第五章 农田排水.ppt

第五章农田排水 1农作物对农田排水的要求 排水标准 一 农田水分过多及其排除1 农田水分过多是指由于降水或洪泛产生的地面径流不能及时排除时的淹水状态 或由于地下水位过高 土体构型不良或土质过于粘重 土壤透水性差造成的土层滞水的情况 农田水分过多 涝害 渍害 盐渍化 2 农田排水是指消除农田受涝受渍 保证作物生长的措施 其目的包括 1 除涝 排除因较大雨强而产生的农田地表积水 2 防渍 控制和降低地下水位 使农田土壤能维持在较为适宜的含水率之内 保证农作物的正常生长 3 防盐 控制和降低地下水位 防止土壤次生盐渍化的发生或改良盐碱土 3 排水标准排水标准的含义是 田富 1995 对于因降雨或其它因素而产生的过多农田水分 要求排水系统能在一定时间内排除 并将地下水控制在适宜深度 以保证农作物正常生长 其中 降雨是影响排水标准的主要因素 农田排水标准 除涝标准 排渍标准 防盐排水标准 二 农田对除涝排水的要求 排涝标准 1 农作物受淹减产情况和允许的淹水时间影响因素 作物的品种 生育阶段 土壤质地 气候条件2 耐淹时间和耐淹水深从农田排水的实际情况出发 可要求在允许时间内将淹水水层排至一定的深度以下 该允许的时间范围和淹水深度分别被称为耐淹时间和耐淹水深 3 除涝标准各种作物不同生育阶段的耐淹时间和耐淹水深可称为除涝标准 表1几种农作物的耐淹水深和耐淹时间 排涝标准 三 农田对防渍排水的要求 排渍标准 1 衡量农田土壤水分的状况的指标 土壤含水量和地下水位 2 某种作物相应的土壤含水量指标 即最大允许含水量 适宜含水量和最小允许含水量 表2作物适宜含水量表 3 土壤含水量测定相对复杂一些 由于地下水与土壤水关系密切 因此 在判断作物对水分的需求方面 地下水埋深更经常地被用作评判指标 表3冬小麦 棉花各生育期要求的地下水埋深 表4各种旱地作物要求的地下水埋深表 四 防止土壤盐碱化对排水的要求 防盐排水标准 盐随水来 盐随水去 土壤的积盐与脱盐过程均与地下水埋深有着密切的关系 地下水临界深度 在一定的自然条件和农业技术措施条件下 为了保证土壤不产生盐碱化和作物不受盐害 所要求保持的地下水最小埋深 其大小与土壤质地 地下水矿化度 气象条件 灌溉排水条件和农业技术措施 耕作 施肥等 有关 北方地区采用的地下水临界深度表 单位 m 2排除地面积水排涝设计 一 排涝设计标准 排涝设计标准一般是用发生某一频率 或重现期 而不受灾的暴雨雨量和降雨历时来表示的 亦被称之为设计暴雨 同时还规定了根据作物耐淹能力确定的允许排水时间 目前 我国大多数地区采用重现期为5 10年一遇 频率P 20 10 的暴雨作为排涝设计标准 排涝设计标准是确定设计流量和排水工程规模的重要依据 如果排涝设计标准定得过高 则排涝设计流量和排涝工程规模过大 工程投资过多 而其利用效率低 造成浪费 如果设计标准过低 虽然工程量小 投资少 但涝灾威胁减轻不多 效益不大 二 排涝设计流量 1 排水设计流量是设计排水沟道和排水设施的依据 分排涝设计流量 地面排水设计流量 和日常设计流量之分 2 排涝设计流量系指在发生排涝设计标准规定的暴雨时 排水沟所能通过的最大流量或平均流量 由排涝设计标准及排水沟道控制的排水面积大小决定 排水系统应按发生排涝设计标准规定的暴雨所产生的最大径流流量Qmax 洪峰流量 进行设计 3 排涝设计流量的确定方法 1 经验公式法先求一定排涝设计标准下的排涝模数 即排水区内平均每平方公里排水面积上的最大排涝流量 然后再以排涝模数乘以某沟道所控制的排水面积 即 q KP0mAnP0 aPQ qA式中 q 排涝模数 m3s 1km 2 K 经验系数 综合反映河道 沟渠密度 比降 降雨历时及流域形状等因素 P0 设计净雨量 径流深 mm A 排水沟设计断面所控制的排水面积 