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1、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一、农田对除涝排水的要求一、农田对除涝排水的要求二、农田对防渍排水的要求二、农田对防渍排水的要求三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水的要求农田排水的要求四、农业耕作条件对农田排水的要求四、农业耕作条件对农田排水的要求一、农田对除涝排水的要求一、农田对除涝排水的要求第一节第一节 农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求淹水时间淹水时间淹水深度淹水深度20406080100024681012减产百分数减产百分数（%）淹水天数（淹水天数（d）
2、淹水深度淹水深度0.3m淹水深度淹水深度0.5m二、农田对防渍排水的要求二、农田对防渍排水的要求第一节第一节 农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求土壤含水率过高土壤含水率过高地下水位过高地下水位过高不同的作物不同的生不同的作物不同的生长季节对地下水位有长季节对地下水位有不同的要求不同的要求水稻对地下水位也有水稻对地下水位也有一定的要求一定的要求二、农田对防渍排水的要求二、农田对防渍排水的要求第一节第一节 农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求降雨后允许地下水位有短暂的上升，但上降雨后允许地下水位有短暂的上升，但上升高度和持续时间不能超过一定的限度升高度和持续时间不能超过一定的限度
3、二、农田对防渍排水的要求二、农田对防渍排水的要求第一节第一节 农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求30cm作物产量不仅受一次降雨后地下水位上作物产量不仅受一次降雨后地下水位上升的影响，也与在一定季节超过某一地升的影响，也与在一定季节超过某一地下水位高度的持续时间有关。下水位高度的持续时间有关。SEWx 一定统计期内地下水位埋深超一定统计期内地下水位埋深超过某一限定深度过某一限定深度x的累积值。的累积值。SEW30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三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水的要求农田排水的要求第一节第一节 农作物对农田
4、排水的要求农作物对农田排水的要求土壤盐碱化的原因土壤盐碱化的原因气象条件气象条件土壤盐分土壤盐分地下水位及含盐量地下水位及含盐量土质土质三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水的要求农田排水的要求北方地区采用的地下水临界深度（单位：北方地区采用的地下水临界深度（单位：m）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在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为保证在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为保证土壤不产生盐碱化和作物不受盐害所要求保持的地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下水最小埋藏深度地下水临界深度地下水临界深度三
5、、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水的要求农田排水的要求第一节第一节 农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求四、农业耕作条件对农田排水的要求四、农业耕作条件对农田排水的要求机械耕作要求的地下水最小埋深机械耕作要求的地下水最小埋深农业耕作要求的根系吸水层土壤含水率农业耕作要求的根系吸水层土壤含水率:小于田间持水率的小于田间持水率的60-70%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、田面降雨径流过程二、田间排水沟间距二、田间排水沟间距第二节第二节 排除地面水的水平排水系统排除地面水的水平排水系统大田蓄水大田蓄水地
6、表排水地表排水旱地大田蓄水旱地大田蓄水第二节第二节 排除地面水的水平排水系统排除地面水的水平排水系统地下水面以上的土层蓄水地下水面以上的土层蓄水补充地下水补充地下水大田蓄水能力大田蓄水能力田块内部拦蓄雨水的能力田块内部拦蓄雨水的能力降雨前地下水埋深降雨前地下水埋深降雨后地下水降雨后地下水允许上升高度允许上升高度第二节第二节 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、田面降雨径流过程水水层层深深0降雨历时降雨历时排水历时排水历时时间时间II二、田间排水沟间距二、田间排水沟间距第二节第二节 排除地面水的水平
7、排水系统排除地面水的水平排水系统排涝要求的田间排水沟间距要满足允许淹水排涝要求的田间排水沟间距要满足允许淹水深度和允许淹水时间的要求。深度和允许淹水时间的要求。一般以允许淹水时间作为主要设计依据，以一般以允许淹水时间作为主要设计依据，以大田蓄水能力校核淹水历时。大田蓄水能力校核淹水历时。降雨历时降雨历时允许淹水时间允许淹水时间(地面排水时间地面排水时间)北方地区北方地区:农沟农沟:150-400m毛沟毛沟:30-50m南方地区南方地区:农沟农沟:100-200m实际生产中实际生产中,田间排水沟间距要同时考虑除涝、田间排水沟间距要同时考虑除涝、排渍、防治盐碱化和机耕的要求确定排渍、防治盐碱化和机
