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1、由NordriDesign提供,第七章 农田排水排水沟规划设计,排水地区涝渍成因有两类：,当地暴雨形成的地面径流 以地面径流的形式流入本地区的外来水 以地下径流形式流入本地区的外来水 灌区灌溉多余水量以及盐碱土冲洗水量等,一是水分过多,二是排水不畅,属于承泄区和排水出口方面的问题 属于排水区内部原因 管理方面的问题排水管理体制不合理,无论是什么原因，解决的办法只有一个：排 水！,第一节 排水沟道系统的规划布置 排水系统一般包括排水区内的1田间排水沟系、2输水沟系和蓄水设施(如湖泊、河沟、坑塘等)、3排水区外的承泄区以及4排水枢纽(如排水闸、抽排站等)四大部分所组成。,一、灌区排水系统模型,1灌
2、区排水方式排水可分为汛期排水和日常排水两种情况，有以下三种方式(1)自流排水和抽水排水(2)水平(沟道)排水和垂直(或竖井)排水(3)地面截流沟(有些地区称撇洪沟)和地下截流沟排水,二、灌区排水系统的布置,2灌区布置排水沟的原则,1)各级排水沟要布置在各自控制范围的最低处 2)尽量做到高水高排，低水低排，自排为主，抽排为辅 3)干沟出口应选在承泄区水位较低和河床比较稳定的地方 4)下级沟道的布置应为上级沟道创造良好的排水条件，使之不发生壅水。,5)各级沟道要与灌溉渠系的布置、土地利用规划、道路网、林带和行政区划等协调。6)工程费用小，排水安全及时，便于管理。例如干沟尽可能布置成直线，但当利用天
3、然河流作为干沟时，就不能要求过于直线化；另外排水沟还要避开土质差的地带，同时也不给居民区的交通设施带来危害等。7)在有外水入侵的排水区或灌区，应布置截流沟或撇洪沟，将外来地面水和地下水引入排水沟或直接排入承泄区。,3、灌区排水具体规划方法,(1)划分排水区在制定排水系统规划时，首先是确定和划分排水区：一种是将整个需要排水的地区(例如一个坪区)或整个灌区，作为一个排水区，布置成一个独立的排水系统，设一个出水口，集中排入容泄区。第二种是将排水区或灌区划分为几个排水单元，各单元分别布置排水系统，每个单元设自己的排水出口，分别排入容泄区。集中排水的流量大，干沟和出水口的断面都要大；分散排水的流量小，干
4、沟和出水口的断面也小。至于采用哪种形式，排水单元怎么划分，一般是根据排水区地形、汇水面积大小、天然水系分布以及容泄区的水位等具体条件分析比较确定的。,(2)输水系统规划布置输水系统是由于、支、斗沟道组成的骨干排水工程。无论是集中排水系统还是分散排水系统中，排水干沟一般都选在排水区的低处，或者利用天然沟道，以利排水。但也有考虑到容泄区的水位，适当提高排水沟位置，使大部分地区能自流排水，少部分低洼地抽排或作为临时蓄水区。,骨干排水沟道的规划布置，除满足排涝、滞涝、防渍、排咸、控制地下水位、改良土壤和淡化地下水的要求外，有时还要考虑承担蓄外水进行灌溉的任务。支沟、斗沟的布置应和同级灌溉渠系配合布置。
5、如灌溉渠道单向分水，渠道和排水沟应相邻排列；如果灌溉渠道是双向分水，或地形中间低，渠道和排水沟应相间排列。,排水沟系统的组成 排水沟系与灌溉渠系相配套使用,且与灌溉渠系相似,它可分为干、支、斗、农4级固定沟道，但当排水面积较大或地形较复杂时,固定排水沟可以多于4级,如干沟上有总干、分干,支沟之下有分支,反之也可以少于4级。某一地区或灌区的排水沟系究竟采用几级合适,主要由灌区面积、灌区地形、流域防洪除涝规划所决定。干、支、斗3级排水沟属于输水系统，其作用是汇集来自田间排水系统的水量,并输送到排水区以外的容泄区去。农沟及其以下的沟道属于田间排水系统，其作用是集聚排水地段上土壤中或地面上多余的水，并
