灌区控制地下水的水平排水系统设计.pdf

2 0 1 3年第 2期 ( 第 4 1 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 2 2 0l 3 ( T o t a l N o 4 1 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 2 3 0 3 灌 区控 制地下水 的水 平排水 系统设计 郭志刚 ( 黑龙江省农垦总局牡丹江管理局 云山农场水务局， 黑龙江 密山1 5 8 4 2 0 ) 摘要： 在地下水位较高或有盐碱化威胁的灌区， 必须修建控制地下水位的田间排水沟， 以便 降低地下水位或防止因灌溉、 降雨和冲洗引起地下水位的大幅上升， 防止渍害或土壤 盐碱化。控制地下水位的田间工程 ， 有水平排水和垂直排水两种形式 ， 水平排水又可 分为明沟和暗沟两种， 着重介绍 田间水平排水系统。 关键词： 灌区； 地下水位； 控制 ； 水平排水系统； 渍害； 土壤盐碱化 中图分类号 ： s 2 7 6 3 文献标识码： B Ho r i z o n t a l Dr a i na g e Sy s t e m f o r Co nt r o l l i n g Gr o u nd wa t e r i n I r r i g a t i o n Ar e a GO U Z h i - g a n g ( Wa t e r C o n s e rvanc y B u r e a u o f Y u n s h a n S t a t e F a r m， Mi s h a n 1 5 8 4 2 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F a r ml a n d d r a i n a g e s y s t e m mu s t b e b u i l t i n t h e i r r i g a t i o n a r e a s wh e r e t h e r e i s a h i g h g r o u n d w- a t e r l e v e l o r t e n d f o r s o i l s ali n i z a t i o n i n o r d e r t o l o we r g r o u n d wa t e r l e v e l o r c o n t r o l t h e d r a ma ti c r a i s e o f gro u n d wa t e r l e v e l a n d pr e v e n t t h e f a r ml a n d f r o m s a l i n i z a t i o n d u e t o i r r i g a t i o n， r a i n f a l 1 Th e r e are t wo w a y s t o c o n t r o l gro u n d wa t e r l e v e l i n f a r ml a n d， n a me l y h o r i z o n t a l d r a i n a g e a n d v e r t i c al d r ain a g e Th e h o r i z o n t a l d r a i n a g e s y s t e m c a n b e d i v i d e d i n t o o p e n c h a n n e l a n d b l i n d d r a i n a g e Ke y wo r d s ：i r ri g a t i o n a r e a ；gro u n d w a t e r l e v e l ；c o n t r o l ；h o r i z o n t a l d r a i n a g e s y s t e m；s a l i n e h a r m； s o i 1 s a l i n i z a t i o n 1 水平排水系统 暴雨地面径流利用 田间沟网排除 ， 也要 利用 田 块本身以及田块上的沟、 畦、 格田等拦蓄一部分雨 水。例如， 旱作地区的灌水沟、 畦， 降雨时也聚集部 分雨水， 渗入土壤中暂时存蓄。在水稻地区， 利用格 田拦蓄部分雨水， 在一定程度上也可以减轻涝灾。 但在田块内部拦蓄雨水的能力是有一定限度的， 这 一 限度可称为大田蓄水能力。降雨时， 大 田蓄水旱 作物一般包括两部分： 储存在地下水面以上的土 层中； 补充了地下水， 并使地下水位有所升高( 不 超过规定的允许高度 ， 以免影响作物生长) 。旱 田蓄 水能力一般可用下式计算 ： V= ( O 一0 0 )+ 1 ( 1 ) 式中： V 为大 田蓄水能力， m； H为降雨前地下水埋 深， m； 0 。 为降雨前地下水位以上土层平均体积含水 收稿日期 2 0 1 2 1 1 0 7 作者简介 郭志刚(1 9 6 9一 ) ， 男， 山东单县人， 工程师。 一 23 2 0 1 3年第 2期 ( 第4 1 卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v anc y No 2 2 0 1 3 ( T o t M N o 4 1 ) 率； 为地下水位以上土壤平均最大持水率( 与土 壤体积之比) ； 为饱和含水率( 与土壤体积之比) ； 为降雨后地下水允许上升高度， 视地下水排水深 度而定 ， m； 为给水度 ， = 一 。 在降雨量过大或连续降雨情况下 ， 如果 降雨径 流形成的积水超过允许的作物耐淹深度和持续时间 或入渗土中的水 量超过大 田蓄水能力 时， 必 须修建 排水系统， 将过多的雨水 ( 涝水 ) 及时排出田块 。 2 排水沟对地下水的调控作用 根据灌区地下水动态资料分析， 引起地下水上 升的主要水量来源于降雨、 灌溉( 特别是种植水稻和 采用不良的灌水技术) 、 冲洗、 河渠的渗漏水等。