8、耕的要求确定第二节第二节 排除地面水的水平排水系统排除地面水的水平排水系统第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统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一、排水沟对地下水位的调控作用二、控制地下水位要求的排水沟二、控制地下水位要求的排水沟（管）的深度和间距（管）的深度和间距三、控制水田渗漏量要求的排水沟三、控制水田渗漏量要求的排水沟（管）的间距（管）的间距第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统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一、排水沟对地下水位的调控作用0时间时间地下水埋深地下水埋深无排水时无排水时有排水时有排水时田间排水沟在降雨过程中可以减少地下水
9、位的上升，雨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停后又可以加速地下水的排除和地下水位的回落二、控制地下水位要求的排水沟二、控制地下水位要求的排水沟（管）的深度和间距（管）的深度和间距第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统D1L1S1h1HL2L2L2D2S2h2H满足一定排水要求的排水沟深度和间距有着满足一定排水要求的排水沟深度和间距有着密切的关系密切的关系第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统设计农沟时，一般先根据作物要求的地下水设计农沟时，一般先根据作物要求的地下水埋深、农沟边坡稳
10、定条件、施工难易等初步埋深、农沟边坡稳定条件、施工难易等初步确定农沟深度，再确定相应的间距确定农沟深度，再确定相应的间距排水沟的间距与土层的导压系数排水沟的间距与土层的导压系数有很密切的关系有很密切的关系一般通过试验或经验确定，也可通过计算确定一般通过试验或经验确定，也可通过计算确定第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的田间排水沟间距控制地下水位的田间排水沟间距南方排水暗管埋深与间距经验数值南方排水暗管埋深与间距经验数值第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统盐碱化地区末级排水沟的沟深和间距盐碱化地区末级排水沟的沟深和间距第三
11、节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统排水沟间距的计算排水沟间距的计算不透水层位于有限深时不透水层位于有限深时恒定流计算公式恒定流计算公式非恒定流计算公式非恒定流计算公式不透水层位于无限深时不透水层位于无限深时恒定流计算公式恒定流计算公式非恒定流计算公式非恒定流计算公式不透水层位于有限深时不透水层位于有限深时地下水运动基本方程的推导地下水运动基本方程的推导LHL/2x0hx0HxxdxqHt1t2dx地段地段dt时间内水量平衡时间内水量平衡地下水非稳定流地下水非稳定流 运动基本方程运动基本方程导压系数导压系数（水位传导系数）（水位传导系数）恒定流计算公式恒定流计算公式L
12、H0hxH0hc第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统恒定流情况下的求解恒定流情况下的求解基本方程基本方程边界条件边界条件第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统完整沟的排完整沟的排水沟间距水沟间距非完整沟的间距非完整沟的间距第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统非完整沟的间距非完整沟的间距第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统非完整沟非完整沟修正系数修正系数第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统明沟水面宽明沟水面宽或暗管直径或暗管直径非完整沟的间距非完整沟
13、的间距0hxLH0h1非恒定流计算公式非恒定流计算公式第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统h0 xL/2一次降雨后地下水位回落过程的非恒定流计算一次降雨后地下水位回落过程的非恒定流计算非恒定流计算公式非恒定流计算公式第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统初始条件初始条件边界条件边界条件基本方程基本方程第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统非恒定流方程的非恒定流方程的解解第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统排水沟中间点，排水沟中间点，非恒定流条件下完整沟的间距非恒定流条件下完整沟的
14、间距非完整沟的情况下，用非完整沟修正系数修正非完整沟的情况下，用非完整沟修正系数修正第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统不透水层位于无限深时不透水层位于无限深时恒定流基本方程恒定流基本方程速度势速度势L/2hcy在有均匀入渗强度在有均匀入渗强度的情况下，有的情况下，有第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统两沟中间一点地两沟中间一点地下水位与沟水位差下水位与沟水位差明沟水面宽明沟水面宽或暗管直径或暗管直径不透水层无限深，恒定流情况下的排水沟间距不透水层无限深，恒定流情况下的排水沟间距第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水
