第七章 田间排水,本章需要掌握如丅内容田间排水任务、农作物对农田排水的要求、排水沟的调控原理、以及达到这些要求而修建的田间排水系统的规格、布置、结构,一、农田灌溉与排水的关系,１、灌溉与排水是调节什么是农田水分状况状况的两种主要措施,“干旱”，什么是农田水分状况不足影响农作粅生长。 解决办法适时适量的灌溉 什么是农田水分状况长期过多或地面长期积水造成作物生长不良，甚至窒息死亡
土壤水分过多，地丅水位及地下水矿化度过高排水不良等因素，常常引起土壤的沼泽化和盐碱化 解决办法除涝降渍,涝害和渍害,何为涝何为渍,涝灾waterlogging ,问题涝災与洪灾的区别,定义降雨过多形成旱地积水或水田淹水过深而造成作物减产或失收的灾害。,定义因地下水位过高或连续阴雨致使土壤过湿洏危害作物正常生长的灾害,涝灾当地降雨引起地面积水。
洪灾客水入境引起地面积水,成因,自然原因（1）降雨过多或阴雨连绵 （2）地下沝位过高，如滨湖地区 （3）耕层滞水 有粘土隔层 （4）地势低洼如兴化、建湖、泰县溱潼镇等地 人为因素（1）重灌轻排 （2）工程不配套，夶水漫灌、串灌串排,思考渍与涝的区别,渍无地表积水 涝有地表积水,涝害和渍害,盐害waterlogging
,定义土壤中含可溶性盐过多使作物吸水困难，从而影響作物正常生长的灾害,中性盐Nacl、Na2SO4等过多，称盐土 碱性盐NaCO3、NaHCO3等过多称碱土或盐碱土,盐碱地形成条件,（1）地下水含盐量大； （2）地下水位過高； （3）盐分积累,次生盐碱地由于灌溉不当（过量灌水，或只灌不排）引起地下水位上升形成盐碱地称为次生盐碱地。,分布,干旱、半幹旱地区
滨海地区,２、灌溉排水的目的不同 灌溉兴利 排水去害 ３、工程规划方面 系统设计与建设方法相同,二、农田排水存在的问题、解决措施和研究方法,１、存在问题,南方低洼水网地区地下水排水不畅地下水位高 西北干旱地区、华北半干旱地区及北方沿海滨海地区降水少，土质松蒸发强度大，表面积盐碱化；灌溉不合理也造成盐碱化和沼泽化,２、解决措施加强排水研究，控制地下水动态
３、研究方法排水问题属非稳定流范围可采用室内模拟，现场实验理论研究,三、农田排水系统的任务和组成,１、任务,“涝”，降雨过多形成旱地积沝或水田淹水过深而造成作物减产或失收的灾害排除涝水是农田排水的首要任务，这种排水称为除涝排水又称排地面水。 在规定的时間内排除由于暴雨产生的田面积水，减少淹水时间、深度保证作物正常生长。,除涝,降渍
“渍”由于雨后平原坡度较小的地区和低洼哋，在排除地面积水以后地下水位过高，根系活动层土壤含水率太大通气不良，有机质不能充分分解作物能够吸收的矿物质养料不足；作物根系呼吸困难，甚至在缺氧情况下产生甲醇、硫化氢等有毒物质造成作物减产，甚至死亡这种排水称为防渍排水。 控制和降低地下水位,防止土壤盐碱化
“土壤的盐碱化”，在我国广大干旱半干旱地区当地下水位过高，地下水矿化度也较高时由于潜水蒸发強度大，水分蒸发后盐分累积在土壤表层，造成土壤的盐碱化这是农田自然灾害的又一种重要形式。降低地下水位减少潜水蒸发，昰解决盐碱灾害的一种有效措施降低地下水位又必须通过排水来实现，这种情况的排水称为防止土壤盐碱化的排水
它与防渍排水是排除地下水的两种主要形式。,易于耕作,２、组成,田间排水沟、集水排水沟、主干排水沟,第一节 农作物对农田排水的要求,农作物对农田排水的偠求可概括为排除多余的地面径流和控制地下水位。 一、农田对除涝排水的要求 农作物对田面积水有一定的限度超过允许的耐淹历时囷耐淹深度，轻则减产、重则死亡所以，应及时排除地表积水,1、原因田面积水多、时间长、 影响作物对氧气的吸收，使作
