農(nóng)田水利學-田間排水原理及方法ppt課件

1、第七章 農(nóng)田排水 田間排水原理與方法,第一節(jié) 農(nóng)田對排水的要求,田間排水系統(tǒng)是指末級固定溝渠控制范圍內(nèi)的田間溝網(wǎng)或暗管系統(tǒng)。它是排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)，和骨干排水系統(tǒng)一起，共同完成排出多余地面、土壤水和地下水的任務，有效控制和調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況，消除澇、漬，防治鹽堿化，與灌溉系統(tǒng)一起創(chuàng)造適合農(nóng)作物生長的良好環(huán)境,農(nóng)田水分過多對作物而言有三種形式： 一是地面水過多 二是土壤水過多 三是地下水位過高,田間排水系統(tǒng)的根本任務就是匯集和排除農(nóng)田中多余水量，降低和控制地下水位,一、地表水過多的危害與農(nóng)田除澇 農(nóng)作物對受淹的時間和淹水的深度有一定的限度，如果超過允許的淹水時間和深度，將影響作物生長，重者導致作物死亡

2、。所以必須有排水工程，將淹水時間和淹水深度控制在必要的范圍內(nèi)。 排除地面多余的地表水的措施叫除澇,除澇指標有： 耐淹歷時:作物在一定的淹水深度下不影響產(chǎn)量的承受時間。 耐淹水深：在一定的淹水時間內(nèi)作物能夠承受的淹水深度,農(nóng)作物耐淹水深和耐淹歷時參考表,農(nóng)作物的耐淹水深和耐淹歷時，應根據(jù)當?shù)氐霓r(nóng)作物耐淹試驗資料分析確定，無試驗資料時可按表選取,作物種類和生育階段有關(guān)。棉花、小麥等旱作物的耐淹能力較差，10cm，淹1天就會減產(chǎn)，6-7天就會死亡，一般旱作物10-15cm鹽水時間不超過2-3天,農(nóng)作物耐淹水深和耐淹歷時參考表,據(jù)此可以確定排水時間的問題,二、土壤水分過多與作物的防漬要求,除防止水淹要

3、求外，還應滿足控制和降低地下水位的要求。為了保證農(nóng)作物的正常生長，必須使農(nóng)田土壤具有適宜的含水率。這就是防漬排水要求。 降低地下水位、降低根系活動層土壤的含水量的措施叫除漬,a、治漬排水標準 耐漬時間與耐漬深度： 農(nóng)作物排漬標準是指農(nóng)作物不受漬害的農(nóng)田地下水排降標準，用耐漬時間與耐漬深度表示。耐漬深度是指作物要求的地下水埋深,b、耐漬時間和耐漬深度與作物品種及生育期有關(guān),治漬排水工程應以滿足農(nóng)作物全生育期要求的最大排漬深度為工程控制標準，一般可視作物根深不同而選用0.81.3m。 旱作區(qū)在漬害敏感期間可采用34d內(nèi)將地下水埋深降至0.40.6m； 稻作區(qū)在曬田期35d內(nèi)降至0.40.6m；淹灌

4、期的適宜滲漏率可選用28mm/d，粘性土取較小值，砂性土取較大值,三、地下水位過高與防止土壤鹽堿化 改良鹽堿土對農(nóng)田排水的要求,1、土壤水鹽運動理論 鹽隨水來，鹽隨水去。在耕層土壤中，鹽分隨水運動，呈動態(tài)變化，主要受蒸發(fā)和滲漏影響?？捎孟率奖硎荆?S=(ET-D)C,式中： S為土壤鹽分變化量 ET為時段內(nèi)騰發(fā)量 D為時段內(nèi)深層滲漏量 C為地下水鹽分濃度,防治鹽堿化排水標準的確定應符合下列規(guī)定： 1 ）深度：通常應以地下水臨界深度為工程設(shè)計標準，當采用小于臨界深度設(shè)計時，應通過水鹽平衡論證確定。2 ）時間：防治鹽堿化的排水時間一般可采用815d內(nèi)將地下水位降到臨界深度，并達到以下要求： a)在

