農(nóng)田水利學(xué)科 田間排水參考文檔

1、第七章,田間排水,本章需要掌握如下內(nèi)容：田間排水任務(wù)、農(nóng),作物對(duì)農(nóng)田排水的要求、排水溝的調(diào)控原理,以及達(dá)到這些要求而修建的田間排水系統(tǒng)的,規(guī)格、布置、結(jié)構(gòu),一、農(nóng)田灌溉與排水的關(guān)系,灌溉與排水是調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況的兩種主要措施,干旱”，農(nóng)田水分不足，影響農(nóng)作物生長(zhǎng),解決辦法：適時(shí)適量的灌溉,農(nóng)田水分長(zhǎng)期過多或地面長(zhǎng)期積水，造成作物生長(zhǎng),不良，甚至窒息死亡,土壤水分過多，地下水位及地下水礦化度過高，排,水不良等因素，常常引起土壤的沼澤化和鹽堿化,解決辦法：除澇降漬,澇害和漬害,何為澇？何為漬,澇災(zāi),waterlogging,問題：澇災(zāi)與洪災(zāi)的區(qū)別,定義：降雨過多形成旱地積水或水田淹水過深而造成,作

2、物減產(chǎn)或失收的災(zāi)害,漬災(zāi),subsurface waterlogging,定義：因地下水位過高或連續(xù)陰雨致使土壤過濕而危,害作物正常生長(zhǎng)的災(zāi)害,澇災(zāi)：當(dāng)?shù)亟涤暌鸬孛娣e水,洪災(zāi)：客水入境引起地面積水,成因,自然原因,1,降雨過多或陰雨連綿,2,地下水位過高，如濱湖地區(qū),3,耕層滯水,有粘土隔層,4,地勢(shì)低洼，如興化、建湖、泰縣溱潼鎮(zhèn)等地,人為因素,1,重灌輕排,2,工程不配套，大水漫灌、串灌串排,思考：漬與澇的區(qū)別,漬：無(wú)地表積水,澇：有地表積水,澇害和漬害,鹽害,waterlogging,定義：土壤中含可溶性鹽過多，使作物吸水困難，從,而影響作物正常生長(zhǎng)的災(zāi)害,中性鹽,Nacl,Na2SO,

3、4,等過多，稱鹽土,堿性鹽,NaCO,3,NaHCO,3,等過多稱堿土，或鹽堿土,鹽堿地形成條件,1,地下水含鹽量大,2,地下水位過高,3,鹽分積累,次生鹽堿地,由于灌溉不當(dāng)（過量灌水，或只灌不排）引,起地下水位上升，形成鹽堿地稱為次生鹽堿地,分布,干旱、半干旱地區(qū),濱海地區(qū),灌溉排水的目的不同,灌溉：興利,排水：去害,工程規(guī)劃方面,系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)方法相同,二、農(nóng)田排水存在的問題、解決措施和研究方法,存在問題,南方低洼水網(wǎng)地區(qū)：地下水排水不暢，地下水位高,西北干旱地區(qū)、華北半干旱地區(qū)及北方沿海濱海地,區(qū)：降水少，土質(zhì)松，蒸發(fā)強(qiáng)度大，表面積鹽堿化,灌溉不合理也造成鹽堿化和沼澤化,解決措施,加強(qiáng)排

4、水研究，控制地下水動(dòng)態(tài),研究方法,排水問題屬非穩(wěn)定流范圍，可采用室,內(nèi)模擬，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，理論研究,三、農(nóng)田排水系統(tǒng)的任務(wù)和組成,任務(wù),澇”，降雨過多形成旱地積水或水田淹水過深而造,成作物減產(chǎn)或失收的災(zāi)害。排除澇水是農(nóng)田排水的首,要任務(wù)，這種排水稱為,除澇排水,又稱,排地面水,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，排除由于暴雨產(chǎn)生的田面積水,減少淹水時(shí)間、深度，保證作物正常生長(zhǎng),除澇,降漬,漬”，由于雨后平原坡度較小的地區(qū)和低洼地，在,排除地面積水以后，地下水位過高，根系活動(dòng)層土壤,含水率太大，通氣不良，有機(jī)質(zhì)不能充分分解，作物,能夠吸收的礦物質(zhì)養(yǎng)料不足；作物根系呼吸困難，甚,至在缺氧情況下產(chǎn)生甲醇、硫化氫等有毒物質(zhì)，

