第七章 田间排水

1、第七章第七章 田间排水田间排水u 农作物对于农田排水的要求农作物对于农田排水的要求u 排除排除地面水地面水的水平排水系统的水平排水系统u 控制控制地下水地下水的水平排水系统的水平排水系统u 田间排水系统的布置与结构田间排水系统的布置与结构u 竖井排水竖井排水田间排水的任务及学习的主要内容田间排水的任务及学习的主要内容除涝、防渍、防止土壤盐渍化、改良盐碱土以及为适时耕除涝、防渍、防止土壤盐渍化、改良盐碱土以及为适时耕作创造条件等农作物对农田排水的要求以及为达到这些要作创造条件等农作物对农田排水的要求以及为达到这些要求而修建的田间排水系统的规格、布置和结构求而修建的田间排水系统的规格、布置和结构.

2、主要内容：主要内容：田间排水的任务田间排水的任务: :第一节第一节 农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求v农田对农田对除涝排水除涝排水的要求的要求v农田对农田对防渍排水防渍排水的要求的要求v防盐碱化防盐碱化对排水的要求对排水的要求v耕作条件耕作条件对排水的要求对排水的要求排除多余的地面径流排水要求控制合适的地下水位一、农田对除涝排水的要求一、农田对除涝排水的要求020406080100036912淹水时间/d减产量/%水深30cm水深50cm农田对除涝排水的指标：农田对除涝排水的指标：耐淹历时耐淹历时 耐淹水深耐淹水深耐淹程度依作物品种、生育阶耐淹程度依作物品种、生育阶段而不同。农作物

3、的耐淹水深段而不同。农作物的耐淹水深和耐淹历时，应根据当地或邻和耐淹历时，应根据当地或邻近类似地区的农作物耐淹试验近类似地区的农作物耐淹试验资料分析确定。资料分析确定。农作物耐淹水深和耐淹历时参考表农作物耐淹水深和耐淹历时参考表作物种类作物种类生育期生育期耐淹水深耐淹水深(cm)耐淹历时耐淹历时(d)棉花棉花开花结铃期51012玉米玉米苗期拔节期抽穗期孕穗灌浆期成熟期25812812101511.511.51.5223甘薯甘薯全生育期71023春谷春谷苗期拔节期孕穗期成熟期355101015121223高粱高粱苗期孕穗期灌浆期成熟期3510151520152023576101020 地下水位高

4、地下水位高土壤水分过多土壤水分过多根系缺氧呼吸根系缺氧呼吸产生乙醇产生乙醇作物中毒作物中毒减产甚至死亡减产甚至死亡渍渍因因地下水位地下水位较高，使作物较高，使作物根系呼吸受限，从而生长受到损根系呼吸受限，从而生长受到损害的现象害的现象. .耐渍深度与耐渍时间：耐渍深度与耐渍时间： 旱作：旱作：0.30.30.6m0.6m，3 34d4d 水稻：水稻：0.00.00.4m0.4m，3 35d5d设计排渍深度：设计排渍深度： 旱作：旱作：0.80.81.3m1.3m 水稻：水稻：0.40.40.6m0.6m二、农田对防渍排水的要求二、农田对防渍排水的要求 地下水临界深度地下水临界深度在一定在一定的

5、自然条件和农业技术措施条的自然条件和农业技术措施条件下，为了保证土壤件下，为了保证土壤不产生盐不产生盐碱化碱化和和作物不受盐害作物不受盐害所要求保所要求保持的地下水最小埋藏深度持的地下水最小埋藏深度. .地下水临界深度与地下水临界深度与气候气候、地下地下水矿化度水矿化度、土壤质地土壤质地有关。有关。水分盐分水分盐分盐分累积盐分累积水分蒸发水分蒸发地下水地下水地下水矿化度大，土壤质地轻，地下水矿化度大，土壤质地轻，则地下水临界深度应大。则地下水临界深度应大。三、防盐碱化对排水的要求三、防盐碱化对排水的要求根据根据土壤质地土壤质地、地下水矿化度地下水矿化度、降雨降雨、灌溉灌溉、蒸发蒸发和和农业措施

6、农业措施等因素，通过综合试验确定；也可根据等因素，通过综合试验确定；也可根据不同自然条件和农业生产条件，通过实地调查确定。不同自然条件和农业生产条件，通过实地调查确定。当缺少上述资料时，可按表选用，或按下式近似估当缺少上述资料时，可按表选用，或按下式近似估算：算：h hk k=h=hp p+ +z z 土壤毛管水上升高度安全超高地下水临界深度地下水临界深度的确定的确定 土壤含水率土壤含水率土壤承重能力土壤承重能力机械耕作效率机械耕作效率四、耕作条件对排水的要求四、耕作条件对排水的要求为了适于农业耕作，需要使农田土壤保持在一定的含水率以下，一般根系吸水层内含水率在田间含水量的60%-70%时较适