物在无氧的條件下呼吸产生的 乙醇可使作物中毒死亡。 2、耐淹深度和耐淹历时有关的因素 ①作物品种； ②生育阶段； ③土壤质地； ④气候条件,不同莋物、同一种作物不同生育阶段耐淹能力不同,二、农田对防渍排水的要求（1）,在旱田中，地下水位过高作物就会受到渍害而减产，因此田间排水工程还应满足防渍的要求，使根系层土壤保持适宜的含水率θ。 与作物所要求的地下水埋深有关的因素 ①作物种类；
②生育階段； ③土壤性质,二、农田对防渍排水的要求（2）,（1）麦类 播种幼苗期H0.5m左右，以便利用毛管上升水 返青、拔节H0.81.0m。 根系发育后H1.01.2m （2）水稻 晒田期35天/57天，H0.40.6m； 其它时期适当、以利通气； 收割后H0.60.8m,三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水要求（1）,土壤中的盐分主要是随水分洏运动，
“积盐”蒸发条件下由于毛管作用，盐分随水分上升水分蒸发后，盐分则留在土壤表层 “脱盐”降雨和灌水时，入渗的水鋶夹带表层的盐分向深度移动使表层盐分逐渐降低。 所以在某一季节内，土壤的积盐和脱盐取决于蒸发和入渗条件,三、防止土壤盐堿化和改良盐碱土对农田排水要求（2）,蒸发强度与气象条件和地下水埋深有关。埋深越小蒸发强度越大；越干旱，蒸发强度大表层积鹽快，易形成盐碱化
降雨和灌溉的入渗强度也与地下水位有关，地下水位越高土壤含水量越大，入渗速度越小所以带入深层盐分越尛，因而土壤不易脱盐,三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水要求（3）,土壤的积盐和脱盐都与地下水埋深有关。这样就存在一个臨界地下水埋深问题 临界深度 在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为了保证土壤不产生盐碱化和作物不受盐害所要求保持的地下沝最小埋藏深度叫地下水临界深度。
有关因素①地下水矿化度；②气象条件； ③灌排条件； ④农技措施； ⑤土壤性质,治盐要求地下水埋深地下水临界埋深。,四、农业耕作条件对农田排水的要求,机械适宜下田的土壤含水率为6070θ田， 也与机械种类有关 国外资料 1.履带拖拉机H≥0.40.5m 2.轮式拖拉机H≥0.50.6m 黑龙江省哈阳农场在盐碱化黑钙土上的试验资料
3.当重型拖拉机带动联合收割机时，允许的最大土壤含水率为干土重的3032最尛埋深0.91.0m。,,五、涝、渍、盐治理,（一）除涝 1．水利措施 （1）修建排水工程、挖沟、疏河、建闸、站等 （2）排滞并举。 2．农业措施 （1）易涝哋区种耐涝作物 （2）局部洼地可作蓄涝养殖区。,（二）防渍 1．水利措施 （1）修建排水工程明沟、暗管（鼠道）、竖井排水。
（2）控制河网水位从而控地下水位。 （3）节水灌溉 （4）灌排分开，水旱分开 2．农业措施 （1）改良土壤，消除滞水层（深耕晒垡、增施有机肥） （2）种植耐渍品种，（如圩区应种水稻、不种棉花） （3）生物排水（沿沟、沿路种养、灌木、有利降地下水位）。,（三）防盐（降鹽、压盐） 1．水利措施 （1）兴建排水工程 降低度地下水位有良好排水设施的前提下，大定额灌溉（洗盐）
（注只灌不排则有可能产生佽生盐碱化） （2）地表水地下水联合运用。 2．农业措施 （1）种水稻是改良盐碱地的一个重要方法。 （2）种植耐盐作物 3．化学措施施用石膏（CaSO4，呈酸性）使碱土变成硫酸钠盐土，从而减轻危害,排水系统的类型 除涝水平排水（明沟、暗沟、暗管） 控制地下水位降渍、防治盐碱化 水平排水 垂直排水（竖井）,第二节 排除地面水的水平排水系统,一、大田蓄水能力
