农田水利学科 田间排水参考文档

1、第七章,田间排水,本章需要掌握如下内容：田间排水任务、农,作物对农田排水的要求、排水沟的调控原理,以及达到这些要求而修建的田间排水系统的,规格、布置、结构,一、农田灌溉与排水的关系,灌溉与排水是调节农田水分状况的两种主要措施,干旱”，农田水分不足，影响农作物生长,解决办法：适时适量的灌溉,农田水分长期过多或地面长期积水，造成作物生长,不良，甚至窒息死亡,土壤水分过多，地下水位及地下水矿化度过高，排,水不良等因素，常常引起土壤的沼泽化和盐碱化,解决办法：除涝降渍,涝害和渍害,何为涝？何为渍,涝灾,waterlogging,问题：涝灾与洪灾的区别,定义：降雨过多形成旱地积水或水田淹水过深而造成,作

2、物减产或失收的灾害,渍灾,subsurface waterlogging,定义：因地下水位过高或连续阴雨致使土壤过湿而危,害作物正常生长的灾害,涝灾：当地降雨引起地面积水,洪灾：客水入境引起地面积水,成因,自然原因,1,降雨过多或阴雨连绵,2,地下水位过高，如滨湖地区,3,耕层滞水,有粘土隔层,4,地势低洼，如兴化、建湖、泰县溱潼镇等地,人为因素,1,重灌轻排,2,工程不配套，大水漫灌、串灌串排,思考：渍与涝的区别,渍：无地表积水,涝：有地表积水,涝害和渍害,盐害,waterlogging,定义：土壤中含可溶性盐过多，使作物吸水困难，从,而影响作物正常生长的灾害,中性盐,Nacl,Na2SO,

3、4,等过多，称盐土,碱性盐,NaCO,3,NaHCO,3,等过多称碱土，或盐碱土,盐碱地形成条件,1,地下水含盐量大,2,地下水位过高,3,盐分积累,次生盐碱地,由于灌溉不当（过量灌水，或只灌不排）引,起地下水位上升，形成盐碱地称为次生盐碱地,分布,干旱、半干旱地区,滨海地区,灌溉排水的目的不同,灌溉：兴利,排水：去害,工程规划方面,系统设计与建设方法相同,二、农田排水存在的问题、解决措施和研究方法,存在问题,南方低洼水网地区：地下水排水不畅，地下水位高,西北干旱地区、华北半干旱地区及北方沿海滨海地,区：降水少，土质松，蒸发强度大，表面积盐碱化,灌溉不合理也造成盐碱化和沼泽化,解决措施,加强排

4、水研究，控制地下水动态,研究方法,排水问题属非稳定流范围，可采用室,内模拟，现场实验，理论研究,三、农田排水系统的任务和组成,任务,涝”，降雨过多形成旱地积水或水田淹水过深而造,成作物减产或失收的灾害。排除涝水是农田排水的首,要任务，这种排水称为,除涝排水,又称,排地面水,在规定的时间内，排除由于暴雨产生的田面积水,减少淹水时间、深度，保证作物正常生长,除涝,降渍,渍”，由于雨后平原坡度较小的地区和低洼地，在,排除地面积水以后，地下水位过高，根系活动层土壤,含水率太大，通气不良，有机质不能充分分解，作物,能够吸收的矿物质养料不足；作物根系呼吸困难，甚,至在缺氧情况下产生甲醇、硫化氢等有毒物质，

5、造成,作物减产，甚至死亡，这种排水称为,防渍排水,控制和降低地下水位,防止土壤盐碱化,土壤的盐碱化”，在我国广大干旱半干旱地区，当,地下水位过高，地下水矿化度也较高时，由于潜水蒸,发强度大，水分蒸发后，盐分累积在土壤表层，造成,土壤的盐碱化，这是农田自然灾害的又一种重要形式,降低地下水位，减少潜水蒸发，是解决盐碱灾害的一,种有效措施,降低地下水位又必须通过排水来实现,这种情况的排水称为,防止土壤盐碱化的排水,它与防渍排水是排除地下水的两种主要形式,易于耕作,组成,田间排水沟、集水排水沟、主干排水沟,第一节,农作物对农田排水的要求,农作物对农田排水的要求，可概括为,排除,多余的地面径流,和,控制

6、地下水位,一,农田对除涝排水的要求,农作物对田面积水有一定的限度，超过允,许的,耐淹历时,和,耐淹深度,轻则减产、重则死,亡，所以，应及时排除地表积水,1,原因：田面积水多、时间长,影响作物对氧气的吸收，使作,物在无氧的条件下呼吸，产生的,乙醇可使作物中毒死亡,2,耐淹深度和耐淹历时有关的因素,作物品种,生育阶段,土壤质地,气候条件,不同作物、同一种作物不同生育阶段耐淹能力不同,二、农田对防渍排水的要求,1,在旱田中，地下水位过高，作物就会受到渍害而减产,因此，田间排水工程还应满足防渍的要求，使根系层,土壤保持适宜的含水率,与作物所要求的地下水埋深有关的因素,作物种类,生育阶段,土壤性质,二、

