灌區(qū)下游粉粒土壤量多、穩(wěn)定性差等特性，通過室內(nèi)土柱模擬實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合的手段，研究不同外包料的滲透系數(shù)、土壤流失量、淤堵量及淤堵率的變化規(guī)律，探索排水暗管外包料的透水、保土以及防淤堵性能，以篩選適宜的排水暗管外包料，為河套灌區(qū)排水暗管外包料的選擇提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及裝置

選取內(nèi)蒙古河套灌區(qū)下游烏拉特灌域西山咀農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的重度鹽堿地，采用挖坑取土的方法進(jìn)行土樣采集，取土深度為地表以下0～80 cm，采集的土樣自然晾干、碾碎后過5 mm篩備用，試驗(yàn)用土壤的物理性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤物理性質(zhì)

本試驗(yàn)所用土壤黏粒量與粉粒量比值僅為0.06，因此研究區(qū)的排水暗管發(fā)生堵塞的可能性較大[14]，亟須采取排水暗管外包保護(hù)措施。研究區(qū)土壤滲透系數(shù)如表1，根據(jù)e/s≥10的要求[10]（e為外包料的滲透系數(shù)，cm/s；s為土壤的滲透系數(shù)，cm/s），外包料的滲透系數(shù)應(yīng)大于0.40×10-2cm/s，試驗(yàn)所采用的2種土工布的滲透系數(shù)均能滿足此要求。

試驗(yàn)采用自制水力滲透儀，其主體結(jié)構(gòu)包括上、下2部分通過法蘭盤連接的有機(jī)玻璃圓筒，筒高60 cm，直徑19 cm。填土高度為40 cm，土壤分層填裝。裝填完成后，采用自下而上緩慢注水的供水方式排出土內(nèi)氣體使土壤趨于飽和。土壤飽和后，改為自上向下供水，并通過溢流口12控制穩(wěn)定10 cm的積水深度。待系統(tǒng)完全穩(wěn)定后開啟出流口8的閥門，觀測(cè)并記錄排水流量及測(cè)壓管讀數(shù)。裝置中裝有3個(gè)不同高度的6根測(cè)壓管，通過測(cè)壓管讀數(shù)計(jì)算各部分的滲透系數(shù)，如圖1所示。

注 1.注水口；2-4.測(cè)壓管；5.無汽水；6.砂濾料；7.排砂孔；8.出流口；9.法蘭；10.土工布；11.土體；12-14.溢流口；箭頭為水流方向。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及觀測(cè)方法

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置2種規(guī)格的土工布（G1：68 g/m2；G2：90 g/m2），副區(qū)設(shè)置5種不同粒徑的砂濾料（F1：0.3 mm；F2：0.7 mm；F3：1.0 mm；F4：1.5 mm；F5：3.0 mm），單一土工布（68 g/m2和90 g/m2）作為對(duì)照，共計(jì)12個(gè)處理。見表2。

表2 試驗(yàn)方案

利用式（1）計(jì)算外包料與系統(tǒng)整體的滲透系數(shù)[15]；圖1中“2”和“4”的測(cè)壓管水頭差值可計(jì)算系統(tǒng)整體的滲透系數(shù)；“3”和“4”的測(cè)壓管水頭差值可計(jì)算外包料的滲透系數(shù)。當(dāng)鋪設(shè)土工布加設(shè)砂濾料時(shí)，“3”和“4”的測(cè)壓管水頭差為砂濾料過濾后土工布的滲透系數(shù)。緊貼筒壁內(nèi)側(cè)的測(cè)壓管口設(shè)置濾網(wǎng)以防止土壤流失或淤堵。試驗(yàn)初期觀測(cè)間隔為1 h，隨著時(shí)間的推移及觀測(cè)值的穩(wěn)定，間隔調(diào)整為2 h，記錄測(cè)壓管水頭差和滲流量，滲透系數(shù)計(jì)算式為：

