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1、农农 田田 水水 利利 学学水利科学与工程学院水利科学与工程学院徐英徐英第四节第四节 田间排水沟规划与设计田间排水沟规划与设计第七章 明沟排水系统1. 1.组成组成：农、毛、腰（横）沟、围沟等：农、毛、腰（横）沟、围沟等2. 2.优点：优点：适应性强，可同时排除地面水和适应性强，可同时排除地面水和地下水、土壤水，排水效果好，开挖简地下水、土壤水，排水效果好，开挖简单，工程投资省单，工程投资省3. 3.缺点：缺点：占地多，易坍塌，易淤积，易冲占地多，易坍塌，易淤积，易冲刷，交叉建筑物多，耕作不便，维修养刷，交叉建筑物多，耕作不便，维修养护费工。护费工。一、田间明沟排水系统的组成和优缺点一、田间明
2、沟排水系统的组成和优缺点1.1.灌排两用布置形式灌排两用布置形式：地下水位埋深较大的易旱、易涝地区地下水位埋深较大的易旱、易涝地区土质较轻，末级固定排水沟间距较大的土质较轻，末级固定排水沟间距较大的易旱、易涝、易渍地区易旱、易涝、易渍地区2.2.灌排分开布置形式灌排分开布置形式1.1.土质较粘重的易旱、易涝、易渍地区土质较粘重的易旱、易涝、易渍地区3.3.深沟密网布置形式深沟密网布置形式南方土质粘重或水旱轮作区南方土质粘重或水旱轮作区二、田间明沟排水系统布置二、田间明沟排水系统布置三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计设计任务：确定末级固定沟道的断面和间距设计任务：确定末级固定沟道的
3、断面和间距（一）除涝田间排水沟（一）除涝田间排水沟1.1.作用：及时排除地表积水，减小农田淹没深度作用：及时排除地表积水，减小农田淹没深度和时间。和时间。2.2.田面降雨径流过程田面降雨径流过程 三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计（一）除涝田间排水沟（一）除涝田间排水沟2.大田蓄水能力大田蓄水能力定义：不影响作物正常生长的旱田内部定义：不影响作物正常生长的旱田内部拦蓄雨水的能力拦蓄雨水的能力计算计算三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计（一）除涝田间排水沟（一）除涝田间排水沟什么情况下需修建排涝排水沟？什么情况下需修建排涝排水沟？ 如果降水过多，形成的地表积水超过作物如
4、果降水过多，形成的地表积水超过作物的耐淹深度和耐淹时间；的耐淹深度和耐淹时间；大田蓄水量（即渗入土中的水量）大于大大田蓄水量（即渗入土中的水量）大于大田蓄水能力。判断方法：田蓄水能力。判断方法： 需修建除涝排水沟需修建除涝排水沟三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计（一）除涝田间排水沟（一）除涝田间排水沟3.田间除涝排水沟的间距田间除涝排水沟的间距一般根据实测资料，结合经验确定：一般根据实测资料，结合经验确定： 我国北方地区农沟间距一般为我国北方地区农沟间距一般为150400m，毛沟间距为毛沟间距为3050m。南方农沟（小沟）间距一般为南方农沟（小沟）间距一般为100200m。三、田
5、间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计（一）除涝田间排水沟（一）除涝田间排水沟4.4.田间除涝排水沟的断面田间除涝排水沟的断面除涝排水沟断面可根据排涝流量确定（计除涝排水沟断面可根据排涝流量确定（计算方法：明渠均匀流公式）。算方法：明渠均匀流公式）。兼有除涝和排渍作用的排水沟，一般以排兼有除涝和排渍作用的排水沟，一般以排渍要求确定沟深，再以排涝和其它要求渍要求确定沟深，再以排涝和其它要求（如通航等），确定底宽（如通航等），确定底宽 。安徽、江苏等地采用的数值安徽、江苏等地采用的数值三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计（二）控制地下水位的田间排水沟（二）控制地下水位的田间排水沟1