5、造成,作物減產(chǎn)，甚至死亡，這種排水稱為,防漬排水,控制和降低地下水位,防止土壤鹽堿化,土壤的鹽堿化”，在我國(guó)廣大干旱半干旱地區(qū)，當(dāng),地下水位過高，地下水礦化度也較高時(shí)，由于潛水蒸,發(fā)強(qiáng)度大，水分蒸發(fā)后，鹽分累積在土壤表層，造成,土壤的鹽堿化，這是農(nóng)田自然災(zāi)害的又一種重要形式,降低地下水位，減少潛水蒸發(fā)，是解決鹽堿災(zāi)害的一,種有效措施,降低地下水位又必須通過排水來實(shí)現(xiàn),這種情況的排水稱為,防止土壤鹽堿化的排水,它與防漬排水是排除地下水的兩種主要形式,易于耕作,組成,田間排水溝、集水排水溝、主干排水溝,第一節(jié),農(nóng)作物對(duì)農(nóng)田排水的要求,農(nóng)作物對(duì)農(nóng)田排水的要求，可概括為,排除,多余的地面徑流,和,控制

6、地下水位,一,農(nóng)田對(duì)除澇排水的要求,農(nóng)作物對(duì)田面積水有一定的限度，超過允,許的,耐淹歷時(shí),和,耐淹深度,輕則減產(chǎn)、重則死,亡，所以，應(yīng)及時(shí)排除地表積水,1,原因：田面積水多、時(shí)間長(zhǎng),影響作物對(duì)氧氣的吸收，使作,物在無(wú)氧的條件下呼吸，產(chǎn)生的,乙醇可使作物中毒死亡,2,耐淹深度和耐淹歷時(shí)有關(guān)的因素,作物品種,生育階段,土壤質(zhì)地,氣候條件,不同作物、同一種作物不同生育階段耐淹能力不同,二、農(nóng)田對(duì)防漬排水的要求,1,在旱田中，地下水位過高，作物就會(huì)受到漬害而減產(chǎn),因此，田間排水工程還應(yīng)滿足防漬的要求，使根系層,土壤保持適宜的含水率,與作物所要求的地下水埋深有關(guān)的因素,作物種類,生育階段,土壤性質(zhì),二、

7、農(nóng)田對(duì)防漬排水的要求,2,1,麥類,播種幼苗期,H=0.5m,左右，以便利用毛管上升水,返青、拔節(jié),H=0.8,1.0m,根系發(fā)育后,H1.0,1.2m,2,水稻,曬田期,3,5,天,5,7,天,H=0.4,0.6m,其它時(shí)期：適當(dāng)、以利通氣,收割后,H=0.6,0.8m,三、防止土壤鹽堿化和改良鹽堿土對(duì),農(nóng)田排水要求,1,土壤中的鹽分主要是隨水分而運(yùn)動(dòng),積鹽”：蒸發(fā)條件下，由于毛管作用，鹽分隨水,分上升，水分蒸發(fā)后，鹽分則留在土壤表層,脫鹽”：降雨和灌水時(shí)，入滲的水流夾帶表層的,鹽分向深度移動(dòng)，使表層鹽分逐漸降低,所以，在某一季節(jié)內(nèi)，土壤的積鹽和脫鹽取決于,蒸發(fā)和入滲條件,三、防止土壤鹽堿化