式中：為滲透系數(shù)（cm/s）；為滲流量（cm3/s）；為流徑（cm）；Δ為水頭差（cm）；為土體橫截面積（cm2）。

試驗(yàn)持續(xù)到滲透系數(shù)無明顯變化為止，記錄滲流時(shí)長(zhǎng)，觀測(cè)時(shí)間不低于30 h，并用濾紙過濾排水。常水頭試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行變水頭試驗(yàn)，通過調(diào)節(jié)測(cè)壓管水位，觀測(cè)不同水力梯度下外包料（土工布加砂濾料）及系統(tǒng)整體的滲透系數(shù)，其中系統(tǒng)整體的滲透系數(shù)指外包料（土工布加砂濾料）與土壤組成的排水系統(tǒng)的滲透系數(shù)。調(diào)節(jié)相應(yīng)的溢流口開關(guān)，使試驗(yàn)水頭達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)值，并在該水位下繼續(xù)進(jìn)行同上的滲透試驗(yàn)。保土性是通過濾紙過濾滲流以及收集由排砂孔排出的土壤顆粒質(zhì)量的總和來體現(xiàn)。外包料的淤堵主要以機(jī)械淤堵為主[16]，本試驗(yàn)中通過測(cè)定淤堵量和淤堵率來體現(xiàn)外包料的防淤堵性能，淤堵量指土體中細(xì)顆粒隨水流進(jìn)入并滯留在土工布孔隙中的土壤質(zhì)量，將試驗(yàn)前后的土工布進(jìn)行稱質(zhì)量得出淤堵量（精確至0.01 g），淤堵率則指淤堵量與土工布原質(zhì)量的比值[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 外包料的滲透性

2.1.1 外包料及系統(tǒng)整體的滲透系數(shù)變化

各處理的外包料與其系統(tǒng)整體的滲透系數(shù)變化過程見圖2。外包料的滲透系數(shù)穩(wěn)定值比系統(tǒng)整體滲透系數(shù)穩(wěn)定值平均高4.5倍，表明各處理穩(wěn)定后的外包料仍具足夠的透水能力，未發(fā)生嚴(yán)重淤堵[18]。

68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B2處理的系統(tǒng)滲透系數(shù)穩(wěn)定值為0.089×10-2cm/s，為初始值的38%，B1、B4、B6、B3處理和B5處理的穩(wěn)定值分別降為初始值的40%、46%、52%、72%和78%。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B9處理的系統(tǒng)滲透系數(shù)穩(wěn)定值為0.040×10-2cm/s，為初始值的20%。B10、B11、B12、B8處理和B7處理的穩(wěn)定值分別降為初始值的29%、29%、31%、41%和48%。68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）的系統(tǒng)滲透系數(shù)穩(wěn)定值較其初始值平均減少了46%，而90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）較初始值平均減少了67%，可見B1—B6處理的系統(tǒng)滲透穩(wěn)定性較B7—B12處理更優(yōu)。

為檢驗(yàn)不同外包料對(duì)排水系統(tǒng)整體透水穩(wěn)定性的影響，觀測(cè)計(jì)算不同水力梯度條件下各處理的系統(tǒng)整體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的滲透系數(shù)，結(jié)果見表3。當(dāng)水力梯度改變時(shí)，系統(tǒng)整體滲透系數(shù)波動(dòng)幅度僅在0.004 5×10-2～0.001×10-2cm/s之間，變化幅度較小，可見各處理的透水穩(wěn)定性均較好，為進(jìn)一步排水暗管外包料的篩選奠定了良好基礎(chǔ)。

表3 不同水力梯度下排水系統(tǒng)的滲透系數(shù)變化

2.1.2 外包料的滲透系數(shù)隨時(shí)間的變化

外包料的滲透性主要以滲透系數(shù)表示。由圖3可知，試驗(yàn)初期（0～6 h），各處理的滲透系數(shù)迅速下降。68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B2處理的滲透系數(shù)初始值最高，為1.658×10-2cm/s，經(jīng)過6 h后為0.819×10-2cm/s，較初始值減少了51%。B6、B4、B1、B3處理和B5處理分別較初始值減少了44%、39%、34%、23%和23%。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B9處理經(jīng)過6 h后的滲透系數(shù)為0.605×10-2cm/s，較初始值減少了62%，B10、B11、B12、B8處理和B7處理分別較初始值減少53%、41%、40%、36%和31%。