7、宜。为了便于农业机械下田，并具有较高的工作效率，土壤含水量应低于一定数值，视土壤质地和机具类型而定。HH1max-0s主要作用：及时排除田面积水，或将积水控制在耐淹水耐淹水深深和耐淹历时耐淹历时之内。第二节第二节 排除地面水的水平排水系统排除地面水的水平排水系统V=H(max-0)+H1(s-max)大田蓄大田蓄水能力水能力内部拦蓄雨水的能力称为内部拦蓄雨水的能力称为大田蓄水能力大田蓄水能力。大田蓄水。大田蓄水一般包括两部分：一般包括两部分： 一部分储存在一部分储存在地下水面以上地下水面以上的土层中；的土层中； 另一部分补充了地下水，并使地下水位有所升高另一部分补充了地下水，并使地下水位有所升

8、高(不超过规定的允许高度，以免影响作物生长不超过规定的允许高度，以免影响作物生长)。第二节第二节 排除地面水的水平排水系统排除地面水的水平排水系统一、田面降雨径流过程一、田面降雨径流过程1-开挖排水沟c以前i-i断面处排水过程线。2-开挖排水沟c以前i-i断面处排水过程线。二、田间排水沟间距二、田间排水沟间距田间排水沟田间排水沟是排水系统中的是排水系统中的末级固定末级固定排水沟。排水沟。 如果布置过密，虽然排水效果好，但田块分割如果布置过密，虽然排水效果好，但田块分割过小，机耕不便，占地过多；过小，机耕不便，占地过多；如排水沟的间距过大，则达不到除涝排水要求，如排水沟的间距过大，则达不到除涝排

9、水要求，影响作物正常生长。影响作物正常生长。 因此排水沟的间距因此排水沟的间距( (如不考虑机耕及其他方如不考虑机耕及其他方面的要求面的要求) )与降雨时的田面水层形成过程以及允与降雨时的田面水层形成过程以及允许的淹水深度和淹水历时有密切关系。许的淹水深度和淹水历时有密切关系。altii11tiIlVTti10)(tiVT110)(二、田间排水沟间距二、田间排水沟间距满足除涝排水要求排水沟间距遵循成本最小原则淹水历时淹水历时校核：校核：大田蓄水能力末级排水沟间距为末级排水沟间距为1515150m150m；排水沟；排水沟深度在深度在0.80.82.3m2.3m之间选取。之间选取。明沟排水明沟排水

10、综合分析确定，我国综合分析确定，我国北方地区北方地区农沟一般间距多农沟一般间距多在在150150400m400m之间，毛沟间距为之间，毛沟间距为303050m50m。南方地区南方地区末级排水沟间距多为末级排水沟间距多为100100200m200m。单纯排除地面水的排水沟沟深视排水流量而定，单纯排除地面水的排水沟沟深视排水流量而定，一般不超过一般不超过O.8O.81.Om1.Om。二、田间排水沟间距二、田间排水沟间距第三节第三节 控制地下水的水平排水系统控制地下水的水平排水系统在在地下水位较高地下水位较高或或有盐碱化威胁有盐碱化威胁的灌区，必的灌区，必须修建控制地下水位的须修建控制地下水位的田间

11、排水沟田间排水沟，以便降低，以便降低地下水位，防止因灌溉、降雨和冲洗引起地下地下水位，防止因灌溉、降雨和冲洗引起地下水位的上升，造成渍害或土壤盐碱化。水位的上升，造成渍害或土壤盐碱化。控制地下水位的田间工程形式：控制地下水位的田间工程形式： 水平排水：明沟和暗管。水平排水：明沟和暗管。 垂直排水：机井垂直排水：机井bca一、排水沟对地下水位的调控作用一、排水沟对地下水位的调控作用无排水无排水ab有排水有排水(b) (b) 地下水下降过程地下水下降过程c c、d d、e e无排水无排水cc、dd、ee有排有排水水ccddeev 排水沟排水沟( (管管) )的深度与地下水的下降值关系的深度与地下水

12、的下降值关系在同一排水沟在同一排水沟间距间距的情况下的情况下，沟深愈大，地下，沟深愈大，地下水下降愈快；反之，沟深愈小，地下水下降愈慢。水下降愈快；反之，沟深愈小，地下水下降愈慢。在允许的时间内要求达到的地下水埋藏深度在允许的时间内要求达到的地下水埋藏深度H一定时，排水沟的间距一定时，排水沟的间距L1愈大，需要的深度愈大，需要的深度D1也也愈大；反之，排水沟的间距愈大；反之，排水沟的间距L2愈小，要求的深度愈小，要求的深度也愈小。也愈小。v排水沟间距与地下水的下降值关系排水沟间距与地下水的下降值关系在同一排水沟在同一排水沟深度深度的情况下，的情况下，排水沟的间距排水沟的间距愈小，地下水下降速度