6、输送到下一级沟渠中去。容泄区多为天然湖泊、河网、洼地，也有人工兴建的容泄区。,(3)容泄区的选择容泄区是承受排水干沟下泄水量的地方。确定容泄区时应尽量满足下列要求：1)在设计洪水情况下，容泄区的水位不能造成排水系统壅水或淹没现象。2)容泄区的输水能力或容量应能及时排泄或容纳由排水区泄出的全部水量。3)在汛期，容泄区的洪水位若使排水区产生壅水，引起淹没，其历时不应超过设计中规定的时间。,第二节 排水流量计算,在排水系统规划设计时，一般只对较大的主干排水沟道(如干沟、支沟等)进行逐条设计，而对较小的斗、农沟则通常采用根据当地经验或通过典型沟道计算而得的标准断面，而无须进行设计。,排水沟设计的内容有
7、：1排水沟设计流量的计算；2排水沟设计水位的确定；3排水沟断面尺寸的确定，以及排水沟断面尺寸的绘制等。,一、除涝设计标准,排水设计标准包括内容：一是排除地表多余降雨径流的除涝标准（这是设计排水沟断面尺寸的依据）二是控制农田地下水位的排渍标准（这是设计排水沟深度的依据，前面已介绍，不再讲）,1、除涝设计标准有三种表达方式,1)以治理区发生一定重现期的暴雨为标准 2)以治理区作物不受涝的保证率为标准 3)以某一定量暴雨或涝灾严重的典型年作为排涝设计标准在目前我国除涝规划设计中，使用最为普遍的是第一种除涝标准表达方式，这也是我国灌溉排水工程设计规范中采用的表达方式。,2、排涝标准：根据作物要求，以排
8、水区发生一定重现期的暴雨农作物不受涝害作为设计排涝标准。,排水工程不可能保证作物一点都不受淹，那样的话工程太大，所以只能按照一定的标准设计。,设计排水流量分类:,设计排涝流量：确定排水沟道的断面尺寸设计排渍流量：作为满足控制地下水位要求的地下水排水流量，又称日常排水流量，以此确定排水沟的沟底高程和排渍水位。,二、设计排涝流量的计算,本节先计算设计除涝流量，然后介绍排渍流量的计算,推求设计排涝流量(又称最大设计流量)的基本途径有二:一是用流量资料推求 二是用暴雨资料推求 1)对于一般不受下游河、沟水位影响的排水沟，可由设计暴雨推求最大峰量作为设计排涝流量。2)对于不直接排入容泄区而汇入低洼滞涝区
9、的排水沟，则须通过推求排涝流量过程线来确定设计排涝流量，这种经过滞涝区调蓄后的设计排涝流量常比最大排涝峰量小得多。,1、排涝流量的计算途径：,2、国内计算排涝流量的常用方法,1）排涝模数经验公式法 该法适用于大型涝区，需求出最大排涝流量的情况，其计算公式为：q=KRmFn,设计排涝模数,综合系数,设计径流深,峰量指数,排涝面积,递减指数,q设计排涝模数，m3(skm2)；F排水沟设计断面所控制的排涝面积，km2；R设计径流深，mm；K综合系数(反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素)；m峰量指数(反映洪峰与洪量的关系)；n递减指数(反映排涝模数与面积的关系)。,q=KRmFn,
10、由此推得排涝流量为:Q=q F,2）平均排除法,平均排除法:以排水面积上的设计净雨在规定的排水时间内排除的平均排涝流量或平均排涝模数作为设计排涝流量或排涝模数的方法。,Q设计排涝流量，m3s；q设计排涝模数，m3(skm2)；F排水沟控制的排水面积，km2；R设计径流深，mm；a径流系数；P设计暴雨量，mm；h田蓄水田滞蓄水深，mm，由水稻耐淹水深确定；E历时为t的水田田间腾发量，mm；t规定的排涝时间，d，主要根据作物的允许耐淹历时确定。对于水田，一般选35d排除；对于旱地、因耐淹较差，排涝时间应当选得短些，一般取13d。,三、排渍流量的计算（日常设计流量）,为控制非降雨期的地下水位，防止作
