农田水利学排水沟道系统规划.docx

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农田水利学排水沟道系统规划

第七章排水沟道系统规划

§1排水沟道系统规划布置

一、明沟排水系统的组成

田间排水工程（毛、腰、墒沟）

排水沟道系统（干、支、斗、农沟）

排水闸、涵、站等建筑物

排水承泄区（江、河、湖、海等）

二、明沟排水系统的类型

1．一般排水系统

（1）排水沟道系统组成：

干、支、斗、农沟。

（2）作用：

一般只起排水作用。

（3）适用：

有一定坡度的坡地平原地区；干旱、半干旱地区。

2．综合利用排水系统（也称河网）

（1）组成

1）骨干河网干河（一级河）

　　　　　　支河（二级河）　　　　　相当于干沟

2）基本河网大沟（三级河）　　　　　相当于支沟

　　　　　　中沟（四级河）　　　　　相当于斗沟

　　　　　　小沟（丰产沟，生产河）　相当于农沟

3）墒网毛沟

　　　　腰沟

　　　　墒沟

（2）作用：

除排水作用处、还有滞涝、引蓄水灌溉、养殖、航道等作用。

（3）河网的主要特征（河网的特征是由其综合利用功能所决定的）：

深：

沟河要深，能排地面水，也能降地下水，蓄水灌溉。

网：

水系成网，调度灵活。

平：

沟底要平，能排能引，航运、养殖。

分：

分级分片控制，高低片分级控制。

高水高排、低水低排

其中“深”为关键。

（原因：

“深”是综合利用的关键）

（3）适用：

地形平坦的平原或圩区。

三、规划布置原则

1．低处布置：

各片低处。

2．分片排水：

高水高排、低水低排。

3．洪涝分治：

修堤防、撇洪沟等。

4．滞蓄结合：

减少排水量。

5．统筹规划：

与渠道、道路、林网、居民点、行政区结合。

6．灌排分开：

各成系统有利于灌、也有利于排。

7．降低造价：

可利用天然河道、顺直、减少交叉建筑物。

8．安全可靠：

土质好、防止坍塌。

9．综合利用：

如引水灌溉、船运、水产养殖等。

（以上9条原则只板书标题，不板书释内容）

四、规划布置方法

1．山丘区

干渠：

尽可能利用天然河道。

支渠：

也可利用天然河道。

斗、农沟：

地面有一定坡度时，用灌排相邻布置；

平坦时，作灌排相间。

一般斗沟间距400～1000m，深1.5～2m；

农沟间距100～300m，深1.0～1.5m。

2．平原地区

江苏河网的一般规格：

（1）徐淮平原

　　　　　　大沟　　　　中沟　　　小沟

间距（m）　2000～5000　500～1000　100～200

沟深（m）　4～5　　　　2.5～3　　　　2

底宽（m）　4～6　　　　　2～3　　　　1～2　　

（2）通南和太湖平原

　　　　　　大沟　　　　中沟　　　　小沟

间距（m）1000～3000　　600～1000　　150～200

沟深（m）　4.6～6.5　　　3.5～6.0　　　2

底宽（m）　3～6　　　　　2～4　　　　　1

3．圩区

外河网：

地区骨干河网（干、支河）

内河网：

由中心河、生产河组成

较小的圩区宜采用丰字形内河网。

较大的圩区宜采用井字形内河网。

（1）丰字形内河网

丰字形河网布置如下图。

在圩中心或接近中心的位置布置一条干河（中心河），垂直于干河均匀地布置若干支河（生产河），形成丰字形河网。

生产河的间距约为200～300m。

（2）井字形内河网

圩子面积较大时，纵横两方向具有两条以上干河。

此时称内河网为井字形河网。

§2排水沟的设计流量

排水设计流量：

排涝设计流量、排渍设计流量

一、设计排涝流量（最大设计流量）

设计排涝流量：

排除在某一排涝设计标准下的暴雨产生的地面径流的排水流量。

作用：

确定排水沟断面（骨干排水沟）排水建筑物的尺寸。

（一）地区排涝模数经验公式法

排涝模数：

排涝区单位面积（km2）的上排涝流量，单位：

m3/s/km2

用符号q表示。

计算步骤：

（1）确定计算暴雨P

（2）计算设计净雨R

（3）用经验公式计算排涝模数q

（4）计算设计排涝流量Q

1．确定设计卜雨P

（1）历时：

　　F=100～500平方公里选1日暴雨

　　F=500～3000平方公里选3日暴雨

（2）暴雨量：

由设计标准进行频率分析计算得到。

2．求设计净雨深R

（1）水田地区

采用暴雨扣损法

（2）旱田地区

（3）有水田也有旱田