8、和改良鹽堿土對(duì),農(nóng)田排水要求,2,蒸發(fā)強(qiáng)度與氣象條件和,地下水埋深,有關(guān)。埋深越,小，蒸發(fā)強(qiáng)度越大；越干旱，蒸發(fā)強(qiáng)度大，表層積鹽,快，易形成鹽堿化,降雨和灌溉的入滲強(qiáng)度也與地下水位有關(guān)，地下,水位越高，土壤含水量越大，入滲速度越小，所以帶,入深層鹽分越小，因而土壤不易脫鹽,三、防止土壤鹽堿化和改良鹽堿土對(duì),農(nóng)田排水要求,3,土壤的積鹽和脫鹽都與地下水埋深有關(guān)。這樣就,存在一個(gè)臨界地下水埋深問題,臨界深度,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，叫地下水臨界深度,有關(guān)因素：地下水礦化度；氣象條件,灌排條件,農(nóng)技措施,土壤性質(zhì)

9、,治鹽要求：地下水埋深,地下水臨界埋深,四、農(nóng)業(yè)耕作條件對(duì)農(nóng)田排水的要求,機(jī)械適宜下田的土壤含水率為,60,70,田,也與機(jī)械種類有關(guān),國(guó)外資料,1,履帶拖拉機(jī)H0.4,0.5m,2,輪式拖拉機(jī)H0.5,0.6m,黑龍江省哈陽(yáng)農(nóng)場(chǎng)在鹽堿化黑鈣土上的試驗(yàn)資料,3,當(dāng)重型拖拉機(jī)帶動(dòng)聯(lián)合收割機(jī)時(shí)，允許的最大土,壤含水率為干土重的,30,32,最小埋深,0.9,1.0m,五、澇、漬、鹽治理,一）除澇,1,水利措施,1,修建排水工程、挖溝、疏河、建閘、站等,2,排滯并舉,2,農(nóng)業(yè)措施,1,易澇地區(qū)種耐澇作物,2,局部洼地可作蓄澇養(yǎng)殖區(qū),二）防漬,1,水利措施,1,修建排水工程，明溝、暗管（鼠道）、豎井排

10、水,2,控制河網(wǎng)水位，從而控地下水位,3,節(jié)水灌溉,4,灌排分開，水旱分開,2,農(nóng)業(yè)措施,1,改良土壤，消除滯水層（深耕曬垡、增施有機(jī)肥,2,種植耐漬品種，（如圩區(qū)應(yīng)種水稻、不種棉花,3,生物排水（沿溝、沿路種養(yǎng)、灌木、有利降地下水位,三）防鹽（降鹽、壓鹽,1,水利措施,1,興建排水工程,降低度地下水位，有良好排水設(shè)施的前,提下，大定額灌溉（洗鹽,注：只灌不排則有可能產(chǎn)生次生鹽堿化,2,地表水地下水聯(lián)合運(yùn)用,2,農(nóng)業(yè)措施,1,種水稻，是改良鹽堿地的一個(gè)重要方法,2,種植耐鹽作物,3,化學(xué)措施：施用石膏,CaSO,4,呈酸性），使堿土變成硫,酸鈉鹽土，從而減輕危害,排水系統(tǒng)的類型,除澇：水平排水

11、（明溝、暗溝、暗管,控制地下水位：降漬、防治鹽堿化,水平排水,垂直排水（豎井,第二節(jié),排除地面水的水平排水系統(tǒng),一、大田蓄水能力,降雨形成的多余的地面水除了利用排水溝道排,除外，還應(yīng)該利用田塊本身及田塊上的溝、畦、格田,等、攔蓄一部分雨水，但攔蓄的能力是有一定限度的,這種限度叫,大田蓄水能力,包括兩部分：一部分儲(chǔ)存在地面以下的土層中,另一部分補(bǔ)充了地下水，并使地下水位有所升高。大,田蓄水能力計(jì)算公式為,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（與土壤體積之比,o,降雨前地下水位以上土