11、物受渍，而需要经常排出的地下水流量称为排渍流量它是地下水位处于控制深度时的一个经常的稳定的流量，它一般采用模数法计算。单位面积上的排渍流量称为设计地下水排水模数或排渍模数m3(skm2)，其大小决定于地区气象特点(降雨、蒸发条件)、土质条件、水文地质条件和排水系统的密度等因素，变化很大，但绝对值很小。对于排渍模数，一般难于进行理论分析给出计算公式，而是根据实测资料分析确定。,一般在降雨持续时间长、土壤透水性强和排水沟系密度较大的地区，排渍模数可取较大的数值，北方旱作为(m3s)/km2，南方稻田(m3s)/km2，一般可根据试验求得，如表所示。,在无实测资料时也可采用下试计算：,由此可计算排渍
12、设计流量为：Q渍q渍F 式中：Q渍 为排渍设计流量(m3s)；q渍 为排渍模数(m3s)/km2；F 为排水面积(km2)。,式中：h 为设计的地下水日降低设计高度(m)；为土壤给水度；t 为作物耐渍历时（d）。,第三节 排水沟的设计水位 和排水沟断面设计,一、排水沟的设计水位 排水沟的设计水位可以分为排渍水位和排涝水位两种，确定设计水位是设计排水沟的重要内容和依据，需要在确定沟道断面尺寸(沟深与底宽)之前，加以分析拟定。,排水沟的设计，必须满足两个条件：第一在发生内涝的情况下，排水沟道能够将地面径流顺利地排入容泄区。此时排水沟道需要足够高的水位；第二在正常情况下，排水沟道能够将排水区地下水位
13、控制到一定的埋藏深度，此时排水沟要具有相当低的水位。,这是排水沟经常需要维持的水位，在平原地区主要由控制地下水位的要求(防渍、防止土壤盐碱化)所决定。,1、排渍水位(又称日常水位),农沟排渍水位,（具体要求在农田排水第一部分已介绍）,干、支、斗、农排水沟排渍水位关系,干沟沟口排渍水位推算公式,排涝水位是排水沟宣泄排涝设计流量(或满足滞涝要求)时的水位。根据容泄区水位的高低和排水区内部的排水规划，最高设计水位的确定可分为3种情况：,2、排涝水位(又称最高水位),(1)自流外排时的最高设计水位 当容泄区设计水位相对较低，如汛期干沟出口处排涝设计水位始终高于容泄区水位，即沟道具备自流外排条件，为保证
14、顺利排水，通过设计流量时，各级排水沟汇交点上的水位和沟底的衔接要求是：汇入排水沟出口水位比下一级沟道水位高0.1m，沟底高0.2m。通过校核流量时，汇入排水沟允许来自下一级沟道的暂时顶托。干沟出口处的最高水位比容泄区的设计洪水位要高或至少相平。此时，可以沟口最高水位作控制，按排水沟比降和水位衔接要求，自下而上逐级上推，从而确定各级排水沟的最高水位。也可按下述方法进行推求：1)计算水位参考点高程：HA0-D农-Li-Z,HA0-D农-Li-Z 式中：H为各级沟道水位参考点高程(m)；A0为地面参考点高程(m)；D农为农沟的控制水位(m)；L为各级排水沟长(m)；i为各排水沟底坡降；Z为局部水头损
15、失。,i,2)在纵断面图上，用适线法根据不冲不淤和尽量平行于地面的原则，逐级推求下级排水沟的初步最高水位线，直至容泄区。,3)如初步最高水位线过高或过低，则从容泄区开始，自下而上地调整修改，使其符合要求即可。,(2)无内排站的最高水位 容泄区水位很高，长期顶托无法实行自流外排，在无内排站的情况下，通常将沟道最高水位设计为与地面齐平。为安全排涝，排水沟最高水位通常以低于地面0.20.3m为宜。,(3)抽水强排，同时有内排站的最高水位 在有内排站的情况下,排水沟最高水位可以超出地面一定高度。相应沟道两岸亦需筑堤,各级排水沟最高水位的推求与自流外排时基本相同,所不同的是排水沟水位为设计前池水值,它比