圖3 不同處理滲透系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律

隨著時(shí)間的推移（6～14 h），68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B1處理外包料的滲透系數(shù)值為0.244×10-2cm/s，較初始值又減少了31%，B4、B3、B2、B6處理和B5處理相繼再次降低了25%、20%、18%、17%和13%。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B11處理的滲透系數(shù)值為0.246×10-2cm/s，較初始值再次減少了32%，B8、B7、B10、B9處理和B12處理相繼再次減少了31%、27%、21%、20%和20%。各處理滲透系數(shù)下降幅度逐漸變緩，進(jìn)入緩慢下降期，呈逐步穩(wěn)定趨勢(shì)。試驗(yàn)進(jìn)行16 h后，各處理的滲透系數(shù)已無明顯變化，基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）的滲透系數(shù)穩(wěn)定值大小依次為：B3、B6、B2、B4、B5處理和B1處理。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）的滲透系數(shù)穩(wěn)定值大小依次為：B9、B10、B12、B11、B8處理和B7處理。

2.1.3 各處理外包料滲透系數(shù)穩(wěn)定值差異性分析

試驗(yàn)進(jìn)行至16 h后，各處理外包料滲透系數(shù)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，不同處理外包料滲透系數(shù)穩(wěn)定值差異性分析結(jié)果見圖4。68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B3處理的外包料滲透系數(shù)穩(wěn)定值最高，為0.496×10-2cm/s，顯著高于B2、B6、B4、B5處理和B1處理（<0.05）；B2處理和B6處理的穩(wěn)定值分別為0.456×10-2cm/s和0.463×10-2cm/s，與B4、B5處理和B1處理存在顯著差異；B4處理的穩(wěn)定值為0.428×10-2cm/s，與B5處理和B1處理有顯著差異；B5處理的穩(wěn)定值（0.374×10-2cm/s）顯著高于B1處理（0.218×10-2cm/s）。

圖4 外包料滲透系數(shù)穩(wěn)定值差異性分析

90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B9處理和B10處理的穩(wěn)定值分別為0.258×10-2cm/s和0.251×10-2cm/s，顯著高于B11、B12、B7處理和B8處理（<0.05）；B11處理和B12處理的穩(wěn)定值分別為0.207×10-2cm/s和0.217×10-2cm/s，顯著高于B7處理和B8處理；B7處理（0.142×10-2cm/s）和B8處理（0.155×10-2cm/s）無顯著差異（＞0.05）。從圖中還可以看出，68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）的外包料滲透系數(shù)穩(wěn)定值均顯著高于90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）（<0.05）；可見，68 g/m2土工布加設(shè)砂濾料處理的滲透性更強(qiáng)。

2.1.4 滲透系數(shù)與砂濾料粒徑的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步分析土工布加設(shè)不同粒徑砂濾料（粒徑<3 mm）的滲透性[19]，對(duì)各處理的滲透系數(shù)穩(wěn)定值與砂濾料粒徑進(jìn)行了相關(guān)分析，如圖5。二者滿足多項(xiàng)式函數(shù)特征，2分別為0.84和0.83，擬合效果較好，外包料的滲透系數(shù)穩(wěn)定值隨砂濾料粒徑的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)。由圖4（a）和4（b）可知，不同土工布條件下，0.8～1.0 mm粒徑的砂濾料對(duì)提升外包料的滲透系數(shù)的效果較好，且對(duì)于68 g/m2土工布，砂濾料粒徑在0.8～1.0 mm范圍時(shí)外包料的滲透系數(shù)提升效果相對(duì)最佳。

圖5 砂濾料粒徑與滲透系數(shù)相關(guān)性

2.2 不同外包料的保土性

各處理土壤流失量差異性分析見圖6。68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B3處理的土壤流失量最低，為0.58 g，顯著低于B1、B2、B4、B5處理和B6處理（<0.05）。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B9處理的土壤流失最多，為0.39 g，與B8、B10、B11處理和B12處理差異顯著；B7處理的土壤流失量為0.37 g，與B11處理和B12處理差異顯著；B8（0.34 g）、B10（0.33 g）、B11（0.31 g）和B12（0.32 g）處理之間均無顯著差異（＞0.05）。