5、預防鹽堿化地區(qū)，應保證農(nóng)作物各生育期的根層土壤含鹽量不超過其耐鹽能力。 b)在沖洗改良鹽堿土地區(qū)，應滿足設(shè)計土層深度內(nèi)達到脫鹽要求,2、防鹽堿排水標準,地下水臨界深度的概念,在一定的自然條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施條件下，為了保證土壤不產(chǎn)生鹽堿化和作物不受鹽害所要求保持的地下水最小埋藏深度，叫做地下水臨界深度。 影響因素：土壤質(zhì)地、地下水礦化度、氣象條件、灌溉排水條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施(耕作、施肥等)有關(guān),地下水臨界深度的確定,根據(jù)土壤質(zhì)地、地下水礦化度、降雨、灌溉、蒸發(fā)和農(nóng)業(yè)措施等因素，通過綜合試驗確定；也可根據(jù)不同自然條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，通過實地調(diào)查確定。當缺少上述資料時，可按表選用，或按下式近似估算：

6、 hk= hp + z,土壤毛管水 上升高度,安全超高,地下水臨界深度表(m,四、農(nóng)業(yè)耕作條件對農(nóng)田排水的要求,影響耕作質(zhì)量的主要自然因素是土壤的物理機械性，而土壤的水分狀況則是影響土壤物理機械性的重要條件。水分過少的土壤，土粒之間的粘結(jié)性很強，耕作費力，土塊不易破碎，耕作質(zhì)量差；土壤過濕則對耕作機械的粘著力增大，同樣耕作費力，而且過濕的土壤可塑性很大，耕作時會形成不易疏松的大土塊。因此，過干過濕均不利于耕作。一般在田間持水率的60%-70%較為適宜,第二節(jié) 田間排水溝的深度和間距,一、除澇田間排水溝 其任務是及時排除雨后多余的地表徑流。影響因素有大田蓄水能力、地面徑流過程、排水溝的間距和深度

7、等,大田蓄水能力:大田內(nèi)部攔蓄雨水的能力稱為大田蓄水能力。大田蓄水一般包括兩部分：一部分儲存在地下水面以上的土層中；另一部分補充了地下水，并使地下水位有所升高(不超過規(guī)定的允許高度，以免影響作物生長,排除地面水一般采用超蓄排水法，或超滲排水法，即在扣除大田蓄水或滲水之后多余的部分才要排除。因此,首先要確定大田能蓄多少水，以此確定排水溝的排水能力,一）、大田蓄水能力,通過大田蓄水能力主要解決排除水量的問題,V=H(max-0)+H1(s-max,在降雨量超過大田蓄能力后,就要及時排除,否則就會影響作物生長,排除水量：R=P-V,地下水位上升蓄水,在設(shè)計排水溝間距時，一般是以作物允許淹水歷時作為主

8、要參數(shù)之一,但作物淹水歷時必須以雨水滲入田間的限度（即大田蓄水能力）加以校核，如果根據(jù)大田蓄水能力確定的允許淹水歷時小于作物允許淹水歷時，則在設(shè)計間距時應采用根據(jù)大田蓄水能力確定的允許淹水歷時為依據(jù),式中：t為降雨歷時； T為允許淹水歷時 a為系數(shù)，0.3-0.8,入滲速度和入滲量公式,大田蓄水能力校核,大田蓄水能力對 排水溝的影響,二）、田面降雨徑流過程分析,排水溝及其間距對地面積水深度和積水歷時的影響,田面降雨徑流過程,三）、田間排水溝間距,田間排水溝如果布置過密，雖然排水效果好，但田塊分割過小，機耕不便，占地過多；相反，如排水溝的間距過大，則達不到除澇排水要求，影響作物正常生長,因此排水

9、溝的間距(如不考慮機耕及其他方面的要求)與降雨時的田面水層形成過程以及允許的淹水深度和淹水歷時、旱田蓄水能力有密切關(guān)系。設(shè)計中，在滿足作物要求的情況下盡量使間距大一些，以節(jié)省土地、工程量、方便農(nóng)事作業(yè),經(jīng)驗間距,單純排除地面水的排水溝溝深視排水流量而定，一般不超過O.81.Om。 兼有控制地下水位作用的明溝，其深度則視防漬和防鹽要求而定,綜合分析，田間排水溝的間距與田面降雨徑流過程、允許淹水歷時和旱田蓄水能力有關(guān)，情況復雜。實踐中，一般：北方地區(qū)農(nóng)溝一般間距多在150400m之間，毛溝間距為3050m。 南方地區(qū)末級排水溝間距多為100200m,二、控制地下水位的田間排水溝,地下水位的上升是造