3．计算排涝模数

式中：

R——设计净雨，mm；

　　　K——综合系数，表8-5；

　　　m——峰量指数，表8-5；

　　　n——递减指数，表8-5。

4．计算排涝流量

　　　　　　Ｑ＝qF

适用：

地区性骨干排涝河道。

（二）平均排除法

1．计算方法

（1）特点

以排涝历时内的平均排流量作为设计排涝流量：

农田会受短时间淹没。

适用：

规模较小的排水沟道。

（2）计算

式中：

T—排涝历时（d）；

　　　t—每排水时间（h），一般自排t=24h，抽排t=20～22h。

自排时上述公式为简化为

计算R时注意：

①水田和旱地的设计净雨计算方法同前；

②平原河网地区宜考虑排水沟滞蓄；

③圩区应考虑预降滞蓄，圩堤渗漏产水和套闸进水。

2．算例

例1已知淮北平原地区，F=20km2，水田、旱田及沟塘面积分别为12km2、7km2、1km2,稻田耗水e=4mm/d，稻田滞蓄30mm，沟水面蒸发

，沟滞蓄500mm。

排涝标准为日雨量200mm两天排出。

求Q、q。

解：

（1）计算R

（2）计算Q、q

例2

已知苏南某圩区，F=3.8Km2，其中旱地占15%，水田占80%，河沟占5%。

水田日耗水e=5mm/d，水田滞蓄30mm，河沟水面蒸发e0=3mm/d，预降滞蓄500mm。

圩堤总长7.8Km，渗漏产水i=0.05mm/km/d，套闸进水0.55mm/d。

排涝标准为日暴雨200mm2日排出。

求Q、q。

解：

（1）计算R

（2）计算Q和q：

二、设计排渍流量（日常流量）

定义：

雨后地下水位回落到控制要求的深度时，地下水的排水流量称为日常流量。

作用：

确定排水沟沟底高程，并校核允许最小流速。

计算方法：

1、确定排渍模数

（1）采用当地或邻近地区实测资料。

（2）采用公式计算（《规范》中公式）。

（3）采和经验数据（P.238，表8-6）。

2、计算排渍流量

§2田间排水沟设计

田间排水沟设计的关键是确定排水沟的深度和间距，比降（i）、边坡系数（m）等均按经验确定。

一、除涝田间排水沟

（一）除涝田间排水沟作用

作用：

及时排除地表积水，减小农田淹没深度和时间。

（二）田间除涝排水沟的间距与断面

目前田间排涝排水沟间距与断面的确定还没有完善的理论方法，多数按经验确定。

我国北方地区农沟间距一般为150～400m，毛光线间距为30～50m。

南方农沟（小沟）间距一般为100～200m。

（三）田间除涝排水沟的断面

除涝排水沟断面根据排涝流量确定。

兼有除涝和防渍的排水沟，一般以排渍要求确定沟深，再初步拟定过水断面，再校核是否满足除涝要求。

二、控制地下水位的田间排水沟（防渍，防盐碱）

（一）田间排水沟对控制地下水位的作用

（1）降雨期间及时排除部分水量，减小地下水位上升高度。

（2）雨后加快地下水位的回落。

（二）确定沟深和间距

1、沟深与间

在要求的地下水位一定时，沟深大则间距大，沟深小则间距也小。

因此存在许多方案，宜用经济比较加以确定。

2、确定沟深

实际计算中，一般先根据要求控制的地下水埋深、土质及施工管理方便等要求拟定D

D=△H+△h+s

式中　△H：

排渍深度或地下水临界埋深（作物要求的地下水埋深）（m）；

　　　△h：

悬挂水头（m），0.2～0.3m；

　　　s：

日常水深（m），0.1～0.2m。

确定D后，再选择适当方法确定L。

3、确定间距

（1）排水试验法

根据《农田排水试验规范》（SL109-95）的要求进行试验。

试验时，针对某种沟深，拟定一组排水沟间距，测试其排水效果，最终选择符合排渍标准的排水沟间距。

（2）公式计算法（公式有多种，有于时间关系，只介绍两个较常用的公式）

1）非恒定流公式

可以解决的问题：

降雨停止后的t时间内地下水位降至某要求的深度，求排水沟的间距。

非完整沟修正系数按下式计算

实际计算时采用迭代法：

先按完整沟计算，计算出，并计算出，再按式（*）计算，若，则即为所求，否则再计算新的，并按式（*）算出

，如此反复，直至两次计算出的间距近似相等为止。

2）淹灌稻田稳定入渗条件下的排水沟间距

为防止渍害，淹灌条件下的水稻田需要保持一定的渗流强度。

下面介绍在已知排水沟深度和渗流强度条件下，确定排水沟间距的计算公式：

（注：

该公式是《农田排水工程技术规范》上推荐的公式。

）

渗流阻抗系数估算公式为

（3）经验数据法