7、农田对防渍排水的要求,2,1,麦类,播种幼苗期,H=0.5m,左右，以便利用毛管上升水,返青、拔节,H=0.8,1.0m,根系发育后,H1.0,1.2m,2,水稻,晒田期,3,5,天,5,7,天,H=0.4,0.6m,其它时期：适当、以利通气,收割后,H=0.6,0.8m,三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对,农田排水要求,1,土壤中的盐分主要是随水分而运动,积盐”：蒸发条件下，由于毛管作用，盐分随水,分上升，水分蒸发后，盐分则留在土壤表层,脱盐”：降雨和灌水时，入渗的水流夹带表层的,盐分向深度移动，使表层盐分逐渐降低,所以，在某一季节内，土壤的积盐和脱盐取决于,蒸发和入渗条件,三、防止土壤盐碱化

8、和改良盐碱土对,农田排水要求,2,蒸发强度与气象条件和,地下水埋深,有关。埋深越,小，蒸发强度越大；越干旱，蒸发强度大，表层积盐,快，易形成盐碱化,降雨和灌溉的入渗强度也与地下水位有关，地下,水位越高，土壤含水量越大，入渗速度越小，所以带,入深层盐分越小，因而土壤不易脱盐,三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对,农田排水要求,3,土壤的积盐和脱盐都与地下水埋深有关。这样就,存在一个临界地下水埋深问题,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,地下水最小埋藏深度，叫地下水临界深度,有关因素：地下水矿化度；气象条件,灌排条件,农技措施,土壤性质

9、,治盐要求：地下水埋深,地下水临界埋深,四、农业耕作条件对农田排水的要求,机械适宜下田的土壤含水率为,60,70,田,也与机械种类有关,国外资料,1,履带拖拉机H0.4,0.5m,2,轮式拖拉机H0.5,0.6m,黑龙江省哈阳农场在盐碱化黑钙土上的试验资料,3,当重型拖拉机带动联合收割机时，允许的最大土,壤含水率为干土重的,30,32,最小埋深,0.9,1.0m,五、涝、渍、盐治理,一）除涝,1,水利措施,1,修建排水工程、挖沟、疏河、建闸、站等,2,排滞并举,2,农业措施,1,易涝地区种耐涝作物,2,局部洼地可作蓄涝养殖区,二）防渍,1,水利措施,1,修建排水工程，明沟、暗管（鼠道）、竖井排

10、水,2,控制河网水位，从而控地下水位,3,节水灌溉,4,灌排分开，水旱分开,2,农业措施,1,改良土壤，消除滞水层（深耕晒垡、增施有机肥,2,种植耐渍品种，（如圩区应种水稻、不种棉花,3,生物排水（沿沟、沿路种养、灌木、有利降地下水位,三）防盐（降盐、压盐,1,水利措施,1,兴建排水工程,降低度地下水位，有良好排水设施的前,提下，大定额灌溉（洗盐,注：只灌不排则有可能产生次生盐碱化,2,地表水地下水联合运用,2,农业措施,1,种水稻，是改良盐碱地的一个重要方法,2,种植耐盐作物,3,化学措施：施用石膏,CaSO,4,呈酸性），使碱土变成硫,酸钠盐土，从而减轻危害,排水系统的类型,除涝：水平排水

11、（明沟、暗沟、暗管,控制地下水位：降渍、防治盐碱化,水平排水,垂直排水（竖井,第二节,排除地面水的水平排水系统,一、大田蓄水能力,降雨形成的多余的地面水除了利用排水沟道排,除外，还应该利用田块本身及田块上的沟、畦、格田,等、拦蓄一部分雨水，但拦蓄的能力是有一定限度的,这种限度叫,大田蓄水能力,包括两部分：一部分储存在地面以下的土层中,另一部分补充了地下水，并使地下水位有所升高。大,田蓄水能力计算公式为,一、大田蓄水能力,旱田,V,H,max,o,H,1,s,max,H,max,o,H,1,H,降雨前地下水埋深,m,max,地下水位以上土壤平均最大持水率（与土壤体积之比,o,降雨前地下水位以上土