6、.1.田间排水沟对控制地下水位的作用田间排水沟对控制地下水位的作用降雨期间排除部分下渗水量，减小地下水降雨期间排除部分下渗水量，减小地下水位上升高度。位上升高度。雨后加快地下水位的回落。雨后加快地下水位的回落。三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计2.2.确定沟深和间距确定沟深和间距沟深与间距的关系沟深与间距的关系在要求的地下水位一定时，在要求的地下水位一定时，沟深大则间沟深大则间距大，沟深小则间距也小距大，沟深小则间距也小。确定沟深确定沟深 H排渍深度或地下水临界埋深排渍深度或地下水临界埋深 （作物要求的地下水埋深）（作物要求的地下水埋深）（m） h悬挂水头（悬挂水头（m），取），
7、取 S沟中日常水深（沟中日常水深（m），取），取一般：一般： 水田水田 ；旱田旱田 三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计确定间距确定间距A.A.排水试验法排水试验法A.A.根据根据农田排水试验规范农田排水试验规范的要求进行试的要求进行试验验 B.B.经验数据法经验数据法a)a)防渍排水沟沟深与间距防渍排水沟沟深与间距b)b)脱盐或防盐碱地区的排水沟沟深与间距脱盐或防盐碱地区的排水沟沟深与间距三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计确定间距确定间距C.C.公式计算法公式计算法 （公式有多种（公式有多种 ）a)a)非恒定流公式非恒定流公式( (地下水面线为四次抛物线）地下水面线
8、为四次抛物线）非完整沟修正系数，若为完整沟，则非完整沟修正系数，若为完整沟，则=1k土壤渗透系数，土壤渗透系数，m/d t排水时间，排水时间，d 土壤给水度土壤给水度 三、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计确定间距确定间距C.C.公式计算法公式计算法 （公式有多种（公式有多种 ）b)b)淹灌稻田稳定入渗条件下的排水沟间距淹灌稻田稳定入渗条件下的排水沟间距k土壤渗透系数，土壤渗透系数，m/dm/d；HH作用水头，格田田面水位作用水头，格田田面水位 至沟内水位差，至沟内水位差，m m；qq稻田淹灌时的设计渗漏稻田淹灌时的设计渗漏 率，率，m/dm/d；0 0渗流阻抗系数渗流阻抗系数 三、
9、田间明沟排水系统设计三、田间明沟排水系统设计 渗流阻抗系数估算公式为（渗流阻抗系数估算公式为（边坡陡直，沟中水边坡陡直，沟中水深可忽略时深可忽略时）：）： D D排水沟深度，排水沟深度，m m； T T田面至不透水层的距离，田面至不透水层的距离，m m。当。当T5DT5D时，时， 可认为含水层无限深，此时取可认为含水层无限深，此时取0 0。 第五节第五节 骨干排水沟设计骨干排水沟设计第七章 明沟排水系统一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位（一）排渍水位（日常水位）（一）排渍水位（日常水位）1.1.定义：排水沟经常需要维持的、满足防渍或定义：排水沟经常需要维持的、满足防渍或防止盐碱化要求的水
10、位。也称日常水位。防止盐碱化要求的水位。也称日常水位。 2.2.推算步骤推算步骤确定排渍控制点确定排渍控制点A A高程（最远处低洼地高高程（最远处低洼地高程）。程）。初拟各级排水沟的比降。初拟各级排水沟的比降。推算某级排水沟出口的日常水位：推算某级排水沟出口的日常水位：一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位Z日常日常某排水沟出口的日常水位（某排水沟出口的日常水位（m）；）；A0排渍控制点高程（排渍控制点高程（m）；）； D农农农沟日常水位离地面的高差（农沟日常水位离地面的高差（m） D农农= 排渍深度或地下水临界埋深排渍深度或地下水临界埋深L自自A点到某排水沟出口各级沟道计算长度（点到某排水