下 面仅就降雨因素加以分析， 以说明排水沟对地下水 位的调节控制作用 。 降雨时渗入地下 的水量 ， 一部分 蓄存在 原地下 水位 以上的土层中 ， 另一部分将 透过 土层 补给地下 水 ， 引起地下水水位 的上升。地 下水位上升 过程如 图 1中的 a b c所示 。在 田间排水工程修建前 ， 雨停后 时f田表 L 屉 无排水有排水 图 1 地下水位变化过程示意图 3 排水沟的深度和间距 实际观测资料表明 ， 在一定 的排水沟深 的条件 下， 要求的排水沟间距与土层的导压系数 n= k h tx ( k 为土壤的渗透系数； 为含水层厚度， 为土壤的 一 24 一 水位 的回落主要依靠地下水 的蒸发。由于蒸发强度 随着地下水位的下 降而逐渐减弱 ， 因而 由蒸发而 引 起的地下水位下降速度也随地下水埋深的加大而减 弱。在地下水达到一定 深度后， 水位下降速度也随 地下水埋深的加大而减弱。在地下水达到一定深度 后， 水位下降十分迟缓。在无排水设施的条件下， 农 田地下水 回落过程将如 图 2中的 c d e 所示 。在建有 田间排水工程的条件下 ， 降雨过程 中入渗水量 的一 部分将 自排水沟排走 ， 因而地下水上升高度将较无 排水工程时为小 ， 如 图 1中 a b c 所示。愈靠近排水 沟， 对地下水位的控制作用愈显著， 地下水位愈接近 沟中水位 ； 距沟愈远 ， 控 制作用相对减 弱 ， 因而两沟 中间一点形成地下水位最高点， 见图2 ， 雨停以后由 于排水沟和蒸发的双重作用 ， 地下水位迅速降低 ， 两 沟中间一点水位降落过程如图 1中 C t d e 。综上所 述 ， 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 ， 因而对于控制地下水位可以起到重要作用 。 a ， b ，c 无排水；f ， d ， 一无排水； a 。b ，c 有排水；c ， d 有无排水 图 2 排水沟对地下水位的控制作用示意图 给水度) 有着 十分密切 的关系。a值 愈大 ， 排水 沟 ( 管) 的间距可愈大 ， 亦即土壤渗透系数愈大， 含水层 厚度愈大 ， 土壤给水度愈小， 满足一定地下水控制要 求的排水沟间距可愈大 ； 反 之， 土壤渗水性 愈差 ， 含 郭志刚： 灌区控制地下水的水平排水系统设计 第 2期 水层厚度愈小 ， 土壤给水度愈大 ， 排水沟 间距愈 小。 在满足一定排水要求的排水沟深度和间距之间存在 着密切的关系。在同一排水沟深度的情况下， 排水 沟的间距愈小， 地下水下降速度愈快， 在一定时间内 地下水的下降值愈大； 反之， 排水沟的间距愈大， 地 下水下降愈慢， 在规定时间内地下水的下降值也愈 小。在同一排水沟间距 的情况下 ， 沟深愈大 ， 地下水 下降速度愈快； 反之， 沟深愈小， 地下水下降愈慢。 在允许的时间内要求达到 的地下水埋深深度 A H一 定时， 排水沟的间距 L 愈大 ， 需要的深度 D 也愈大 ； 反之 ， 排水沟的间距 ： 愈小 ， 要求的深度也愈小 ， 见 图 3 。 图 3 明沟排水示意图 设计排水农沟时， 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 。 当作物允许的地下水埋深 一定时 ， 排水农沟 的深度( D) 可用下式表示 ： D = 日 +A h+Is ( 2 ) 式中： 日为作物要求的地下水埋深， m； A h 为当两沟 之间的中心点地下水 已降至 日时， 地下水位与沟水 位之差 ， 此值视 农 田土 质与 沟 的间距 而定 ， 一般 0 20 3 m； S为排水农 沟中的水深， 排地 下水时沟 内深很浅 ， 一般取 0 1 0 2 i n 。 排水农沟的间距 ， 应通过专门的试验或参照当 地或相似地区的资料和实践经验加以确定。表 1 根 据我国某些地区试验资料分析统计 ， 得出不同土质 、 不同深沟满足旱作物控制地下水位要求的排水沟间 距的大致范围 ， 可供参考。 表 1 控制地下水位的田间排水沟间距表 m 水 田地区排水农沟的深度 ， 一般为 0 81 5 m， 旱作物地区的深 沟为 1 2 2 0 m， 而沟 的间距则 为 6 01 0 02 0 0 m不等 ， 视各地土质而异。在盐碱化 地区 ， 对排水沟深度和间距 的确定 ， 不仅要控制和降 低地下水位， 而且要能达到在冲洗改良阶段， 为了加 速土壤脱盐 ， 可采用深浅沟相结合 的脱盐和改 良盐 碱土的预期效果。在冲洗改 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1 m左右 的临时性浅沟 ( 毛排 ) ， 待土壤 脱 盐后再行填平。在砂性壤 土地区 ， 排水 毛沟的间距 可采用1 5 0 in ， 在壤土黏重地区可采用1 0 0 rn ， 根据各 地经验 ， 末级固定排水沟的沟深与间距关系见表 2 。 表 2 末级排水沟的沟深和 间距表 m 问距1 6 o 2 0 0 2 2 0 2 6 0 2 8 0 3 2 0 3 4 0 3 8 0 3 0 0 3 4 0 3 6 0 4 0 0 4 2 0 4 7 0 5 8 0 6 3 0 参考文献 ： 1 贾志胜， 杨彩莲， 魏永强 洛惠渠灌区排水系统浅析 J 地下水， 2 0 1 1 ( O 4 ) ： 6 9 7 0 2 姚章村， 周竞平， 杜崇 大庆地下水漏斗与盐碱治理 J 水利天地， 2 0 0 7 ( 0 4 ) ： 3 8 3 韩玉梅， 赵清， 姚章村 三江平原建三江地区地下水激发 补给再计算 J 黑龙江水专学报 ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 0 2 ) ： 1 4 4 陈林 ， 王修贵 ， 孙怀卫， 等 塑料大棚控制排水系统设计 及水管理研究 J 节水灌溉， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 6 O一 6 4 一 2 5