在缺乏试验条件和计算条件情况下，可以根据本地区或类似地区的经验数据确定排水沟间距。

§4骨干排水沟设计

主要包括水位推算与纵、横断面设计。

一、排水沟的设计水位

与排涝设计流量和排渍设计流量相应，有排涝设计水位和排渍设计水位。

（一）排渍水位（日常水位）

排渍水位是排水沟经常需要维持的、满足防渍或防止盐碱化要求的水位。

也称日常水位。

若有养殖和通航等需要，也兼顾这些方面其它方面的要求。

推算步骤

（1）确定排渍控制点A高程（最远处低洼地高程）。

（2）初拟各级排水沟的比降。

（3）推算排干沟出口的日常水位：

应满足：

干沟出口处的日常水位外河（排水承泄区）的日常水位。

若不满足上述要求，则调整比降，尽量争取自排。

在水网圩区，无法自排，则采用抽排来维持日常水位。

（二）排涝水位（最高水位）

排涝水位是排水沟通过排涝设计流量时的水位。

计算步骤：

（1）确定排涝控制点A。

（2）拟定各级排水沟比降。

（3）计算干沟出口处的排涝水位：

应满足：

干沟出口处最高水位应不低于外河的最高水位

若干沟出口发生壅水，则需调整排水沟比降，或筑堤束水。

若无法自排（如在水网圩区），则

（1）建站抽排；

（2）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。

若排水沟同时具有排渍和排涝的要求，则应同时满足上述两种水位要求。

若以排涝要求确定沟道断面，则以排渍要求来校核。

若以排渍要求确定沟道断面，则以排涝要求来校核。

二、排水沟横断面设计

任务：

确定排水沟横断面尺寸一般干、支沟应作具体设计，斗沟选择有代表性斗沟作典型设计，农沟可采用地区统一的标准断面。

下面介绍排水沟横断面设计的步骤。

（一）按排涝设计流量确定排水沟过水断面通常按明渠均匀流公式计算，方法与渠道计算相似。

1、底坡i

考虑

（1）接近地面坡降，以避免深挖方

（2）应考虑承泄区水位，尽量自排

（3）满足不冲不淤（比降不能太大，也不能太小）

（4）结合引水的沟道比降宜缓，此时应顺坡排水，倒坡引水。

（5）结合蓄水灌溉、滞涝、通航时，也可采用平底。

一般取值范围：

干沟1/6000～1/20000，支沟1/4000～1/10000，

斗沟1/2000～1/5000，农沟1/1000～1/2000

2、边坡系数m

主要与土质和沟深有关，参考表8-9（P.242）。

一般同级沟、渠相比，沟道的边坡系数大于渠道的边坡系数。

因为

（1）地下水渗出；

（2）坡面径流冲刷；（3）沟内积水时，波浪的侵蚀。

3、糙率n

（1）新开的沟道与渠道相同，约0.02～0.025;

（2）易生杂草的沟道n较大，一般取0.025～0.030。

4、不冲不淤流速

不淤流速一般为0.3～0.4m/s。

不冲流速见表8-8。

排水沟的设计流速应满足不冲不淤的要求。

（二）根据防渍、通航、养殖要求校核排水沟的水深和底宽

通航和养殖对干、支沟的要求如表8-10。

如果不能满足防渍、通航和养殖要求，则应拓宽加深断面；

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。

（这样能满足排渍要求，又不致使断面扩大很多）

（三）校核滞涝要求

对于平原、水网圩区，排水沟一般有滞涝要求。

1、确定需要排水沟滞蓄的水深

2、计算需要排水沟滞蓄水量

设排涝区面积为F（m2），则需要滞蓄的水量为

3、排水沟滞蓄容积（滞蓄能力）

排水沟滞蓄能力为

式中,l为排水沟的长度。

4、校核

1）增加抢排水量；

2）减小要求的滞蓄量；

3）扩大沟沟深或沟宽，或采用复式断面，

4）增加沟道密度。

（四）校核沟道灌溉引水能力

利用排水沟引水灌溉时，往往平坡，逆坡引水。

需校核：

输水距离及水位能否满足灌溉要求。

校核方法：

推算水面曲线。

如不满足应调整排水沟的水力参数。

三、排水沟纵断面图绘制

1、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落差（0.1～0.2m）。

上级沟道的排涝水位衔接可不考虑落差。

2、纵断面图的绘制步骤

（1）绘制地面高程线；

（2）绘出日常水位线；

（3）绘出沟底高程线（日常水位-日常水深）；

（4）绘出最高水位线（沟底高程+排涝水深）；

若该排涝水位线高于设计排涝水位线，则应修正设计。

（5）若干沟出口段有筑堤束水，则应绘出堤顶高程线。