13、愈快，在一定时间内愈小，地下水下降速度愈快，在一定时间内地下水的下降值愈大；地下水的下降值愈大；反之，排水沟的间距愈大，地下水下降愈慢，反之，排水沟的间距愈大，地下水下降愈慢，在规定时间内地下水的下降值也愈小。在规定时间内地下水的下降值也愈小。L2L2L2h2L1s2Hh1D1D2S1不透水层底板与排水沟水面之间的距离不透水层底板与排水沟水面之间的距离H0 满足满足0 0H0 1/2L，称，称不透水层位于有限深不透水层位于有限深；反之，称不透水层位于反之，称不透水层位于无限深无限深。非完整沟非完整沟：排水沟底距不透水层顶面有一定距离。排水沟底距不透水层顶面有一定距离。完整沟完整沟：排水沟切穿整

14、个透水层排水沟切穿整个透水层。v 排水沟间距的理论计算排水沟间距的理论计算1 1稳定流时排水沟间距计算稳定流时排水沟间距计算1) )不透水层位于有限深时的沟间距不透水层位于有限深时的沟间距1) )不透水层位于有限深时的沟间距不透水层位于有限深时的沟间距完整沟间距：完整沟间距：非完整沟间距：非完整沟间距：iHhhKLcc0224dHHiKhHdHHLc2ln482ln42lhtgdLihKLcc 1ln9011lndLiKhLc可近似为：可近似为：2) )不透水层位于无限深时沟间距不透水层位于无限深时沟间距1) )不透水层位于有限深时的沟间距不透水层位于有限深时的沟间距2 2非稳定流沟间距计算非

15、稳定流沟间距计算v 排水沟间距的理论计算排水沟间距的理论计算 dH2lnLH811h4hlntHKLctc02) )不透水层位于无限深时的沟间距不透水层位于无限深时的沟间距2 2非稳定流沟间距计算非稳定流沟间距计算（二）排水沟间距的理论计算（二）排水沟间距的理论计算第四节第四节 田间排水系统的布置与结构田间排水系统的布置与结构一、田间明沟排水系统一、田间明沟排水系统明明沟沟排排水水系系统统田间排水沟网田间排水沟网容泄区容泄区输水沟道输水沟道毛沟毛沟农沟农沟干沟干沟支沟支沟斗沟斗沟固定沟道固定沟道u在易旱易涝易碱地区在要求控制地下水位的末级排在易旱易涝易碱地区在要求控制地下水位的末级排水沟间距为

16、水沟间距为100150m时，则在田间可以仅设毛沟。时，则在田间可以仅设毛沟。u农沟及毛沟均应起控制地下水位的作用，毛沟深度农沟及毛沟均应起控制地下水位的作用，毛沟深度一般至少一般至少1.01.2m，农沟则应在，农沟则应在1.21.5m以上。以上。一、田间明沟排水系统一、田间明沟排水系统u排水农沟的纵坡主要决定于地形坡度。为了排水通排水农沟的纵坡主要决定于地形坡度。为了排水通畅和防止冲刷，其纵坡一般为畅和防止冲刷，其纵坡一般为0.0040.0040.0060.006，最大不，最大不得超过得超过0.010.01。横断面一般为梯形，边坡视土质而定。横断面一般为梯形，边坡视土质而定。u为了满足施工和管

17、理要求，沟底宽度一般不小于为了满足施工和管理要求，沟底宽度一般不小于0.30.30.5m0.5m。农沟纵坡：农沟纵坡：农沟断面：农沟断面：农沟底宽：农沟底宽：446 6 ，最大不超，最大不超10 10 梯形，边坡系数梯形，边坡系数1.01.02.52.50.30.30.5m0.5m农沟深度农沟深度：1.21.21.5m1.5m农沟结构设计农沟结构设计一、田间明沟排水系统一、田间明沟排水系统干沟干沟支沟支沟斗沟斗沟农沟农沟毛沟毛沟小沟小沟间距间距510km35km0.51km0.20.4km0.10.2km3050m长度长度510km35km0.51km0.20.4km0.10.2km第四节第四

18、节 田间排水系统的布置与结构田间排水系统的布置与结构各级渠道间距与长度各级渠道间距与长度一、田间明沟排水系统一、田间明沟排水系统二、地下暗管排水系统二、地下暗管排水系统二、地下暗管排水系统二、地下暗管排水系统（1 1）系统组成与布置）系统组成与布置暗管排暗管排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（1 1）暗管排水系统布置的基本形式）暗管排水系统布置的基本形式 与埋深、土质有关，与埋深、土质有关，1010150m150m低于吸水管（连接处）低于吸水管（连接处）101020cm20cm设计地下水埋深设计地下水埋深0.2m0.2m吸水管间距：吸水管间距：集水管埋深：集