16、容泄区洪水位低。,二、排水沟断面设计,当排水沟的设计流量和设计水位确定后，便可确定沟道的断面尺寸。排水沟断面设计主要任务是确定排水沟纵横断面尺寸和水位衔接条件，校核排水沟排涝能力和不冲不淤条件。一般情况下，干、支沟需进行设计和校核；斗沟仅需设计，不必校核；农级以下排水沟不需要设计，而根据当地经验拟定断面尺寸即可。设计时，一般根据排涝设计流量计算沟道的断面尺寸，如有通航、养殖、蓄涝和灌溉等要求，则应采用各种要求都能满足的断面。,在进行排水沟断面设计时，应注意以下几点：(1)排水沟的糙率较大，对于难免要生杂草的那些沟道，糙率n一般取为。(2)当排涝流量和排渍流量相差悬殊时，可考虑采用复式断面。,(
17、3)有其它特殊要求如通航、养殖、滞涝、灌溉引水的排水沟，其水深和底宽的确定要根据特定的条件满足其相应的要求。例如，满足养殖要求的水深不宜小于11.5m。(4)在设计排水沟纵断面时，般要求在日常流量时不得发生壅水现象，在上、下级沟道相交处，其水位差一般取为0.10.2m。,(1)排水沟的比降(i)平原地区沟道比降可在下列范围内选择：干沟为1/60001/20000,支沟为1/40001/10000，斗沟为1/20001/5000。排灌两用沟道内有反向输水出现的情况下，则沟道比降宜较平缓，其方向则以排水方向为准。,1.设计参数选取 排水沟的断面设计与排水沟的底坡i、边坡系数m及糙率n的确定有关，应
18、根据排水沟的特点进行具体分析确定。,(2)沟道的边坡系数(m),由于地下水汇入的渗透压力、坡面径流冲刷和沟内滞涝蓄水时波浪冲蚀等原因，沟坡容易坍塌，所以排水沟边坡一般比灌溉边坡为缓。,(3)排水沟的糙率(n),对于新挖沟道，其糙率与灌溉渠道相同，约为0.020.025，对于容易长草的沟道，一般采用较大的数值，取0.0250.03。,2.旱作地区排水沟的断面设计(1)计算内容 用排涝设计流量确定排水沟纵横断面尺寸。用排渍设计流量校核水位衔接条件。用日常设计流量校核沟深、底宽和不冲不淤条件。,(2)计算步骤 计算3种流量，即排渍设计流量、排涝设计流量和控制地下水位的日常设计流量。选择底坡i、边披系
19、数m和糙率n等参数。用排涝设计流量设计排水沟断面尺寸，根据Q涝、i、m、n，求排水沟水深入和底宽b。水力计算方法与渠道完全相同。,用排渍设计流量校核排水沟的水位衔接，逐级计算设计水位参考点高程：HA0-h渍-h-Li-Z式中：H为排水沟汇水点(出口处)的排渍日常水位(m)；A0为最远处农田的地面参考点高程(m)；h渍为地下水防渍水位(m)；h为地下水稳定水头(m)；L为各级排水沟计算长度(m)；i为各级排水沟底坡(m)；Z为各级排水沟局部水头损失，汇人排水沟的入沟水头降取0.1m。自上而下用适线法逐级推算各级排水沟的排渍水面线，直至容泄区。用日常设计流量校核沟深、底宽和不冲不淤条件，水力计算的
20、任务是已知Q日、i、m、b、n，求排水沟水深h及流速，并校核不冲不淤条件。,3.水田地区排水沟的断面设计(1)计算内容 用排涝与排渍设计流量之和确定排水沟断面和水位衔接条件；用日常设计流量校核沟探、底宽和不冲不淤条件。(2)设计步骤 计算3种流量，即排渍设计流量、排涝设计流量和日常设计流量；选择底坡i、边坡系数m和糙率n。用排涝设计流量与排渍设计流量之和设计排水沟断面。根据Q涝+Q渍、i、m、n，求排水沟水深h和底宽b。逐级计算设计水位参考点高程，自上而下用适线法逐级推算各级排水沟的初步水面线，直至容泄区。用日常设计流量校核沟深、底宽和不冲不淤条件。,4.骨干排水沟纵剖面图绘制 在排水系统的规