10、成漬害和土壤鹽堿化的重要原因。為防治漬害和鹽堿化，在地下水位較高或有鹽堿化威脅的灌區(qū)，必須修建控制地下水位的田間排水溝，以便降低地下水位,b,c,a,無排水,1、無排水溝雨后地下水的升、降過程,一）、排水溝對地下水位的調(diào)控作用,a,b,有排水,2、有排水溝雨后地下水的升、降過程,二）、田間排水溝的深度和間距,排水溝的深度與間距之間有著密切的關(guān)系，在一定的條件下，為達到排水的要求，可以通過不同的溝深和間距組合來實現(xiàn),L2,L2,L2,h2,L1,s2,H,h1,D1,D2,S1,1、深度與間距的關(guān)系,L2,L2,L2,h2,L1,s2,H,h1,D1,D2,S1,2、排水農(nóng)溝設(shè)計步驟 D與L的確

11、定,設(shè)計排水農(nóng)溝時，首先根據(jù)作物要求的地下水埋深、排水農(nóng)溝邊坡穩(wěn)定條件、施工難易等初步確定排水農(nóng)溝的深度D，然后再確定相應的間距L。 D的確定：當作物允許的地下水埋深H一定時，排水農(nóng)溝的深度D可用下式表示,D=H+h+S,D=H+h+S,D=H+h+S,式中 H作物要求的地下水埋深，m； h當兩溝之間的中心點地下水位已降至H時，地下水位與溝水位之差。此值視農(nóng)田土質(zhì)與溝的間距而定，一般不小于0.20.4m； S排水農(nóng)溝中的水深，排地下水時溝內(nèi)水深很淺，一般取0.10.3m,排水溝間距L的確定 由于影響田間排水溝間距的因素錯綜復雜，目前主要是根據(jù)試驗資料和實踐經(jīng)驗來制定。根據(jù)我國一些地區(qū)試驗資料分

12、析統(tǒng)計，不同土質(zhì)、不同溝深時滿足旱作物控制地下水位要求的排水溝間距的大致范圍，可供參考,a、結(jié)合除澇的田間排水溝,一般采用明溝形式。既要考慮除澇排漬的要求，又要考慮夠到占地和機械耕作的要求，綜合分析確定。 一般農(nóng)溝深1.5-2m，間距長100-200m，或深2-3m，間距長200-400m,b、控制地下水位的排水溝,可以參考下表,c、鹽堿化地區(qū)的排水溝,地下水位要降到安全深度一下，達到控制鹽堿的目的?？梢詤⒖枷卤?3、影響排水溝深度和間距的因素,在一定的排水溝深的條件下，要求的排水溝間距與土層的導壓系數(shù)（水位傳導系數(shù)） ： kH/ 有著十分密切的關(guān)系,k為土壤的滲透系數(shù) H為含水層平均厚度 為

13、土壤的給水度,1）導壓系數(shù),土壤、蒸發(fā)、地下水補給、地下水含水層厚度、排水時的水的流態(tài)均影響排水溝深度和間距,與L的關(guān)系 值愈大，排水溝(管)的間距可愈大，亦即土壤滲透系數(shù)愈大，含水層厚度愈大，土壤給水度愈小，滿足一定地下水位控制要求的排水溝間距可愈大； 反之，土壤滲水性愈差(土壤愈粘重)，含水層厚度愈小，土壤給水度愈大，排水溝間距愈小,2）排水溝(管)的深度D與 地下水的下降值H關(guān)系,在同一排水溝間距L的情況下，溝深愈大，地下水下降愈快；反之，溝深愈小，地下水下降愈慢。 在允許的時間內(nèi)要求達到的地下水埋藏深度H一定時，排水溝的間距L愈大，需要的深度D也愈大；反之，排水溝的間距L愈小，要求的深

14、度也愈小,3）排水溝間距L與地下水的下降值H關(guān)系,在同一排水溝深度D的情況下，排水溝的間距L愈小，地下水下降速度愈快，在一定時間內(nèi)地下水的下降值愈大； 反之，排水溝的間距愈大，地下水下降愈慢，在規(guī)定時間內(nèi)地下水的下降值也愈小,第三節(jié) 田間排水系統(tǒng)的布置,一、田間排水方式與布置形式 1、排水方式 1）明溝排水 2）暗管排水 3）豎井排水,2、田間排水溝布置形式,排水溝的布置一般與灌渠結(jié)合布置分別有相鄰、相間、合一等形式；溝、渠、路、林的布置形式在渠道布置中已介紹，這里都不再講,在易旱易澇易堿地區(qū),在要求控制地下水位的末級排水溝間距為100150m時，則在田間可以僅設(shè)毛溝。 農(nóng)溝及毛溝均應起控制地

