1、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
2、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。
3、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4001000m,深1.52m; 农沟间距100300m,深1.01.5m。 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)20005000 5001000 100200 沟深(m) 45
4、2.53 2 底宽(m) 4623 12 (2)通南和太湖平原 大沟 中沟小沟 间距(m) 100030006001000150200 沟深(m)4.66.53.56.0 2 底宽(m) 3624 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200300m。(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
5、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=100500平方公里 选1日暴雨 F=5003000平方公里 选3日暴雨 (2)暴雨量:由设计标准进
6、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=2022h 。 自排时上述公式为简化为 计算R时注意: 水田和旱地的设计净雨计算方法同前; 平原河网地区宜
7、考虑排水沟滞蓄; 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
8、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。
9、(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150400m,毛光线间距为3050m。南方农沟(小沟)间距一般为100200m。 (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
10、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),0.20.3m;s:日常水深(m),0.10.2m。 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
11、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
12、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
13、,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、
14、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1/60001/20000,支沟1/40001/10000, 斗沟1/20001/50
15、00,农沟1/10001/2000 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0.020.025; (2)易生杂草的沟道n较大,一般取0.0250.030。 4、不冲不淤流速 不淤流速一般为0.30.4m/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
16、,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(0.10.2m)。 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。
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