11、沟出口各级沟道计算长度（m） i自自A点到某排水沟出口各级沟道的比降点到某排水沟出口各级沟道的比降 zz局部水头损失，或上下级沟道衔接处水头落局部水头损失，或上下级沟道衔接处水头落差（差（） 一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位4.校核：干沟出口处的日常水位校核：干沟出口处的日常水位外河外河（排水承泄区）的日常水位（排水承泄区）的日常水位若不满足上述要求，则调整比降，若不满足上述要求，则调整比降，尽量争取自排。尽量争取自排。在水网圩区，无法自排，则采用在水网圩区，无法自排，则采用抽排来维持日常水位抽排来维持日常水位.一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位（二）排涝水位（最高水位）（二）排
12、涝水位（最高水位）1.1.定义：排水沟通过排涝设计流量时的水位定义：排水沟通过排涝设计流量时的水位 。 2.2.推算步骤推算步骤方法一（方法一（适用于以排涝为主的排水沟适用于以排涝为主的排水沟）。）。确定排涝控制点确定排涝控制点A A。拟定各级排水沟比降。拟定各级排水沟比降。计算干沟出口处的排涝水位：计算干沟出口处的排涝水位：一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位Z排涝排涝排水沟出口的排涝水位（排水沟出口的排涝水位（m）；）；A0排涝控制点高程（排涝控制点高程（m）；）； D农农农沟中最高水位到地面的高度，一般农沟中最高水位到地面的高度，一般0.20.3m L自自A点到排水干沟出口各级沟道的
13、计算长度（点到排水干沟出口各级沟道的计算长度（m） i自自A点到排水干沟出口各级沟道的比降点到排水干沟出口各级沟道的比降 zz局部水头损失，可不考虑上下级沟道衔接处局部水头损失，可不考虑上下级沟道衔接处 水头落差水头落差一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位（二）排涝水位（最高水位）（二）排涝水位（最高水位）2.2.推算步骤推算步骤方法二（方法二（适用于以排渍为主的排水沟适用于以排渍为主的排水沟）。）。由排涝流量计算排涝水深；由排涝流量计算排涝水深；日常水位减日常水深，再加排涝水深，日常水位减日常水深，再加排涝水深，得排涝水位得排涝水位一、排水沟的设计水位一、排水沟的设计水位3.校核：干沟出
14、口处最高水位校核：干沟出口处最高水位外河的最高水位外河的最高水位若干沟出口发生壅水，则需调整排水沟比降，若干沟出口发生壅水，则需调整排水沟比降，或筑堤束水。或筑堤束水。若无法自排（如在水网圩区），则：若无法自排（如在水网圩区），则：a.建站抽排；建站抽排；b.进一步提高沟道的滞蓄能力，可采取提进一步提高沟道的滞蓄能力，可采取提高加密沟网、提前预降沟水位等措施高加密沟网、提前预降沟水位等措施。二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计（一）按排涝设计流量确定排水沟过水断面（一）按排涝设计流量确定排水沟过水断面1.1.底坡底坡i i，考虑：，考虑： 接近接近 ，以避免深挖方，以避免深挖方 应考虑承泄
15、区水位，尽量自排应考虑承泄区水位，尽量自排 满足不冲不淤满足不冲不淤灌排两用沟宜平缓，或顺坡排水，倒坡引灌排两用沟宜平缓，或顺坡排水，倒坡引灌，结合灌溉、滞涝、通航、养殖时，可灌，结合灌溉、滞涝、通航、养殖时，可采用平底。采用平底。同级沟渠一般同级沟渠一般 。因为。因为 一般：一般：二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计2 2、边坡系数、边坡系数m m主要影响因素：主要影响因素：土质和沟深土质和沟深。一般同级沟、渠相比，一般同级沟、渠相比，m m沟沟mm渠渠。原因：原因：a)a)排水沟边坡有地下水汇入的渗透压力；排水沟边坡有地下水汇入的渗透压力；b)b)排水沟边坡受坡面径流冲刷；排水沟边坡受
