農(nóng)田水利學(xué)-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(duì)排水的要求,田間排水系統(tǒng)是指末級(jí)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(wù)，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(zhǎng)的良好環(huán)境,農(nóng)田水分過(guò)多對(duì)作物而言有三種形式： 一是地面水過(guò)多 二是土壤水過(guò)多 三是地下水位過(guò)高,田間排水系統(tǒng)的根本任務(wù)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(guò)多的危害與農(nóng)田除澇 農(nóng)作物對(duì)受淹的時(shí)間和淹水的深度有一定的限度，如果超過(guò)允許的淹水時(shí)間和深度，將影響作物生長(zhǎng)，重者導(dǎo)致作物死亡

2、。所以必須有排水工程，將淹水時(shí)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(biāo)有： 耐淹歷時(shí):作物在一定的淹水深度下不影響產(chǎn)量的承受時(shí)間。 耐淹水深：在一定的淹水時(shí)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(shí)參考表,農(nóng)作物的耐淹水深和耐淹歷時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物耐淹試驗(yàn)資料分析確定，無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可按表選取,作物種類(lèi)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(huì)減產(chǎn)，6-7天就會(huì)死亡，一般旱作物10-15cm鹽水時(shí)間不超過(guò)2-3天,農(nóng)作物耐淹水深和耐淹歷時(shí)參考表,據(jù)此可以確定排水時(shí)間的問(wèn)題,二、土壤水分過(guò)多與作物的防漬要求,除防止水淹要

3、求外，還應(yīng)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(zhǎng)，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(dòng)層土壤的含水量的措施叫除漬,a、治漬排水標(biāo)準(zhǔn) 耐漬時(shí)間與耐漬深度： 農(nóng)作物排漬標(biāo)準(zhǔn)是指農(nóng)作物不受漬害的農(nóng)田地下水排降標(biāo)準(zhǔn)，用耐漬時(shí)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(shí)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，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(guò)高與防止土壤鹽堿化 改良鹽堿土對(duì)農(nóng)田排水的要求,1、土壤水鹽運(yùn)動(dòng)理論 鹽隨水來(lái)，鹽隨水去。在耕層土壤中，鹽分隨水運(yùn)動(dòng)，呈動(dòng)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(shí)段內(nèi)騰發(fā)量 D為時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的確定應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 ）深度：通常應(yīng)以地下水臨界深度為工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)采用小于臨界深度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)水鹽平衡論證確定。2 ）時(shí)間：防治鹽堿化的排水時(shí)間一般可采用815d內(nèi)將地下水位降到臨界深度，并達(dá)到以下要求： a)在

5、預(yù)防鹽堿化地區(qū)，應(yīng)保證農(nóng)作物各生育期的根層土壤含鹽量不超過(guò)其耐鹽能力。 b)在沖洗改良鹽堿土地區(qū)，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)土層深度內(nèi)達(dá)到脫鹽要求,2、防鹽堿排水標(biāo)準(zhǔn),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(guò)綜合試驗(yàn)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(guò)實(shí)地調(diào)查確定。當(dāng)缺少上述資料時(shí)，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(duì)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(jī)械性，而土壤的水分狀況則是影響土壤物理機(jī)械性的重要條件。水分過(guò)少的土壤，土粒之間的粘結(jié)性很強(qiáng)，耕作費(fèi)力，土塊不易破碎，耕作質(zhì)量差；土壤過(guò)濕則對(duì)耕作機(jī)械的粘著力增大，同樣耕作費(fèi)力，而且過(guò)濕的土壤可塑性很大，耕作時(shí)會(huì)形成不易疏松的大土塊。因此，過(guò)干過(guò)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(wù)是及時(shí)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(guò)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(chēng)為大田蓄水能力。大田蓄水一般包括兩部分：一部分儲(chǔ)存在地下水面以上的土層中；另一部分補(bǔ)充了地下水，并使地下水位有所升高(不超過(guò)規(guī)定的允許高度，以免影響作物生長(zhǎng),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(guò)大田蓄水能力主要解決排除水量的問(wèn)題,V=H(max-0)+H1(s-max,在降雨量超過(guò)大田蓄能力后,就要及時(shí)排除,否則就會(huì)影響作物生長(zhǎng),排除水量：R=P-V,地下水位上升蓄水,在設(shè)計(jì)排水溝間距時(shí)，一般是以作物允許淹水歷時(shí)作為主

8、要參數(shù)之一,但作物淹水歷時(shí)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(shí)小于作物允許淹水歷時(shí)，則在設(shè)計(jì)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),式中：t為降雨歷時(shí)； T為允許淹水歷時(shí) 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(duì) 排水溝的影響,二）、田面降雨徑流過(guò)程分析,排水溝及其間距對(duì)地面積水深度和積水歷時(shí)的影響,田面降雨徑流過(guò)程,三）、田間排水溝間距,田間排水溝如果布置過(guò)密，雖然排水效果好，但田塊分割過(guò)小，機(jī)耕不便，占地過(guò)多；相反，如排水溝的間距過(guò)大，則達(dá)不到除澇排水要求，影響作物正常生長(zhǎng),因此排水