km2 m 峰量关系指数 平原地区m 1 0 排水条件好时取大值 反之取小值 n 递减指数 为一负值 P 根据排涝设计标准确定的设计暴雨雨量 mm a 径流系数 以小数表示 可从各地水文手册查用 Q 排涝设计流量 m3s 1 2 平均排除法对于控制面积较小的排水沟道 在不超过作物耐淹时间的条件下 允许短时间内漫溢田间排水沟道 可以按平均排涝设计流量确定 即式中 Q 平均排涝设计流量 m3s 1 q 平均设计排涝模数 m3s 1km 2 P0 设计净雨量 mm A 排水面积 km2 T 排涝设计标准规定的排涝时间 d 若为机械动力排水不能全天开机时 则要做相应的折算 3 水田地区确定排涝设计流量的平均排除法水田具有调蓄雨水的能力 只有当积水深度超过某一限度后才会影响水稻生长 其排涝设计流量的计算式如下 Q A P H h E 86 4T q P H h E 86 4T P h H E 86 4T 式中 H 水田可蓄水层的最大深度 mm h 水田的正常淹水深度 mm E 排水期间田间蒸发量 mm 正常情况下为hP H h E 0不需排水 4 水田 旱田地区排涝设计流量的确定方法式中 q综合 q旱 q水 Q综合分别为综合排涝模数 旱田排涝模数 水田排涝模数和综合排涝设计流量 A旱 A水分别为排水区内的旱田和水田面积 P旱 P水分别为旱田净水量和水田净雨量 T为设计排涝时间 d 三 日常设计流量 地下排水流量自降雨开始后也存在一个流量高峰 此高峰要滞后于地面径流洪峰 地下径流高峰过后 地下水位将逐渐回落 直至某一要求的排水控制深度 之后排水沟排出的地下水流量称为日常设计流量或排渍流量 单位面积上的日常设计流量称为设计地下水排水模数 或排渍模数 农田排水系统排水沟的纵横断面应按地面径流和地下径流排水量之和进行设计 但由于地下径流与地面径流相比流量值很小 通常可以不予考虑 所以只按地面径流即除涝要求进行设计 而将日常地下水排水流量作校核不淤流速之用 四 排水沟的设计水位 设计水位 可能需要满足除涝设计流量 控制地下水位 排渍水位 养殖 通航等要求 排渍水位又称日常水位 即排水沟内需要常维持水位 H日常 H0 D末 Li Z式中 H日常 某级排水沟道出水口处的沟内日常水位 m H0 排水区内控制点的地面高程 m 当地面坡度大体一致时 一般取距排水口最远处的低洼地面高程为控制点高程 D末 最末一级排水沟的日常水位到 控制点 地面的深度 m L 各级沟道的长度 m i 各级沟道的水面比降 Z 各级沟道上的局部水头损失 过闸水头损失取0 05 0 1m 上下级沟道汇流处水位的落差取0 1 0 2m H日常 D末 H0 H日常 H0 D末 Li Z 在一般情况下 最末排水沟内水面距离地表的深度应大于允许地下水埋深0 2 0 3m以上 故多大于1 2 1 5m 而在有盐碱威胁地区 在质地中等的土壤上 排水沟内水面至地表垂直距离大多在2 2 2 6m以上 其余各级沟道的日常水位逐级下降 出水口处的日常水位可由上式推算 L1i1 L2i2 L3i3 五 日常设计流量 地下排水流量自降雨开始后也存在一个流量高峰 此高峰要滞后于地面径流洪峰 地下径流高峰过后 地下水位将逐渐回落 直至某一要求的排水控制深度 之后排水沟排出的地下水流量称为日常设计流量或排渍流量 单位面积上的日常设计流量称为设计地下水排水模数 或排渍模数 农田排水系统排水沟的纵横断面应按地面径流和地下径流排水量之和进行设计 但由于地下径流与地面径流相比流量值很小 通常可以不予考虑 所以只按地面径流即除涝要求进行设计 而将日常地下水排水流量作校核不淤流速之用 1 田间排水沟布置过密 或间距过大均不适宜 2 田间排涝沟的间距取决于降雨条件 土壤的入渗能力及蓄水能力 田间径流的形成过程 作物的耐淹水深及耐淹时间等因素 3 