圖6 不同處理的土壤流失量

此外，68 g/m2土工布（B1—B6處理）的土壤流失量是90 g/m2土工布（B7—B12處理）的近2倍，可見，土工布越厚，攔截土壤顆粒的能力則越強(qiáng)。各處理的土壤流失量均少于1.0 g，可視為流失量較少[4]，表明在試驗(yàn)過程中無滲透變形發(fā)生，試驗(yàn)所測(cè)試的12組處理的外包料均滿足保土性要求[20]。

2.3 不同外包料的防淤堵性

2.3.1 淤堵量及淤堵率的差異性分析

由圖7（a）可知，68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B1處理的淤堵量最高，為0.82 g，且與B2、B3、B4、B6處理和B5處理差異顯著（<0.05）；B5處理（0.45 g）的淤堵量最低，與B2、B3處理差異顯著（<0.05），與B4、B6處理無顯著差異（＞0.05）；B1處理的淤堵量比B5處理高45%。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B12處理的淤堵量最高，為1.40 g，且顯著高于B7、B8、B11、B9處理和B10處理；B9處理（0.87 g）的淤堵量最低，與B7、B8、B11、B12處理差異顯著，與B10處理差異不顯著；B12處理的淤堵量比B9處理高37.9%。同時(shí)，90 g/m2土工布（B7—B12處理）的淤堵量顯著（<0.05）高于68 g/m2土工布（B1—B6處理），可見較薄的土工布（68 g/m2土工布）防淤堵性能較好。

圖7（b）中，68 g/m2土工布處理（B1—B6處理）中，B1處理的淤堵率最高，為47%，且與B6、B2、B3、B5處理和B4處理差異顯著（<0.05）；B4處理的淤堵率最低，為26%，與B1、B6、B2處理差異顯著，與B3處理和B5處理無顯著差異（＞0.05）；B1處理的淤堵率比B4處理高44.5%。90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B7處理和B12處理的淤堵率分別為58%、59%，且與B8、B11、B9處理和B10處理差異顯著（<0.05）；B10處理的淤堵率最低，為38%，與B7、B12、B8、B11處理差異顯著，與B9處理差異不顯著。各處理的外包料均滿足防淤堵性要求[20]，且90 g/m2土工布（B7—B12處理）的淤堵率均顯著高于68 g/m2土工布（B1—B6處理），可見，68 g/m2土工布的防淤堵性能更優(yōu)。

圖7 不同處理的淤堵量及淤堵率

2.3.2 砂濾料粒徑與淤堵率的相關(guān)分析

為進(jìn)一步探尋土工布加設(shè)不同粒徑砂濾料對(duì)淤堵率的影響，分別對(duì)68 g/m2土工布和90 g/m2土工布條件下的砂濾料粒徑與淤堵率進(jìn)行了相關(guān)分析，如圖8所示。

淤堵率與砂濾料粒徑符合多項(xiàng)式函數(shù)特征，2分別為0.97和0.93，擬合效果較好，且外包料的淤堵率隨鋪設(shè)砂濾料粒徑的增大呈高-低-高的變化規(guī)律。對(duì)于68 g/m2土工布，砂濾料粒徑在0.9～1.2 mm范圍時(shí)淤堵率較低，淤堵率在26.3%～26.5%之間。對(duì)于90 g/m2土工布，砂濾料粒徑在1.0 mm左右時(shí)淤堵率較低，僅在38%左右。68 g/m2土工布加設(shè)1 mm粒徑砂濾料時(shí)，降低外包料的淤堵率效果最佳。