12、層平均含水率,H,1,降雨后地下水允許上升高度，視地下水排水標(biāo)準(zhǔn)定,m,s,飽和含水率,給水度,一、大田蓄水能力,水田,二、田面降雨徑流過程,1,降雨時(shí),P,i,入滲,產(chǎn)生徑流,2,田面具有坡降，水由首端向下游匯流,3,匯流面積越大，水層越深。單位寬度下，匯流路徑越長(zhǎng)深度越大,4,排出田面水層所需時(shí)間越長(zhǎng),由此可知，田間排水溝間距越小，向溝內(nèi)匯流時(shí)間越短，排除時(shí)間越快,作物淹水深度小，淹水時(shí)間短,三、田間排水溝深度和間距,田間排水溝是指排水系統(tǒng)中末級(jí)固定排水溝。一般指農(nóng)溝,少數(shù)地區(qū)有毛溝,農(nóng)溝間距越密，地塊越小、排水效果好，但耕作不便。相,反，則達(dá)不到除澇排水的要求，因此，田間排水溝間距和耐淹

13、,深度、耐淹歷時(shí)有關(guān),i,i,1,t,i,1,t,土壤滲吸速度,I,i,1,1,t,1,i,0,t,1,入滲總量,三、田間排水溝深度和間距,在降雨歷時(shí)和淹水時(shí)間,t,和,t,T,內(nèi),I,i,0,t,T,1,V,才能滿,足不設(shè)溝的要求,如果根據(jù)大田蓄水能力確定的允許淹水歷時(shí)小于作物允,許淹水歷時(shí)，則在設(shè)計(jì)排水溝間距時(shí)，應(yīng)采用根據(jù)大田蓄,水能力確定的允許淹水歷時(shí)為依據(jù),三、田間排水溝深度和間距,1,間距,末級(jí)固定排水溝的間距，要根據(jù)田間作業(yè)對(duì)田塊的要,求，結(jié)合田間灌溉渠道的規(guī)劃布置統(tǒng)一考慮確定。目,前，沒有理論公式可計(jì)算，一般視經(jīng)驗(yàn)而定。北方末,級(jí),農(nóng),溝間距,1,00,400m,南,方,地,區(qū),

14、農(nóng),溝,間,距,多,為,100200m,2,溝深,排地表水的溝深由排水流量確定，一般不超過,0.8,1.2m,第三節(jié),控制地下水位的水平排水系統(tǒng),控制農(nóng)田地下水位的目的,有效排除漬害,防止土壤鹽堿化,控制地下水位的田間工程形式,水平排水：明溝、暗管,垂直排水：豎井,第三節(jié),控制地下水位的水平排水系統(tǒng),一、排水溝對(duì)地下水位的調(diào)控作用,地下水變化過程,排水溝對(duì)地下水位的控制作用,有排水,無(wú)排水,上升過程,下降過程,結(jié)論：田間排水溝在降雨過程中可以減少地下水位的,上升，雨停后又可以加速地下水的排除和地下水位的,回落，因而對(duì)于控制地下水位可以起到重要作用,滿足排水要求的排水溝深度和間距的關(guān)系，兩者互為

15、消長(zhǎng),深度一定，間距小，地下水回落快且下降值大；反之,間距一定，深度大，地下水回落快；反之,一定時(shí)間內(nèi)要求達(dá)到的地下水埋深一定時(shí)，間距大，需要,的深度大；反之,二、控制地下水位要求的排水溝的深度和間距,排水溝深度一定，排水溝間距與排水農(nóng)田的,土壤質(zhì)地,含水層的特征,有關(guān),實(shí)測(cè)資料表明,排水溝深度一定，間距與土層的導(dǎo)壓系,數(shù)關(guān)系密切,k,土層的滲透系數(shù),含水層平均厚度,給水度,土層的導(dǎo)壓系數(shù),值愈大，排水溝間距可愈大，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,確定方法,1,實(shí)測(cè)與調(diào)查,a,原則,設(shè)計(jì)排水農(nóng)溝時(shí)，一般首先根據(jù)作物要求,的地下

16、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，然后再確定相應(yīng)的間距,b,當(dāng)作物允許的地下水埋深,H,一定時(shí)，排水農(nóng)溝的深度,D,可用下式表示,D,H,h,S,H,為作物要求的地下水埋深,m,h,為當(dāng)兩溝之間中心點(diǎn)的地下水位降至,H,時(shí)，地下水位,與溝水位之差。視土質(zhì)與溝的間距而定，一般不小于,0.20.3m,S,為排水農(nóng)溝中的水深，排地下水時(shí)一般取,0.1-0.2m,c,調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況,排水農(nóng)溝的間距，應(yīng)通過試驗(yàn)或參照當(dāng)?shù)鼗蛳嗨频貐^(qū)的,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以確定,末級(jí)固定排水溝間距與溝深經(jīng)驗(yàn)值,南方各省,排水農(nóng)溝深度：水田,0.81.5m,旱作,1.52.0m,溝間距：一般在,60,20