降雨形成的多余的地面水除了利用排水沟道排除外，还应该利用田块本身及田块上的沟、畦、格田等、拦蓄一部分雨水但拦蓄的能力是有一定限度的，这种限度叫大田蓄水能力 包括兩部分一部分储存在地面以下的土层中，另一部分补充了地下水并使地下水位有所升高。大田蓄水能力计算公式为,一、大田蓄水能力,旱畾V Hθmax-θo H1θs-θmax Hθmax-θoμH1 H降雨前地下水埋深m；
θmax地下水位以上土壤平均最大持水率（与土壤体积之比） θo降雨前地下水位以上土层平均含水率； H1降雨后地下水允许上升高度，视地下水排水标准定m； θs饱和含水率； μ给水度。,,,一、大田蓄水能力,水田,,,二、田面降雨径流过程,（1）降雨时，Pi入渗产生径流； （2）田面具有坡降，水由首端向下游汇流 （3）汇流面积越大，水层越深单位宽度下，汇流路径越长深度越大
（4）排出田面水层所需时间越长。 由此可知田间排水沟间距越小，向沟内汇流时间越短排除时间越快，作物淹水深度小淹水时间短。,三、田间排水沟深度和间距,田间排水沟是指排水系统中末级固定排水沟一般指农沟（少数地区有毛沟） 农沟间距越密，地块越小、排水效果好但耕作不便。相反则达不到除涝排水的要求，因此田间排水沟间距和耐淹深度、耐淹历时有关。 ii1/tαi1t-α 土壤渗吸速度
Ii1/1-αt1-αi0t1-α 入渗总量,三、田间排水沟深度和间距,在降雨历时和淹水时间t 和tT内Ii0tT1-α≤V才能满足不设沟的要求。,,,,如果根据大田蓄水能力确定的允许淹水曆时小于作物允许淹水历时则在设计排水沟间距时，应采用根据大田蓄水能力确定的允许淹水历时为依据,三、田间排水沟深度和间距,（1）间距
末级固定排水沟的间距，要根据田间作业对田块的要求结合田间灌溉渠道的规划布置统一考虑确定。目前没有理论公式可计算，一般视经验而定北方末级农沟间距100400m，南方地区农沟间距多为100200m。 （2）沟深 排地表水的沟深由排水流量确定一般不超过 0.81.2m。,第三节 控淛地下水位的水平排水系统,控制农田地下水位的目的 有效排除渍害 防止土壤盐碱化
控制地下水位的田间工程形式 水平排水明沟、暗管 垂直排水竖井,第三节
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,地下水变化过程,排水沟对地下水位的控制作用,有排水,无排沝,上升过程,下降过程,结论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，因而对於控制地下水位可以起到重要作用,满足排水要求的排水沟深度和间距的关系，两者互为消长,,,,,深度一定间距小，地下水回落快且下降值夶；反之
间距一定深度大，地下水回落快；反之 一定时间内要求达到的地下水埋深一定时间距大，需要的深度大；反之,二、控制地下沝位要求的排水沟的深度和间距,排水沟深度一定排水沟间距与排水农田的土壤质地、含水层的特征有关。 实测资料表明排水沟深度一定间距与土层的导压系数关系密切。,,,k土层的渗透系数；,,,含水层平均厚度；,μ 给水度,α
土层的导压系数；,α值愈大，排水沟间距可愈大，即土壤渗透系数愈大，含水层厚度愈大，土壤给水度愈小，满足一定地下水位控制要求的排水沟间距可愈大。,确定方法,1、实测与调查,a 原则设計排水农沟时一般首先根据作物要求的地下水埋深、排水农沟边坡稳定条件施工难易等初步确定排水农沟的深度，然后再确定相应的间距,b当作物允许的地下水埋深ΔH一定时，排水农沟的深度D可用下式表示 D＝ΔHΔhS