16、坡面径流冲刷；c)c)排水沟内滞涝蓄水时宜受波浪的侵蚀。排水沟内滞涝蓄水时宜受波浪的侵蚀。二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计3 3、糙率糙率n新开的沟道新开的沟道 与渠道相同，约与渠道相同，约0.020.025;易生杂草的沟道易生杂草的沟道n较大，一般取较大，一般取排洪沟比排水沟糙率相应加大排洪沟比排水沟糙率相应加大二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计4、不冲不淤流速、不冲不淤流速不淤流速一般不宜小于为不淤流速一般不宜小于为。不冲流速见不冲流速见表表8-8。排水沟的设计流速应满足不冲不淤的排水沟的设计流速应满足不冲不淤的要求。要求。二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计（二）按日常
17、流量确定沟底高程及校核不於流速（二）按日常流量确定沟底高程及校核不於流速1.如果排渍要求的沟深比排涝要求的沟深大得多，如果排渍要求的沟深比排涝要求的沟深大得多，则可以采用复式断面。则可以采用复式断面。（三）根据通航、养殖要求校核沟底宽和水深（三）根据通航、养殖要求校核沟底宽和水深1.通航和养殖对排水沟的要求如通航和养殖对排水沟的要求如表表8-10。2.如果不能满足通航和养殖要求，则应拓宽加深如果不能满足通航和养殖要求，则应拓宽加深断面；断面；二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计（四）校核滞涝要求（四）校核滞涝要求1.确定需要排水沟滞蓄的水深确定需要排水沟滞蓄的水深P设计降雨量，设计降雨量，
18、mmh田蓄田蓄田间蓄水量，田间蓄水量，mm h湖蓄湖蓄湖泊、洼地、坑塘蓄水量，湖泊、洼地、坑塘蓄水量，mmh抽排抽排水泵抢排水量水泵抢排水量，mmmm二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计（四）校核滞涝要求（四）校核滞涝要求2.2.计算需要排水沟滞蓄水量计算需要排水沟滞蓄水量 3.3. (m(m3 3) )F设排涝区面积，设排涝区面积，m m2 23.排水沟排水沟滞蓄容积滞蓄容积（滞蓄能力）（滞蓄能力）l排水沟长度，排水沟长度，m mbb平均滞涝水面宽平均滞涝水面宽,m ,m 二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计（四）校核滞涝要求（四）校核滞涝要求4.校核校核若若 ，则排水沟能满足滞蓄要
19、求，则排水沟能满足滞蓄要求 若若 ，则应当采取措施：，则应当采取措施： 增加抢排水量；增加抢排水量；扩大沟道断面面积（增加底宽或深扩大沟道断面面积（增加底宽或深度，或增加沟道密度）度，或增加沟道密度）改用复式断面改用复式断面 二、排水沟横断面设计二、排水沟横断面设计（五）引水灌溉校核（五）引水灌溉校核1.校核内容：输水距离及引水流量能否校核内容：输水距离及引水流量能否满足灌溉要求满足灌溉要求2.校核方法：（校核方法：（参考水力学教材参考水力学教材）如不满足应调整排水沟的水力参数如不满足应调整排水沟的水力参数（六）选择满足各项要求的排水沟断面（六）选择满足各项要求的排水沟断面三、排水沟纵断面图绘
20、制三、排水沟纵断面图绘制1.上下级排水沟的水位接上下级排水沟的水位接上下级沟日常水位应有一定的水面上下级沟日常水位应有一定的水面落差（落差（）。）。上级沟道的排涝水位衔接可不考虑上级沟道的排涝水位衔接可不考虑落差落差三、排水沟纵断面图绘制三、排水沟纵断面图绘制2.纵断面图的绘制步骤纵断面图的绘制步骤选择适当的纵横比例尺选择适当的纵横比例尺绘制地面高程线；绘制地面高程线；绘出日常水位线绘出日常水位线H日日；绘出沟底高程线（绘出沟底高程线（H日日-h日或日或h通航养殖通航养殖）；）；绘出最高水位线（沟底高程绘出最高水位线（沟底高程+h排涝排涝或或h滞涝滞涝） 若沟段需筑堤束水，则应绘出堤顶高程线若