12、层平均含水率,H,1,降雨后地下水允许上升高度，视地下水排水标准定,m,s,饱和含水率,给水度,一、大田蓄水能力,水田,二、田面降雨径流过程,1,降雨时,P,i,入渗,产生径流,2,田面具有坡降，水由首端向下游汇流,3,汇流面积越大，水层越深。单位宽度下，汇流路径越长深度越大,4,排出田面水层所需时间越长,由此可知，田间排水沟间距越小，向沟内汇流时间越短，排除时间越快,作物淹水深度小，淹水时间短,三、田间排水沟深度和间距,田间排水沟是指排水系统中末级固定排水沟。一般指农沟,少数地区有毛沟,农沟间距越密，地块越小、排水效果好，但耕作不便。相,反，则达不到除涝排水的要求，因此，田间排水沟间距和耐淹

13、,深度、耐淹历时有关,i,i,1,t,i,1,t,土壤渗吸速度,I,i,1,1,t,1,i,0,t,1,入渗总量,三、田间排水沟深度和间距,在降雨历时和淹水时间,t,和,t,T,内,I,i,0,t,T,1,V,才能满,足不设沟的要求,如果根据大田蓄水能力确定的允许淹水历时小于作物允,许淹水历时，则在设计排水沟间距时，应采用根据大田蓄,水能力确定的允许淹水历时为依据,三、田间排水沟深度和间距,1,间距,末级固定排水沟的间距，要根据田间作业对田块的要,求，结合田间灌溉渠道的规划布置统一考虑确定。目,前，没有理论公式可计算，一般视经验而定。北方末,级,农,沟间距,1,00,400m,南,方,地,区,

14、农,沟,间,距,多,为,100200m,2,沟深,排地表水的沟深由排水流量确定，一般不超过,0.8,1.2m,第三节,控制地下水位的水平排水系统,控制农田地下水位的目的,有效排除渍害,防止土壤盐碱化,控制地下水位的田间工程形式,水平排水：明沟、暗管,垂直排水：竖井,第三节,控制地下水位的水平排水系统,一、排水沟对地下水位的调控作用,地下水变化过程,排水沟对地下水位的控制作用,有排水,无排水,上升过程,下降过程,结论：田间排水沟在降雨过程中可以减少地下水位的,上升，雨停后又可以加速地下水的排除和地下水位的,回落，因而对于控制地下水位可以起到重要作用,满足排水要求的排水沟深度和间距的关系，两者互为

15、消长,深度一定，间距小，地下水回落快且下降值大；反之,间距一定，深度大，地下水回落快；反之,一定时间内要求达到的地下水埋深一定时，间距大，需要,的深度大；反之,二、控制地下水位要求的排水沟的深度和间距,排水沟深度一定，排水沟间距与排水农田的,土壤质地,含水层的特征,有关,实测资料表明,排水沟深度一定，间距与土层的导压系,数关系密切,k,土层的渗透系数,含水层平均厚度,给水度,土层的导压系数,值愈大，排水沟间距可愈大，即土壤渗透系数愈,大，含水层厚度愈大，土壤给水度愈小，满足一定,地下水位控制要求的排水沟间距可愈大,确定方法,1,实测与调查,a,原则,设计排水农沟时，一般首先根据作物要求,的地下

16、水埋深、排水农沟边坡稳定条件施工难易等,初步确定排水农沟的深度，然后再确定相应的间距,b,当作物允许的地下水埋深,H,一定时，排水农沟的深度,D,可用下式表示,D,H,h,S,H,为作物要求的地下水埋深,m,h,为当两沟之间中心点的地下水位降至,H,时，地下水位,与沟水位之差。视土质与沟的间距而定，一般不小于,0.20.3m,S,为排水农沟中的水深，排地下水时一般取,0.1-0.2m,c,调查统计情况,排水农沟的间距，应通过试验或参照当地或相似地区的,实践经验加以确定,末级固定排水沟间距与沟深经验值,南方各省,排水农沟深度：水田,0.81.5m,旱作,1.52.0m,沟间距：一般在,60,20

17、0m,范围内，视土壤质地而异,在盐碱化地区,排水沟的深度和间距，要满足控,制和降低地下水位的要求，且要能达到脱盐和改良盐,碱土的预期效果,冲洗改良阶段，为了加速土壤脱盐，可采用深浅,沟相结合的办法。在深沟控制地段，加设深,1m,左右的,临时性浅沟,毛排,待土壤脱盐后再行填平,2,排水沟间距的理论计算（缺乏实测和调查资料,不透水层位于有限深度,HL,H,1,地下水运动的基本方程,取排水沟水面与沟轴线的交点为原点，以距原点,x,及,x+dx,的断,面,I,I,之间，排水沟单位长度（单宽,1m,进行分析,2,恒定流计算公式,在雨季由于长期降雨，排水沟控制范围内入渗水量等,于排出水量，使两沟之间地下水