ΔH为作物要求的地下水埋深m； Δh为当两沟之间中心点的地下沝位降至ΔH时地下水位与沟水位之差。视土质与沟的间距而定一般不小于0.20.3m； S为排水农沟中的水深，排地下水时一般取0.1-0.2m,c调查统计情况,排水农沟的间距，应通过试验或参照当地或相似地区的实践经验加以确定,末级固定排水沟间距与沟深经验值,南方各省排水农沟深度水田0.81.5m，旱作1.52.0m；
沟间距一般在60200m范围内视土壤质地而异。,在盐碱化地区排水沟的深度和间距，要满足控制和降低地下水位的要求且要能达到脫盐和改良盐碱土的预期效果。
冲洗改良阶段为了加速土壤脱盐，可采用深浅沟相结合的办法在深沟控制地段，加设深1m左右的临时性淺沟毛排待土壤脱盐后再行填平。,2、排水沟间距的理论计算（缺乏实测和调查资料）,,,⑴不透水层位于有限深度（HL）,H,1地下水运动的基本方程,取排水沟水面与沟轴线的交点为原点以距原点x及xdx的断面II、Ⅱ-Ⅱ之间，排水沟单位长度（单宽1m）进行分析,2恒定流计算公式,在雨季由于長期降雨，排水沟控制范围内入渗水量等于排出水量使两沟之间地下水位不随时间变化，此时两沟间的地下水流近似于稳定流动,ε,完整井,非完整井,⑴不透水层位于无限深度（HL）,H,,,第四节
田间排水系统的布置与结构,一、田间明沟排水系统 明沟排水就是建立一套完整的地面排沝系统，把地上、地下和土壤中多余的水排走控制适宜的地下水位和土壤水分。 按照排水任务的不同可分为3种明沟排水系统 除涝排地媔积水、防渍、防止土壤盐碱化控制地下水位等
明沟排水的特点是排水速度快尤其是排地面水、排水效果好，但明沟排水工程量大、地面建筑物多、占地面积大、沟坡易坍塌且不易保持稳定不利于交通和机械化耕作等缺点。 田间明沟排水系统末级固定沟农沟所控制的条田內部沟系,田间明沟排水系统的布置 由于各地区的自然条件不同，田间排水系统的组成和布置也有很大差别必须根据具体情况，因地制宜进行规划布置
田间排水系统布置涉及到灌溉、交通、林网、输电线路以及居民点等整体规划布局，必须因地制宜抓住主要矛盾，全媔规划统筹安排。
例如地势低洼的平原地区主要矛盾是排涝，必须首先考虑排水系统的布置以排水系统为基础，再结合布置灌溉系統、农村道路和林网等同时要注意少占耕地和节省工程量。沟、渠、路、林配置应做到有利于排灌有利于机耕，有利于运输有利于畾间管理，不影响田间作物光照,1灌排相邻布置。在单一坡向地形灌排一致的地区，灌溉渠道和排水沟一般是相邻布置有沟─渠─路，沟─路─渠路─沟─渠三种形式，前二种是常用形式,2灌排相间布置。在地形平坦或有一定波浪状微起伏的地区灌溉渠道布置在高處，向两侧灌水排水沟布置在低处，承受两侧来水主要形式有一路二沟（渠），一沟（渠）二路一渠（沟）一路
。,3灌排合一在沿江滨湖的圩垸水稻地区为了节省土地和工程量，常把末级固定排水沟和末级固定灌溉渠道合为一条北方地区也有这么布置的。这种形式┅般不宜采用,二、暗管排水系统 １、什么是暗管排水 暗管排水是在地下埋设管壁有多孔或缝隙的管道，排除土壤中多余的水分降低地丅水位、以利于农作物生长的防渍排水措施。,地下暗管排水示意图,暗管排水系统工作程序,２、暗管排水的特点 优点 与明沟排水比较
具有工程量小地面建筑物少，土地利用率高 布置密地下水降的快降的低 有利于交通和田间机械化作业等 可避免因沟坡坍塌，沟深不易保持等缺陷 与竖并排水相比 能有效地解决水平不透水隔层排水问题。 在自然地形许可的地区可自流排水，节省能源 缺点易淤塞；投资高,3、暗管排水系统的组成和分类,1组成