17、0m,范圍內(nèi)，視土壤質(zhì)地而異,在鹽堿化地區(qū),排水溝的深度和間距，要滿足控,制和降低地下水位的要求，且要能達(dá)到脫鹽和改良鹽,堿土的預(yù)期效果,沖洗改良階段，為了加速土壤脫鹽，可采用深淺,溝相結(jié)合的辦法。在深溝控制地段，加設(shè)深,1m,左右的,臨時(shí)性淺溝,毛排,待土壤脫鹽后再行填平,2,排水溝間距的理論計(jì)算（缺乏實(shí)測(cè)和調(diào)查資料,不透水層位于有限深度,HL,H,1,地下水運(yùn)動(dòng)的基本方程,取排水溝水面與溝軸線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，以距原點(diǎn),x,及,x+dx,的斷,面,I,I,之間，排水溝單位長(zhǎng)度（單寬,1m,進(jìn)行分析,2,恒定流計(jì)算公式,在雨季由于長(zhǎng)期降雨，排水溝控制范圍內(nèi)入滲水量等,于排出水量，使兩溝之間地下水

18、位不隨時(shí)間變化，此,時(shí)兩溝間的地下水流近似于穩(wěn)定流動(dòng),完整井,非完整井,不透水層位于無(wú)限深度,HL,H,第四節(jié),田間排水系統(tǒng)的布置與結(jié)構(gòu),一、田間明溝排水系統(tǒng),明溝排水,就是建立一套完整的地面排水系統(tǒng)，把地上、地,下和土壤中多余的水排走，控制適宜的地下水位和土壤水分,按照排水任務(wù)的不同，可分為,3,種明溝排水系統(tǒng),除澇,排地面積水,防漬、防止土壤鹽堿化,控制地下水位,等,明溝排水的特點(diǎn),是排水速度快,尤其是排地面水,排水效,果好，但明溝排水工程量大、地面建筑物多、占地面積大、溝,坡易坍塌且不易保持穩(wěn)定，不利于交通和機(jī)械化耕作等缺點(diǎn),田間明溝排水系統(tǒng),末級(jí)固定溝,農(nóng)溝,所控制的條田內(nèi)部,溝系,田

19、間明溝排水系統(tǒng)的布置,由于各地區(qū)的自然條件不同，田間排水系統(tǒng)的組成和布置,也有很大差別，必須根據(jù)具體情況，因地制宜進(jìn)行規(guī)劃布置,田間排水系統(tǒng)布置涉及到灌溉、交通、林網(wǎng)、輸電線路以,及居民點(diǎn)等整體規(guī)劃布局，必須因地制宜，抓住主要矛盾，全,面規(guī)劃，統(tǒng)籌安排,例如地勢(shì)低洼的平原地區(qū)，主要矛盾是排澇，必須首先考,慮排水系統(tǒng)的布置，以排水系統(tǒng)為基礎(chǔ)，再結(jié)合布置灌溉系統(tǒng),農(nóng)村道路和林網(wǎng)等。同時(shí)要注意少占耕地和節(jié)省工程量。溝,渠、路、林配置應(yīng)做到有利于排灌，有利于機(jī)耕，有利于運(yùn)輸,有利于田間管理，不影響田間作物光照,1,灌排相鄰布置,在單一坡向地形，灌排一致的地區(qū)，灌,溉渠道和排水溝一般是相鄰布置。有溝,渠