15、平排水系统非恒定流计算公式非恒定流计算公式采用变换瞬时稳定过程的方法推求采用变换瞬时稳定过程的方法推求任一时间的地下水面和排水流量近似地按稳定流考虑，任一时间的地下水面和排水流量近似地按稳定流考虑，则则dt时段内排水流量与地下水位下降值时段内排水流量与地下水位下降值dh之间有：之间有：Lhhh0dh第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统不透水层无限深，非恒定流情况下的排水沟间距不透水层无限深，非恒定流情况下的排水沟间距Lhh0h1第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统三、控制水田渗漏量要求的排水沟（管）的间距三、控制水田渗漏量要求的排水沟
16、（管）的间距水稻的正常生长需水稻的正常生长需要一定的渗漏强度要一定的渗漏强度排水沟的深度和间距必须根据所要求的排水沟的深度和间距必须根据所要求的入渗强度确定。入渗强度确定。盐碱地的冲洗需要盐碱地的冲洗需要一定的入渗强度一定的入渗强度水田暗管排水情况水田暗管排水情况第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统田面各点的入渗强度田面各点的入渗强度入渗点与暗管入渗点与暗管中心的距离中心的距离LMDd第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统暗管埋深暗管埋深暗管直径暗管直径平均入渗强度平均入渗强度田面水层与暗管水头差田面水层与暗管水头差水田暗管排水情况水田
17、暗管排水情况第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统暗管中心线（暗管中心线（x=0）的入渗强度）的入渗强度暗管间地段中心（暗管间地段中心（x=L/2）的入渗强度）的入渗强度明沟冲洗排水情况明沟冲洗排水情况第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统与明沟不同距离与明沟不同距离x处的入渗强度处的入渗强度明沟冲洗排水情况明沟冲洗排水情况沟边（沟边（x=0）的入渗强度）的入渗强度两沟中间点（两沟中间点（x=L/2）处的入渗强度）处的入渗强度第三节第三节 控制地下水位的水平排水系统控制地下水位的水平排水系统第四节第四节 田间排水系统的布置与结构田间排水系
18、统的布置与结构一、田间明沟排水系统一、田间明沟排水系统二、地下暗管排水系统二、地下暗管排水系统三、鼠道排水三、鼠道排水第四节第四节 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、田间明沟排水系统地下水埋深较大，无控制地下水位和防渍要求时，地下水埋深较大，无控制地下水位和防渍要求时，控制地下水和排除地面水的任务均由农沟承担；田控制地下水和排除地面水的任务均由农沟承担；田间排水沟主要起排涝作用；间排水沟主要起排涝作用；田间灌排沟渠可以全部田间灌排沟渠可以全部或部分结合。或部分结合。斗斗渠渠斗斗沟沟农农 渠渠农农 渠渠农农 沟沟农农 沟沟毛毛渠渠毛毛渠渠毛毛沟沟输水垄沟输水
19、垄沟输水垄沟输水垄沟在土质粘重的地区，控制地下水位要求的排水沟在土质粘重的地区，控制地下水位要求的排水沟间距较小，除农沟外，田间尚需有间距较小，除农沟外，田间尚需有1-2级排水沟。级排水沟。当末级排水沟间距为当末级排水沟间距为100-150m时，设一级田时，设一级田间排水沟（毛沟）。间排水沟（毛沟）。当末级排水沟间距为当末级排水沟间距为30-50m时，设二级田间排水时，设二级田间排水沟（毛沟、小沟）。沟（毛沟、小沟）。斗斗 渠渠斗斗 渠渠农农渠渠斗斗 沟沟斗斗 沟沟400-800100-150100-150300-500300-50030-50农农渠渠农农沟沟农农沟沟毛渠毛渠毛沟毛沟毛沟毛沟毛
20、渠毛渠输输水水垄垄沟沟小小沟沟输输水水垄垄沟沟第四节第四节 田间排水系统的布置与结构田间排水系统的布置与结构二、地下暗管排水系统二、地下暗管排水系统明沟排水：易坍塌、易淤积、易生杂草明沟排水：易坍塌、易淤积、易生杂草当排水沟间距较小时，大量占用耕地，当排水沟间距较小时，大量占用耕地，严重影响机耕严重影响机耕暗管排水系统的组成暗管排水系统的组成排水沟排水沟田埂田埂集水管（沟）集水管（沟）吸水暗管吸水暗管检查井检查井集水井集水井暗管排水系统的布置形式暗管排水系统的布置形式直角正交直角正交锐角斜交锐角斜交不规则布置不规则布置暗管的类型暗管的类型当地材料管材当地材料管材瓦管瓦管石屑水泥管石屑水泥管水泥
21、土管水泥土管陶管陶管塑料管塑料管第四节第四节 田间排水系统的布置与结构田间排水系统的布置与结构三、鼠道排水三、鼠道排水在田面以下用特殊设备形成的一种无衬砌在田面以下用特殊设备形成的一种无衬砌的地下排水通道。的地下排水通道。适用于土质粘重的地区。否则容易坍塌。适用于土质粘重的地区。否则容易坍塌。投资省、用工少、见效快、效益高。投资省、用工少、见效快、效益高。第五节第五节 竖井排水竖井排水一、竖井排水的作用一、竖井排水的作用二、竖井的规划布置二、竖井的规划布置第五节第五节 竖井排水竖井排水一、竖井排水的作用一、竖井排水的作用QQQQQ原地下水位原地下水位静水位降静水位降动水位降动水位降第五节第五节
22、 竖井排水竖井排水一、竖井排水的作用一、竖井排水的作用降低地下水位，防止土壤返盐降低地下水位，防止土壤返盐腾空地下库容用以除涝防渍腾空地下库容用以除涝防渍促进土壤脱盐和地下水淡化促进土壤脱盐和地下水淡化第五节第五节 竖井排水竖井排水二、竖井的规划布置二、竖井的规划布置LLR第五节第五节 竖井排水竖井排水局部地区竖井排水局部地区竖井排水竖井抽出的水，一部分来自抽水区竖井抽出的水，一部分来自抽水区外的侧向补给外的侧向补给各井对地下水下降的影响范围不同，各井对地下水下降的影响范围不同，对某一点地下水下降的影响也不同对某一点地下水下降的影响也不同第第i口井抽水引起的水位降深口井抽水引起的水位降深第第i口井与口井与计算点的距离计算点的距离ri第五节第五节 竖井排水竖井排水大面积均匀布井大面积均匀布井外区补给微弱，每外区补给微弱，每口井的控制面积相口井的控制面积相同，每个水井控制同，每个水井控制区可单独考虑区可单独考虑无侧向补给情况下因井排而引起无侧向补给情况下因井排而引起的平均水位降或静水位降的平均水位降或静水位降因水量向抽水井汇集引起的动水位与因水量向抽水井汇集引起的动水位与平均水位的差值平均水位的差值两井中间点（两井中间点（r=R处）处）正三角形布置时的井距正三角形布置时的井距