18、位不随时间变化，此,时两沟间的地下水流近似于稳定流动,完整井,非完整井,不透水层位于无限深度,HL,H,第四节,田间排水系统的布置与结构,一、田间明沟排水系统,明沟排水,就是建立一套完整的地面排水系统，把地上、地,下和土壤中多余的水排走，控制适宜的地下水位和土壤水分,按照排水任务的不同，可分为,3,种明沟排水系统,除涝,排地面积水,防渍、防止土壤盐碱化,控制地下水位,等,明沟排水的特点,是排水速度快,尤其是排地面水,排水效,果好，但明沟排水工程量大、地面建筑物多、占地面积大、沟,坡易坍塌且不易保持稳定，不利于交通和机械化耕作等缺点,田间明沟排水系统,末级固定沟,农沟,所控制的条田内部,沟系,田

19、间明沟排水系统的布置,由于各地区的自然条件不同，田间排水系统的组成和布置,也有很大差别，必须根据具体情况，因地制宜进行规划布置,田间排水系统布置涉及到灌溉、交通、林网、输电线路以,及居民点等整体规划布局，必须因地制宜，抓住主要矛盾，全,面规划，统筹安排,例如地势低洼的平原地区，主要矛盾是排涝，必须首先考,虑排水系统的布置，以排水系统为基础，再结合布置灌溉系统,农村道路和林网等。同时要注意少占耕地和节省工程量。沟,渠、路、林配置应做到有利于排灌，有利于机耕，有利于运输,有利于田间管理，不影响田间作物光照,1,灌排相邻布置,在单一坡向地形，灌排一致的地区，灌,溉渠道和排水沟一般是相邻布置。有沟,渠

20、,路，沟,路,渠,路,沟,渠三种形式，前二种是常用形式,2,灌排相间布置,在地形平坦或有一定波浪状微起伏的地,区，灌溉渠道布置在高处，向两侧灌水，排水沟布置在低处,承受两侧来水。主要形式有一路二沟（渠），一沟（渠）二路,一渠（沟）一路,3,灌排合一,在沿江滨湖的圩垸水稻地区为了节省土地和,工程量，常把末级固定排水沟和末级固定灌溉渠道合为一条,北方地区也有这么布置的。这种形式一般不宜采用,二、暗管排水系统,什么是暗管排水,暗管排水是在地下埋设管壁有多孔或缝隙的管道，排除土壤,中多余的水分，降低地下水位、以利于农作物生长的防渍排水,措施,地下暗管排水示意图,暗管排水系统工作程序,暗管排水的特点,优

21、点,与明沟排水比较,具有工程量小，地面建筑物少，土地利用率高,布置密，地下水降的快降的低,有利于交通和田间机械化作业等,可避免因沟坡坍塌，沟深不易保持等缺陷,与竖并排水相比,能有效地解决水平不透水隔层排水问题,在自然地形许可的地区，可自流排水，节省能源,缺点,易淤塞；投资高,3,暗管排水系统的组成和分类,1,组成,吸水管,管壁上有孔眼或缝隙、外包滤料的管道。土壤中,过多的水通过管壁上的孔眼或缝隙进入管内。外包滤料的,作用是防止泥沙进入吸水管内，并加大导水性，加大出水,量,集水管,一般是不透水管，汇集吸水管中的水流，并输送,至排水明沟排走,检查井,观测暗管的水流情况，进行检修和清淤,出口控制建筑

22、物,调节和控制暗管水流,不能自流排水时设置,抽排泵站,2,类型,单级暗管排水系统,只布置吸水,管，吸水管的出水口伸向明沟,我国南方平原湖区因河网较密,大多采用这种形式,优点：布局简单，较易施工，投资少，便于检修,缺点：出水口较多，易损坏,多级暗管排水系统,除吸水管以外，还有,12,级以上的集水,暗管,优点：大大减少了明沟，因此节约了耕地，有利于机械化耕作,缺点：布置复杂，增加了检查井数量，投资也较大，某段管道,堵塞影响范围较大。暗管出口埋深大或需抽排泵站,吸水管与集水管正交连接,布置形式,吸水管与集水管锐角斜交连接,不规则布置,适用于地势平坦，田块规,则的平原湖区和土地平整,良好的山丘冲垄地区

23、,适用于地形开阔冲谷,两侧坡度比较一致的,山丘地区，通常将集,水管,沟,沿洼地或山冲,的轴线布置,适用于一些地形条件,复杂的山丘地区,暗管管材的选用,1,选用要求,应选用经济、适用和耐久的管材,2,常用管材,波纹塑料管,内经有,5570mm,等，有弹性、可挠曲，每,盘长约,100m,每米管的进水面积,3000mm,左右，适作吸水,管。上海市塑料制品研究所制成功，已批量生产,外包土工织物波纹排水管,PP/PE,过滤型塑料水管,瓦管,内经,60100mm,圆形或外方内圆形，每节长,0.30.6m,适宜作吸水管，管壁不开孔，利用管接缝进水,排水效果好且造价低，使用年限比较短,其它刚性材料管,如水泥土管、水泥砂浆管