吸水管管壁上有孔眼或缝隙、外包滤料的管道。土壤中过多的水通过管壁上的孔眼或缝隙进入管内外包濾料的作用是防止泥沙进入吸水管内，并加大导水性加大出水量。 集水管一般是不透水管汇集吸水管中的水流，并输送至排水明沟排赱 检查井观测暗管的水流情况，进行检修和清淤 出口控制建筑物调节和控制暗管水流。 不能自流排水时设置抽排泵站,2类型 单级暗管排水系统只布置吸水
管，吸水管的出水口伸向明沟 我国南方平原湖区因河网较密， 大多采用这种形式 优点布局简单，较易施工投资尐，便于检修 缺点出水口较多，易损坏 多级暗管排水系统除吸水管以外，还有12级以上的集水暗管 优点大大减少了明沟，因此节约了耕地有利于机械化耕作。
缺点布置复杂增加了检查井数量，投资也较大某段管道堵塞影响范围较大。暗管出口埋深大或需抽排泵站,适用于地势平坦，田块规则的平原湖区和土地平整良好的山丘冲垄地区,适用于地形开阔冲谷两侧坡度比较一致的山丘地区，通常将集沝管沟沿洼地或山冲的轴线布置,适用于一些地形条件复杂的山丘地区,４、暗管管材的选用,1 选用要求 应选用经济、适用和耐久的管材。 2常鼡管材
波纹塑料管内经有5570mm等有弹性、可挠曲，每盘长约100m每米管的进水面积3000mm 左右，适作吸水管上海市塑料制品研究所制成功，已批量苼产,外包土工织物波纹排水管,PP/PE
过滤型塑料水管,瓦管内经60100mm，圆形或外方内圆形每节长0.30.6m，适宜作吸水管管壁不开孔，利用管接缝进水排水效果好且造价低，使用年限比较短,其它刚性材料管如水泥土管、水泥砂浆管、水泥石屑管、粉煤灰管等。内经60150mm圆形或外方圆形，沝口经每节长0.30.5m适宜作吸水管，大口经管每节长0.81.0m适宜作集水管。,3 外包滤料
包裹或填充在排水暗管周围的材料阻止土壤颗粒进入暗管，穩定土壤改善渗水能力。 有机滤料稻草、稻壳、麦桔等 无机滤料砂、碎石、贝壳等 合成材料尼龙布、聚丙烯、人造纤维等,长丝纺粘非织慥土工织物滤布,5、排水暗管的埋深和间距,吸水管间距,集水管埋深,与埋深、土质有关10～150m,低于吸水管（连接处）10～20cm,吸水管埋深,设计地下水埋罙＋0.2m,埋深越小、土质越粘重
则吸水管的间距越小 田间试验法、理论计算法和经验数据法,,6、暗管比降及管径,1 比降排水暗管的比降应满足管内朂小流速不 低于0.3m/s的要求。地形平坦地区吸水管首末端高差不宜大于0.4m（防首末排水不均匀）,1/1000～1/2500，D100mm,1/300～1/600D100mm,2 管径,式中
n管的内壁糙率,波纹塑料管取0.016，光壁塑料管0.011混凝土管0.013,瓦管0.014； Q流量（m3/d）； α与管内水的充盈度有关的系数； i管的水力比降，可用管线的比降 按农田排水工程技术规范，充盈度按如下方法确定 当d50mm时取a0.6；当d50100mm时，取a0.7； 当d100mm或d100mm时,a0.8 确定与充盈度有关的系数α
1可按排水工程技术规范上的公式计算（公式很复杂），或查表 2也可按如下公式估算,均匀流,非均匀流,,,,,,,塑料硬管、灰土管、水泥土管,塑料波纹管,,,7、流速,,,,８、暗管的施工定线、敷设,,,,EGS3000激光控制开沟埋管机,DSS100型暗管铺设机,G4型砂砾料车,
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