3 討論

外包土工布作為排水暗管濾層時(shí)，要求其滲透系數(shù)是土壤介質(zhì)的10倍以上[10]，保證具有一定的透水性；對(duì)于外包料的保土性，其主要控制因素為90/90大于1.0，防止過量的土壤顆粒進(jìn)入暗管[9]；同時(shí)要求外包料的孔徑不被土壤介質(zhì)淤塞，導(dǎo)致淤堵失效?？梢娺x擇排水暗管適宜的外包料時(shí)，其滲透、保土和防淤堵性相互制約，導(dǎo)致規(guī)格難以抉擇。研究表明，利用自制水力滲透儀可綜合測(cè)試土工布及土工布加單一粒徑砂濾料處理的滲透、保土和防淤堵3個(gè)方面的性能，并篩選出適宜灌區(qū)土質(zhì)的暗管外包料形式。

本試驗(yàn)選用的土工布加單一粒徑砂濾料的布設(shè)形式與砂濾料分層和混合布設(shè)[15]存在差異，陶?qǐng)@等[15]的分層和混合的布設(shè)方式對(duì)砂濾料級(jí)配的要求較高。外包料的滲透性主要以滲透系數(shù)表示，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)初期，滲透系數(shù)大幅減弱的主要原因是由于細(xì)土顆粒滯留在土工布內(nèi)部及表面[18]，有效孔徑減少導(dǎo)致的。隨著滲透系數(shù)逐漸穩(wěn)定，最終形成穩(wěn)定的反濾層[11]，各處理外包料的滲透系數(shù)穩(wěn)定值較系統(tǒng)整體滲透系數(shù)穩(wěn)定值平均高4.5倍，在不同的水力梯度條件下，系統(tǒng)整體滲透系數(shù)波動(dòng)幅度僅在0.0045×10-2～0.001×10-2cm/s之間，變化幅度較小，各處理的透水和穩(wěn)定性均滿足要求，該結(jié)論與劉文龍等[4]單一鋪設(shè)土工布條件下的滲透系數(shù)衰減變化規(guī)律一致。

本試驗(yàn)中，各處理的土壤流失量均在1 g以內(nèi)，未發(fā)生土顆粒大量流失，外包料與土體能夠形成穩(wěn)定的反濾系統(tǒng)，這與易進(jìn)蓉等[11]的淤堵試驗(yàn)研究結(jié)果相吻合。其中B3處理的土壤流失量（0.58 g）較小，顯著（<0.05）低于其他68 g/m2土工布的處理（B1—B6處理），90 g/m2土工布處理（B7—B12處理）中，B9處理的土壤流失最多，為0.39 g，與B8、B10、B11處理和B12處理的差異顯著，B3處理的土壤流失量是B9處理的1.5倍?？梢娸^厚外包土工布（B7—B12處理）攔截土壤的能力更強(qiáng)，而鋪設(shè)單一粒徑砂濾料的方式對(duì)于防治土壤流失的效果并不顯著，該結(jié)論與陶?qǐng)@等[15]的分層和混合的布設(shè)形式對(duì)細(xì)土顆粒的防護(hù)效果存在差異，主要原因在于采用級(jí)配砂濾料的形式較單一粒徑的砂濾料對(duì)土壤顆粒下移的限制作用更明顯，使其保土性較優(yōu)。

外包土工布的防淤堵性一般通過滯留在土工布孔隙中的土壤質(zhì)量來體現(xiàn)，本試驗(yàn)中90 g/m2土工布（B7—B12處理）的淤堵量顯著（<0.05）高于68 g/m2土工布（B1—B6處理），可見鋪設(shè)較厚土工布的處理易產(chǎn)生局部淤堵或土工布表面堵塞的現(xiàn)象[15]，鋪設(shè)較薄土工布（68 g/m2土工布）的防淤堵效果更佳。與使用類似土工布的相關(guān)研究結(jié)果相較，可認(rèn)為本次試驗(yàn)所測(cè)得的外包料淤堵率均可滿足田間排水需求[20]。從試驗(yàn)結(jié)果來看，鋪設(shè)較薄土工布（68 g/m2土工布）加設(shè)1 mm粒徑砂濾料處理的防淤堵效果最佳。因此，本試驗(yàn)采用的自制水力滲透儀和選用的土工布加設(shè)單一粒徑砂濾料的組合防護(hù)措施不僅能夠在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)外包料的滲透、保土和防淤堵3個(gè)方面進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，又能在敷設(shè)時(shí)精確地控制砂濾料的粒徑，這對(duì)河套灌區(qū)排水暗管外包料的測(cè)試和篩選具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)論