田间排水沟间距除满足除涝排水要求以外 还应根据机耕及其他方面的要求进行综合分析确定 4 北方地区 农沟150 400m 毛沟间距为30 50m 南方地区 末级排水沟间距多为100 200m 沟深视一般不超过0 8 1 0m 兼有控制地下水位作用的明沟 其深度则视防渍和防盐要求而定 六 田间排涝沟的间距确定 3明沟排水系统的布置与结构 明沟排水的主要缺点 占地多 不利于机耕和交通 沟道维护费时费工 1 田间明沟排水系统的组成及布置 2 输水沟道系统布置结构形式与灌溉渠道类似 同样分为干沟 支沟 斗沟等若干级 3 容泄区对于河网化的输水沟道 其本身既是容泄区 又能把余水输送到外部的容泄区去 在一些封闭洼地或洪水河道包围的低地 当容泄区水位高于输水沟道水位时 需采用机械排水 2 排水沟道的纵横断面设计排水沟断面设计方法步骤与灌溉渠道的设计类似 不同之处在于 1 排水沟的比降i一般要比灌溉渠道坡度为大 平原地区可参照以下范围选择 干沟1 6000 1 20000支沟1 4000 1 40000斗沟1 2000 1 5000 2 排水沟道的边坡系数m一般比灌溉渠道边坡为缓 3 排水沟道的糙率n由于排水沟内常年有水 且养护管理较灌溉渠道差 设计时应选择较大糙率 通常取值0 025 0 03 4 排水沟的不冲 不淤流速排水沟道纵横断面设计的最小流速 即不淤流速 一般采用0 2 0 3ms 1 不冲流速主要决定于土壤质地 5 其他指标沟道的最高水位一般要低于地面0 2 0 3m以上 下级沟道沟底不得高于上级沟道沟底 上下级沟道衔接处要有一定的水位落差 一般为0 1 0 2m 4调控地下水位 暗沟排水 暗管 沟 排水是在地面以下铺设多孔管道 沟道 进行农田排水 从而调控地下水位的一种方法 一 暗管 沟 排水的特点与种类 1 暗管 沟 排水的特点 1 可迅速降低地下水位 保持适宜的土壤含水量 2 减少占用耕地 提高土地利用率 有利于机耕 3 实现灌排结合 较好控制土壤水分 促进土壤结构改良 2 暗管 沟 的种类常见的形式包括 瓦管 灰土管 塑料管 土暗沟 鼠洞等 暗管施工方案 暗管铺设采用开沟埋管机作业 按照设计的深度 开沟 埋管 裹砂 敷土一次完成 塑料排水管机械化施工 二 暗管 沟 的布置形式 1 一般在田间采用暗管排水系统 泄水则采用明沟 2 布置的一般要求 1 缓坡地上暗管 沟 大致平行等高线布置 2 伸向灌溉渠道一端一般要距灌渠5 6m 端口应封闭以防渠水通过暗管流失和暗管被淤积 3 与排水明沟相连一端的暗沟 管 出水口要装控制闸门 以利于有效地调节土壤水分 3 暗管 沟 的埋设深度和间距 暗管 沟 的坡降 多取1 1000 3 1000 暗管 沟 的长度 据田块长度确定 一般不宜过长 暗管 沟 的水力计算和管径的确定 与输水管道类似 1 施工 埋 布 设暗管 沟 步骤 放样 开挖 铺设 机械或人工 回填 施工技术要点 1 先明沟后暗管 沟 2 在地下水位高的地块上 先临时后固定 3 开挖土方顺序 先出水口端 后末端 4 铺管顺序 先末端 后出水口端 5 铺设排水管时 尽可能保证沟管平直 6 若沟底基础软弱 要用砂石铺垫 7 暗管的周围要均匀地垫上过滤层 8 回填过程注意表土复原 三 暗管 沟 的施工与管护 2 管护要求 管道清淤保养清淤方法 1 关闭暗管闸门 待沟管内充满水后再开启闸门 靠流速较快的水流冲洗 2 用喷射高压水流冲洗 清淤频率 每年至少应进行两次 竖井排水的作用与特点 1 降低地下水位 防止土壤返盐 竖井排水 地下水位降低 地下水埋深增加 潜水蒸发减少 土壤返盐作用减弱 2 腾空地下库容用以除涝防渍 竖井排水 地下水位降低 地下水库库容增加 土壤的蓄水能力增加 涝渍灾害降低 3 促进土壤脱盐和地下水淡化 竖井排水 地下水位降低 淡水冲洗 土壤水入渗