21、沟段需筑堤束水，则应绘出堤顶高程线三、排水沟纵断面图绘制三、排水沟纵断面图绘制2.纵断面图的绘制步骤纵断面图的绘制步骤填写挖深、比降、沿沟汇入点水位、承填写挖深、比降、沿沟汇入点水位、承泄区水位泄区水位标示沿沟汇入点位置、建筑物位置、类标示沿沟汇入点位置、建筑物位置、类型等型等注意：注意：（1 1）排水沟纵断面图上桩号从沟出口处起算）排水沟纵断面图上桩号从沟出口处起算（2 2）水位线和沟底高程线由右向左倾斜）水位线和沟底高程线由右向左倾斜 某地夏季雨后地下水上升至地面，沟间地下水某地夏季雨后地下水上升至地面，沟间地下水面线较平缓，接近四次抛物曲线。为控制地下面线较平缓，接近四次抛物曲线。为控制
22、地下水位，开挖排水明沟，沟深水位，开挖排水明沟，沟深1.80m,1.80m,沟中水深沟中水深0.20m,0.20m,地下不透水层埋深地下不透水层埋深11.60m,11.60m,土壤渗透系数土壤渗透系数k=0.50m/d,k=0.50m/d,给水度，如果要求在雨后给水度，如果要求在雨后7 7天内地下天内地下水位下降和时，问排水沟的间距应分别为多大水位下降和时，问排水沟的间距应分别为多大? ?（排水沟沟底宽，边坡系数（排水沟沟底宽，边坡系数m=1)m=1)作业作业结 束毛渠、输水垄沟两用的田间渠系输水垄沟两用的田间渠系只设毛沟的田间排水网设有毛沟和小沟的田间排水“深沟密网深沟密网“式布置示意图式布
23、置示意图深度：或深度：或宽度：宽度：1015cm田埂田埂围沟围沟竖沟竖沟横沟横沟垄沟垄沟1开挖排水沟c以前-断面处的排水过程线2开挖排水沟c以前-断面处的排水过程线江苏、安徽地区最末一级固定排水沟规格江苏、安徽地区最末一级固定排水沟规格地区地区间距间距(m)沟深（沟深（m)底宽（底宽（m）徐淮平原徐淮平原100200212南通、太南通、太湖平原湖平原20021安徽固镇安徽固镇1501.51无排水沟有排水沟地下水位时间地面LLDDHShDSHh防渍排水沟沟深与间距经验数据防渍排水沟沟深与间距经验数据 排水沟深度排水沟深度土壤质地土壤质地粘土粘土中壤土中壤土沙壤土沙壤土0.81.315303050
24、50701.31.530505070701001.51.85070701001001501.82.370100100150脱盐或防盐碱地区的排水沟沟深与间距经验数据（单位脱盐或防盐碱地区的排水沟沟深与间距经验数据（单位m m） 沟深沟深粘粘质质土土轻质轻质土土1.2160200-1.4220260-1.6280320-1.8340380-2.1-3003402.3-3604002.5-4204703.0-580630h1h0H不透水层不透水层土壤渗透系数为土壤渗透系数为kDL Lt时段内地下水位降低时段内地下水位降低h0-h1求排水沟间距求排水沟间距Lbh一般平原地区取值范围：一般平原地区取值
25、范围： 干沟干沟1/60001/20000 支沟支沟1/40001/10000 斗沟斗沟1/20001/5000 农沟农沟1/10001/2000土质边坡系数挖深1.5m 挖深1.53m 挖深34m 挖深45m砂土2.53.03.5455砂壤土22.53344壤土1.522.52.533粘土11.522土质排水沟边坡系数（土质排水沟边坡系数（P242 8-9)P242 8-9)适用：适用：开挖深度不超过开挖深度不超过5m5m，水深不超，水深不超过过3m3m的土质沟道。的土质沟道。土质土质允许不冲流速（允许不冲流速（m/s）淤土淤土0.2重粘壤土重粘壤土0.751.25中粘壤土中粘壤土0.651.00轻粘壤土轻粘壤土0.60.9粗砂土（粗砂土（d=12mm）0.60.75中砂土（中砂土（d=0.5mm）0.40.6细砂土细砂土（d=0.050.1mm）0.25排水沟允许不冲流速表（排水沟允许不冲流速表（P242 8-8)P242 8-8)沟名通航要求养殖水深水深（h0）底宽干沟1.02.05151.01.5支沟0.81.0241.01.5斗沟0.50.812-通航要求的水深和底宽（通航要求的水深和底宽（P243 8-10P243 8-10）排渍水位或汛前预降水位排渍水位或汛前预降水位排涝水位或最高蓄涝水位排涝水位或最高蓄涝水位bhhk降水曲线