20、,路，溝,路,渠,路,溝,渠三種形式，前二種是常用形式,2,灌排相間布置,在地形平坦或有一定波浪狀微起伏的地,區(qū)，灌溉渠道布置在高處，向兩側(cè)灌水，排水溝布置在低處,承受兩側(cè)來水。主要形式有一路二溝（渠），一溝（渠）二路,一渠（溝）一路,3,灌排合一,在沿江濱湖的圩垸水稻地區(qū)為了節(jié)省土地和,工程量，常把末級(jí)固定排水溝和末級(jí)固定灌溉渠道合為一條,北方地區(qū)也有這么布置的。這種形式一般不宜采用,二、暗管排水系統(tǒng),什么是暗管排水,暗管排水是在地下埋設(shè)管壁有多孔或縫隙的管道，排除土壤,中多余的水分，降低地下水位、以利于農(nóng)作物生長(zhǎng)的防漬排水,措施,地下暗管排水示意圖,暗管排水系統(tǒng)工作程序,暗管排水的特點(diǎn),優(yōu)

21、點(diǎn),與明溝排水比較,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,有利于交通和田間機(jī)械化作業(yè)等,可避免因溝坡坍塌，溝深不易保持等缺陷,與豎并排水相比,能有效地解決水平不透水隔層排水問題,在自然地形許可的地區(qū)，可自流排水，節(jié)省能源,缺點(diǎn),易淤塞；投資高,3,暗管排水系統(tǒng)的組成和分類,1,組成,吸水管,管壁上有孔眼或縫隙、外包濾料的管道。土壤中,過多的水通過管壁上的孔眼或縫隙進(jìn)入管內(nèi)。外包濾料的,作用是防止泥沙進(jìn)入吸水管內(nèi)，并加大導(dǎo)水性，加大出水,量,集水管,一般是不透水管，匯集吸水管中的水流，并輸送,至排水明溝排走,檢查井,觀測(cè)暗管的水流情況，進(jìn)行檢修和清淤,出口控制建筑

22、物,調(diào)節(jié)和控制暗管水流,不能自流排水時(shí)設(shè)置,抽排泵站,2,類型,單級(jí)暗管排水系統(tǒng),只布置吸水,管，吸水管的出水口伸向明溝,我國(guó)南方平原湖區(qū)因河網(wǎng)較密,大多采用這種形式,優(yōu)點(diǎn)：布局簡(jiǎn)單，較易施工，投資少，便于檢修,缺點(diǎn)：出水口較多，易損壞,多級(jí)暗管排水系統(tǒng),除吸水管以外，還有,12,級(jí)以上的集水,暗管,優(yōu)點(diǎn)：大大減少了明溝，因此節(jié)約了耕地，有利于機(jī)械化耕作,缺點(diǎn)：布置復(fù)雜，增加了檢查井?dāng)?shù)量，投資也較大，某段管道,堵塞影響范圍較大。暗管出口埋深大或需抽排泵站,吸水管與集水管正交連接,布置形式,吸水管與集水管銳角斜交連接,不規(guī)則布置,適用于地勢(shì)平坦，田塊規(guī),則的平原湖區(qū)和土地平整,良好的山丘沖壟地區(qū)

23、,適用于地形開闊沖谷,兩側(cè)坡度比較一致的,山丘地區(qū)，通常將集,水管,溝,沿洼地或山?jīng)_,的軸線布置,適用于一些地形條件,復(fù)雜的山丘地區(qū),暗管管材的選用,1,選用要求,應(yīng)選用經(jīng)濟(jì)、適用和耐久的管材,2,常用管材,波紋塑料管,內(nèi)經(jīng)有,5570mm,等，有彈性、可撓曲，每,盤長(zhǎng)約,100m,每米管的進(jìn)水面積,3000mm,左右，適作吸水,管。上海市塑料制品研究所制成功，已批量生產(chǎn),外包土工織物波紋排水管,PP/PE,過濾型塑料水管,瓦管,內(nèi)經(jīng),60100mm,圓形或外方內(nèi)圓形，每節(jié)長(zhǎng),0.30.6m,適宜作吸水管，管壁不開孔，利用管接縫進(jìn)水,排水效果好且造價(jià)低，使用年限比較短,其它剛性材料管,如水泥土管、水泥砂漿管