各處理的排水系統(tǒng)均能形成穩(wěn)定的反濾層，穩(wěn)定后的系統(tǒng)滲透系數(shù)平均為初始值的30%～54%，均能滿足透水和穩(wěn)定性的要求；各處理的外包料滲透系數(shù)穩(wěn)定值平均高出系統(tǒng)的滲透系數(shù)穩(wěn)定值4.5倍，其中68 g/m2土工布加設(shè)0.8 mm和1.0 mm粒徑的砂濾料時(shí)對(duì)外包料的滲透系數(shù)提升效果較顯著；90 g/m2土工布（B7—B12）處理能夠攔截更多的土壤顆粒，其土壤流失量?jī)H為68 g/m2土工布（B1—B6）處理的1/2；各處理的淤堵均不影響排水系統(tǒng)的正常工作，68 g/m2土工布加1.0 mm砂的淤堵率最低，僅為26%。綜合滲透、保土及防淤堵性能，68 g/m2土工布加設(shè)1 mm粒徑砂濾料處理的綜合效果最佳。

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An Experimental Study on Wrapping Materials of Subsurface Drain for Farmland in the Downstream Hetao Irrigation District

HU Lingling1, YANG Shuqing1*, LIANG Zhihang1, ZHANG Wanfeng2, WANG Wenxu1,

(1. Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China；2. Inner Mongolia Teaching University, Hohhot 010022, China)

【】The efficacy and function of subsurface drain is controlled by materials used to warp it which in turn depends on soil texture in the region where they are installed. The purpose of this paper is to study these for drainage of croplands in the downstream Hetao Irrigation district. 【】The materials we used were 68 g/m2and 90 g/m2geotextile combined with sand particles with size in ranging from 0.3 to 3.0 mm used in the filtering layer. The experiment was conducted in lab, and the ability of the wrapped drain to drain water was measured using an in-house permeameter, from which we analyzed the effects of combination of different wrapping materials and sand size on permeability, soil retention and anti-clogging. 【】The system permeability coefficient of the 68 g/m2geotextile is higher than that of the 90 g/m2geotextile; the average permeability coefficient after the system stabilized is 4.5 times that of the stable value of the permeability coefficient of the system. Adjusting the hydraulic gradient can improve the permeability coefficient of the system. The variation of the stability value is small, and each treatment has a good water permeability and stability. Wrapping the drain with 68 g/m2geotextile combined with 0.8 and 1.0 mm sand particles as the filtering layer improved the permeability coefficient significantly. The average soil loss of wrapping with 90 g/m2geotextile was 0.5 g, meeting the soil conservation requirements and effectively preventing clogging. The clogging rate showed a high-low-high variation with the increase in sand size, and it was the lowest (26%) for wrapping with 68 g/m2geotextile combined with 1.0 mm sand particles as the filtering layer.【】Combining 68 g/m2geotextile with sand particles sized 1 mm as the filtering layer was optimal for subsurface drains in the downstream farmlands of the Hetao Irrigation District.

subsurface drainage; geotextile; sand filter; screening; Hetao Irrigation District

1672 - 3317（2022）04 - 0141 - 08

S278

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021414

胡玲玲, 楊樹青, 梁志航, 等. 河套灌區(qū)下游排水暗管外包料篩選試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(4): 141-148.

HU Lingling, YANG Shuqing, LIANG Zhihang, et al.An Experimental Study on Wrapping Materials of Subsurface Drain for Farmland in the Downstream Hetao Irrigation District[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(4): 141-148.

2021-08-29

內(nèi)蒙古科技重大專項(xiàng)目（zdzx2018059）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52069023）

胡玲玲（1995-），女。碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源利用與水土環(huán)境調(diào)控研究。E-mail: 1328330118@qq.com

楊樹青（1966-），女。教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源利用與水土環(huán)境調(diào)控研究。E-mail: nmndysq@126.com

責(zé)任編輯：韓 洋