19、水管埋深：吸水管埋深：吸水管埋深：（2 2）暗管排水系统设计）暗管排水系统设计埋深越小、土质越粘重，则吸水管的间距越小埋深越小、土质越粘重，则吸水管的间距越小（2 2）暗管排水系统设计）暗管排水系统设计排水暗管排水暗管( (吸水管吸水管) )的设计最小坡降应满足的设计最小坡降应满足不产生淤不产生淤积积的要求，的要求，管内径小于管内径小于100mm100mm时，一般采用时，一般采用1 13003001 1600600。大于大于100mm100mm时可采用时可采用1 1100010001 125002500。由于在暗管的下游或出口断面负荷最重由于在暗管的下游或出口断面负荷最重( (流量最大流量最大

20、) )，在田面成凸或凹形坡度的地区，应采用暗管在田面成凸或凹形坡度的地区，应采用暗管下游三分下游三分之一段的地面坡降为设计坡降之一段的地面坡降为设计坡降。国内外常用的暗管材料分为国内外常用的暗管材料分为当当地材料管地材料管和和塑料管塑料管两大类。两大类。灰土管灰土管水泥土管水泥土管瓦管瓦管陶瓷管陶瓷管混凝土管混凝土管波纹塑料管波纹塑料管1暗管的管材暗管的管材u塑料管具有塑料管具有重量轻、耐磨蚀、易于搬运和铺设重量轻、耐磨蚀、易于搬运和铺设，且且联结简便联结简便等特点，目前在国外已得到广泛采用。等特点，目前在国外已得到广泛采用。u塑料管多由聚乙烯塑料管多由聚乙烯(PEPolyethylene)和

21、聚氯乙和聚氯乙烯烯(PVC一一Polyvinyl Chloride)材料制成，材料制成，后者由于抗压强度大，且造价较低，应用更为后者由于抗压强度大，且造价较低，应用更为普遍。 （二）暗管的外包滤料（二）暗管的外包滤料外包滤料指外包滤料指包裹或充填在排水暗管周围的材料包裹或充填在排水暗管周围的材料。作用：作用：阻止土壤颗粒进入暗管，以避免沉淀和暗管阻塞，阻止土壤颗粒进入暗管，以避免沉淀和暗管阻塞，稳定暗管周围的土壤，改善暗管通道的渗水能力，以提高暗稳定暗管周围的土壤，改善暗管通道的渗水能力，以提高暗管的排水功能。管的排水功能。用做外包滤料的材料一般有：用做外包滤料的材料一般有：有机材料有机材料，

22、无机材料无机材料和合和合成成材料材料等三大类。等三大类。 4.4.暗管的管径和坡降暗管的管径和坡降暗管管径的大小：暗管管径的大小： 应保证在无压流的情况下排除设计的排水流量，田间吸水应保证在无压流的情况下排除设计的排水流量，田间吸水管在仅承担排除地下水的情况下可以采用较小的管径。管在仅承担排除地下水的情况下可以采用较小的管径。 根据我国各地经验在采用当地材料管根据我国各地经验在采用当地材料管( (如瓦管、石屑水泥管、如瓦管、石屑水泥管、水泥土管等水泥土管等) )时，其内径为时，其内径为50100mm，塑料管内径为，塑料管内径为50mm和和75mm。 管径的大小可以根据经验选定，也可以通过计算确

23、定。管径的大小可以根据经验选定，也可以通过计算确定。 4.4.暗管的管径和坡降暗管的管径和坡降由于暗管的类型不同，在选取暗管设计流量时常遵循两种由于暗管的类型不同，在选取暗管设计流量时常遵循两种不同的原则：不同的原则：输水原则：输水原则：认为在暗管全长上均以同一流量满管输水（按认为在暗管全长上均以同一流量满管输水（按均匀流设计），水力坡度线位于暗管断面的顶部。均匀流设计），水力坡度线位于暗管断面的顶部。排水原则：排水原则：认为暗管流量沿程是变化的（按非均匀流设认为暗管流量沿程是变化的（按非均匀流设计）计） 。在这种情况下，水力坡降自管的首端为。在这种情况下，水力坡降自管的首端为0 0，逐渐增，逐渐增加至出口处达到最大。加至出口处达到最大。管道承压一般应限制在管道承压一般应限制在20cm以下，压力水位应限制在地面以下，压力水位应限制在地面以下以下60cm60cm。 考虑到经济管径和管道考虑到经济管径和管道承压之间的矛盾，一般承压之间的矛盾，一般建议在设计吸水管时采建议在设计吸水