15、下水位的作用，毛溝深度一般至少1.01.2m，農(nóng)溝則應在1.21.5m以上。 如要求的末級排水溝間距在3050m以下，則在農(nóng)田內(nèi)部采用兩級排水溝(毛溝、小溝,二、田間明溝排水系統(tǒng)布置要求,排水農(nóng)溝的縱坡主要決定于地形坡度。為了排水通暢和防止沖刷，其縱坡一般為0.0040.006，最大不得超過0.01。橫斷面一般為梯形，邊坡視土質(zhì)而定。 為了滿足施工和管理要求，溝底寬度一般不小于0.30.5m。 農(nóng)業(yè)機械作業(yè)對排水要求的排漬深度，一般應控制在0.60.8m。因為如果土壤太濕，農(nóng)業(yè)機械無法耕作,三、地下暗管排水系統(tǒng),地下排水暗管(溝)在我國南北方地區(qū)有不同程度的發(fā)展。 采用地下水排水系統(tǒng)已成為當前

16、一種發(fā)展趨勢。暗管排水可減少占用耕地，提高土地利用率，增大明溝控制面積，有利機械耕作，無塌坍和長草等問題，易于管理，節(jié)省勞力，土方工程量少，便于機械化施工。暗管排水雖有工程造價高，一次性投資大等缺點,一)暗管排水系統(tǒng)的組成和布置,1暗管排水系統(tǒng)的組成 吸水管; 集水管(溝)、 檢查井、 集水井,2、暗管排水系統(tǒng)的布置原則,根據(jù)灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范（GB50288-99)規(guī)定，暗管排水要遵循以下原則： 1）吸水管要有足夠的吸聚地下水的能力，管線平面布置宜相互平行，與地下水流動方向的夾角不宜小于40度。 2）集水管宜順地面坡向布置，與吸水管夾角不小于30度。 3）各級排水暗管的首端與相應上一級灌

17、溉渠道的距離不宜小于3米。 4）吸水管長度超過200m，集水管長度超過300m是要設(shè)檢查井,3、暗管系統(tǒng)的布置形式,暗管布置有以下幾種形式： 單管式 復管式 不規(guī)則式,1）單管暗管排水系統(tǒng),2）復管暗管排水系統(tǒng),二)暗管排水系統(tǒng)的設(shè)計,暗管的設(shè)計包括暗管深度和間距的確定，管材和外包材料的選擇，管徑、流量和坡降的確定等。 田間末級排水管(溝)深度和間距的確定在前面進行了介紹，以下僅對暗管設(shè)計的其他問題進行論述,1、暗管的管材,1)當?shù)夭牧瞎懿?1)瓦管。 2)石屑水泥管 3)水泥土管 4)其他管材,2)塑料管,塑料管具有重量輕、耐磨蝕、易于搬運和鋪設(shè)，且聯(lián)結(jié)簡便等特點，目前在國外已得到廣泛采用。

18、 塑料管多由聚乙烯(PEPolyethylene)和聚氯乙烯(PVC一Polyvinyl Chloride)材料制成，后者由于抗壓強度大，且造價較低，應用更為普遍,塑料管按外形分有光滑管、波紋管和塑料片等三種。 目前應用最多的為波紋管。波紋管有平行環(huán)狀、單螺紋和雙螺紋三種。 波紋管由于水流糙率n值的增大(由O.002增至O.0140.016)，在通過相同流量時管徑須增大20。但因光滑管厚度大，在相同輸水能力的情況下，波紋管與光滑管的每米造價幾乎是相等的,2、暗管的外包濾料,它的作用是阻止土壤顆粒進入暗管，以避免沉淀和暗管阻塞，穩(wěn)定暗管周圍的土壤，改善暗管通道的滲水能力，以提高暗管的排水功能。

19、充填在暗管周圍，主要用于防止土壤中的細顆粒進入暗管的外包層一般稱為濾層；主要用于改善暗管的滲透性能而放置在暗管上部或周圍的外包層稱為裹層,外包濾料的材料，一般有有機材料，無機材料和合成材料等三大類。 有機材料多采用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，如稻草，稻殼，麥秸，棕皮，椰衣、蘆葦、鋸末等，我國應用較多的為稻草，日本應用較多的為稻殼。這類材料可就地取材，價格低廉，因此，應用比較普遍. 稻草在埋管初期可以有效地阻止細顆粒土壤進入暗管，雖經(jīng)一定時期(如23年)會腐爛，但此時已形成穩(wěn)定的濾水層，可保證暗管正常的排水功能,無機材料包括砂、碎石、貝殼等，這些材料耐久性極好，只要級配得當，它適合于各種暗管的透水防砂要求，但它有重量大、用量多、運輸和施工不便，且投資較高等缺點。 合成材料主要是化纖制品，有粒狀、片狀和碎屑狀等多種，但應用較多的