9、溝的間距(如不考慮機(jī)耕及其他方面的要求)與降雨時(shí)的田面水層形成過(guò)程以及允許的淹水深度和淹水歷時(shí)、旱田蓄水能力有密切關(guān)系。設(shè)計(jì)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(yàn)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(guò)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(guò)程、允許淹水歷時(shí)和旱田蓄水能力有關(guān)，情況復(fù)雜。實(shí)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(jí)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(wú)排水,1、無(wú)排水溝雨后地下水的升、降過(guò)程,一）、排水溝對(duì)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(guò)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(dá)到排水的要求，可以通過(guò)不同的溝深和間距組合來(lái)實(shí)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(jì)步驟 D與L的確

11、定,設(shè)計(jì)排水農(nóng)溝時(shí)，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(yīng)的間距L。 D的確定：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,D=H+h+S,D=H+h+S,式中 H作物要求的地下水埋深，m； h當(dāng)兩溝之間的中心點(diǎn)地下水位已降至H時(shí)，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(shí)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(cuò)綜復(fù)雜，目前主要是根據(jù)試驗(yàn)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定。根據(jù)我國(guó)一些地區(qū)試驗(yàn)資料分

12、析統(tǒng)計(jì)，不同土質(zhì)、不同溝深時(shí)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(jī)械耕作的要求，綜合分析確定。 一般農(nóng)溝深1.5-2m，間距長(zhǎng)100-200m，或深2-3m，間距長(zhǎng)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(dá)到控制鹽堿的目的。可以參考下表,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(dǎo)壓系數(shù)（水位傳導(dǎo)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(dǎo)壓系數(shù),土壤、蒸發(fā)、地下水補(bǔ)給、地下水含水層厚度、排水時(shí)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(shí)間內(nèi)要求達(dá)到的地下水埋藏深度H一定時(shí)，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(shí)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(shí)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(jí)排水溝間距為100150m時(shí)，則在田間可以僅設(shè)毛溝。 農(nóng)溝及毛溝均應(yīng)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(yīng)在1.21.5m以上。 如要求的末級(jí)排水溝間距在3050m以下，則在農(nóng)田內(nèi)部采用兩級(jí)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(guò)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(jī)械作業(yè)對(duì)排水要求的排漬深度，一般應(yīng)控制在0.60.8m。因?yàn)槿绻寥捞珴?，農(nóng)業(yè)機(jī)械無(wú)法耕作,三、地下暗管排水系統(tǒng),地下排水暗管(溝)在我國(guó)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(dāng)前

16、一種發(fā)展趨勢(shì)。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(jī)械耕作，無(wú)塌坍和長(zhǎng)草等問(wèn)題，易于管理，節(jié)省勞力，土方工程量少，便于機(jī)械化施工。暗管排水雖有工程造價(jià)高，一次性投資大等缺點(diǎn),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(jì)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(dòng)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(jí)排水暗管的首端與相應(yīng)上一級(jí)灌

17、溉渠道的距離不宜小于3米。 4）吸水管長(zhǎng)度超過(guò)200m，集水管長(zhǎng)度超過(guò)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(fù)管式 不規(guī)則式,1）單管暗管排水系統(tǒng),2）復(fù)管暗管排水系統(tǒng),二)暗管排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),暗管的設(shè)計(jì)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(jí)排水管(溝)深度和間距的確定在前面進(jìn)行了介紹，以下僅對(duì)暗管設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題進(jìn)行論述,1、暗管的管材,1)當(dāng)?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(yùn)和鋪設(shè)，且聯(lián)結(jié)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，目前在國(guó)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(qiáng)度大，且造價(jià)較低，應(yīng)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(yīng)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(guò)相同流量時(shí)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(jià)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(jìn)入暗管，以避免沉淀和暗管阻塞，穩(wěn)定暗管周?chē)耐寥?，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?chē)?，主要用于防止土壤中的?xì)顆粒進(jìn)入暗管的外包層一般稱(chēng)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?chē)耐獍鼘臃Q(chēng)為裹層,外包濾料的材料，一般有有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料和合成材料等三大類(lèi)。 有機(jī)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(guó)應(yīng)用較多的為稻草，日本應(yīng)用較多的為稻殼。這類(lèi)材料可就地取材，價(jià)格低廉，因此，應(yīng)用比較普遍. 稻草在埋管初期可以有效地阻止細(xì)顆粒土壤進(jìn)入暗管，雖經(jīng)一定時(shí)期(如23年)會(huì)腐爛，但此時(shí)已形成穩(wěn)定的濾水層，可保證暗管正常的排水功能,無(wú)機(jī)材料包括砂、碎石、貝殼等，這些材料耐久性極好，只要級(jí)配得當(dāng)，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(yùn)輸和施工不便，且投資較高等缺點(diǎn)。 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(yīng)用較多的