21、划设计中，通常只对控制断面进行水力计算。对于较小排水沟道(如斗、农沟)可采用标准断面，无须逐一计算。,骨干排水沟的纵剖面图应标明：(1)沟道沿线的地面高程线；(2)最高水位线(排涝水位线)；(3)日常水位线(排渍水位线)；(4)沟底高程线,排水沟纵断面图绘制步骤如下：(1)在一定比尺的地形图上，定出骨干排水沟轴线，然后按干沟沿线各桩号的地面高程依次绘出地面高程线；(2)根据干沟对控制地下水位的要求以及选定的干沟比降等，逐段绘出日常水位线；(3)然后在日常水位线以下，根据宣泄日常流量或通航，养殖等要求所确定的干沟各段水深，定出沟底高程线；(4)由沟底向上，根据排涝设计流量或蓄涝要求的水深，绘制干
22、沟的最高水位线。排水沟纵断面的设计和其横断面设计是相互联系的，需要配合进行。排水沟纵断面图的形式和灌溉渠道相似，是从排水出口开始由左向右进行绘制的，以便于从干沟出口处起算桩距，如图所示。在图上除注明桩号、地面高程、最高水位、日常水位、沟底高程外，还应注明沟底比降以及挖深等各项数据。,5、通航、养殖要求校核排水沟的水深与底宽,有些地区需要同时满足通航、养殖要求，因此还必须根据这些要求对沟道排渍水深(h0)及底宽(b)进行校核。沟道通航水深决定于通航船只的吨位。干沟一般要求通航50lOOt的船只，支(斗)沟通航50t以下的船只。养殖水深一般要求1.01.5m，干、支沟都一样。,单位:米,6根据灌溉
23、引水要求校核排水沟道底宽,当利用排水沟引水灌溉时，水位往往形成倒坡或平坡，这就需要按非均匀流公式推算排水沟引水灌溉时的水面曲线，借以校核排水沟在输水距离和流速等方面能否符合灌溉引水的要求。如不符合，则应调整排水沟的水力要素。,防止排水沟的塌坡现象是设计沟道横断面的重要问题，特别是在砂质土地带，更需重视。沟道塌坡不但使排水不畅，而且增加清淤负担。针对边坡破坏的主要原因，在结构设计中，除应用稳定的边坡系数外，还可以采取下列措施以稳定排水沟的边坡。,7、防止坍塌,1)防止地面径流的冲蚀，如利用截流沟、截流堤或沟边道路防止地面径流漫坡注入沟道；或采取护坡措施，如种植草皮和干砌块石等；2)减轻地下径流的
24、破坏作用，排水沟与灌溉渠道如采取相邻布置的方式，则沟、渠之间可安排道路或使沟道采用不对称断面，即靠近灌渠一侧采用较缓的边坡；3)对于沟道较深和土质松散的排水沟，采用复式断面，可以减少沟坡的破坏。,第四节 承泄区整治,承泄区一般应满足下列要求：在排水地区排除日常流量时，承泄区的水位应不使排水系统产生壅水，保证正常排渍；在汛期，承泄区应具有足够的输水能力或容蓄能力，能及时排泄或容纳由排水区排出的全部水量。此时，不能因承泄区水位高而淹没农田，或者虽然局部产生浸没或淹没，但淹水深度和淹水历时不得超过耐淹标准；具有稳定的河槽和安全的堤防。,一、排水口位置的选择,排水口的位置主要根据排水区内部地形和承泄区水文条件决定，即排水口应选在排水区的最低处或其附近，以便涝水易于集中；同时还要使排水口靠近承泄区水位低的位置，争取自排。,二、承泄区整治,整治承泄区的主要措施一般有以下几点：(1)疏浚河道(2)退堤扩宽(3)裁弯取直，(4)治理湖泊(5)修建减流、分流河道(6)清除河道阻障临时拦河坝、捕鱼栅、孔径过小的桥涵,思考题,1、名词解释：除涝流量、排渍流量、最高水位、日常水位、除涝标准、平均除涝法、排涝模数、排渍模数2、简述排水沟系统的组成3、简述排水沟系统的布置原则4、简述平均除涝法的基本思路5、排涝流量、排渍流量的计算思路,欢迎提问！,？,
