农田水利学7田间排水原理与方法

三、地下水位过高与防止土壤盐碱化
改良盐碱土对农田排水的要求
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农田水利学7田间排水原理与方法
•1、土壤水盐运动理论
•盐随水来，盐随水去。在耕层土壤中， 盐分随水运动，呈动态变化，主要受蒸发 和渗漏影响。可用下式表示：
•
S=(ET-D)C
•ET
•式中：
•S为土壤盐分变化量
•ET为时段内腾发量
a)在预防盐碱化地区，应保证农作物各生育期的根层 土壤含盐量不超过其耐盐能力。
b)在冲洗改良盐碱土地区，应满足设计土层深度内达 到脱盐要求。
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地下水临界深度的概念
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
求保持的地下水最小埋
农田水分过多对作物而言有三种形式：
一是地面水过多 二是土壤水过多 三是地下水位过高
田间排水系统的根本任务就是汇集和排除 农田中多余水量，降低和控制地下水位。
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一、地表水过多的危害与农田除涝
农作物对受淹的时间和淹水的深度有一定的限 度，如果超过允许的淹水时间和深度，将影响 作物生长，重者导致作物死亡。所以必须有排 水工程，将淹水时间和淹水深度控制在必要的 范围内。 排除地面多余的地表水的措施叫除涝。
藏深度，叫做地下水临
•hk
界深度。
影响因素：土壤质地、 地下水矿化度、气象条 件、灌溉排水条件和农 业技术措施(耕作、施肥 等)有关。
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地下水临界深度的确定
根据土壤质地、地下水矿化度、降雨、灌溉、 蒸发和农业措施等因素，通过综合试验确定；也可 根据不同自然条件和农业生产条件，通过实地调查 确定。当缺少上述资料时，可按表选用，或按下式 近似估算：
•需排除
•▽
的水分
•θmax-θ0
•▽
•θs
•在降雨量超过大田蓄能力后,就要 及时排除,否则就会影响作物生长。
•排除水量：R=P-V
•H •耕
层蓄
•H1
水
•地 下水 位上 升蓄 水
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•大田蓄水能力对
•入渗
•排水沟的影响
速度
和入
•在设计排水沟间距时，
渗量
一般是以作物允许淹水历
公式
时作为主要参数之一。Biblioteka •△H•△h •L
•D
•▽ •S
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D=△H+△h+S
式中 △H——作物要求的地下水埋深，m； △h——当两沟之间的中心点地下水位已降至
△H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，一般不小于0.2～0.4m；
S——排水农沟中的水深，排地下水时沟内水 深很浅，一般取0.1～0.3m。
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排水沟间距L的确定
由于影响田间排水沟间距的因素错综复杂，目前主 要是根据试验资料和实践经验来制定。根据我国一 些地区试验资料分析统计，不同土质、不同沟深时 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。
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层的导压系数（水位传导系数） ：
α＝kH/μ
有着十分密切的关系。
• k为土壤的渗透系数 •H为含水层平均厚度 •μ为土壤的给水度
α与L的关系
α ◆ 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， 满足一定地下水位控制要 求的排水沟间距可愈大；
•a、结合除涝的田间排水沟
•一般采用明沟形式。既要考虑除涝排渍的要求，又要 考虑够到占地和机械耕作的要求，综合分析确定。 •一般农沟深1.5-2m，间距长100-200m，或深2-3m， 间距长200-400m。
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•b、控制地下水位的排水沟
•可以参考下表
•耕作土层
•D为时段内深层渗漏
量
•C为地下水盐分浓度
•D
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2、防盐碱排水标准
防治盐碱化排水标准的确定应符合下列规定：
1 ）深度：通常应以地下水临界深度为工程设计标准，当 采用小于临界深度设计时，应通过水盐平衡论证确定。 2 ）时间：防治盐碱化的排水时间一般可采用8～15d内将 地下水位降到临界深度，并达到以下要求：
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第二节 田间排水沟的深度和间距
一、除涝田间排水沟
其任务是及时排除雨后多余的地表径 流。影响因素有大田蓄水能力、地面 径流过程、排水沟的间距和深度等。
•（一）、大田蓄水能力
•排除地面水一般采用超蓄排水法，或超渗排水法，即 在扣除大田蓄水或渗水之后多余的部分才要排除。因此, 首先要确定大田能蓄多少水，以此确定排水沟的排水能 力。
2
•D1
•▽
•▽
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•▽h2
•△H •▽
•△h1
•L 1
•▽
•▽
•D2
•s2
•▽ •S1
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•L2
•L
•L2
2
•D1
•▽
•▽
•▽h2
•△H
•▽
•▽
•△h1
•L 1
•▽
•D2
•s2
•▽ •S1
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2、排水农沟设计步骤
——D与L的确定
•作物种类和生 育阶段有关。棉
花、小麦等旱作
物的耐淹能力较 差，10cm，淹1 天就会减产，67天就会死亡， 一般旱作物1015cm盐水时间 不超过2-3天。
•农作物耐淹水深和耐淹历时参考表
作物种类 大豆 小麦
水稻
生育期
苗期 开花期
拔节～成熟期
返青期 分蘖期 拔节期 孕穗期 成熟期
耐淹水深(cm)
•但作物淹水历时必须以雨水渗入田 间的限度（即大田蓄水能力）加以
校核，如果根据大田蓄水能力确定
•大 的允许淹水历时小于作物允许淹水 田蓄 历时，则在设计间距时应采用根据 水能 大田蓄水能力确定的允许淹水历时 力校 为依据。
核
•式中：t为降雨历时；
•
T为允许淹水历时
•
a为系数，0.3-0.8
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3～5 7～10
5～10
3～5 6～10 15～25 20～25 30～35
耐淹历时(d)
2～3 2～3
1～2
1～2 2～3 4～6 4～6 4～6
•据此可以确定排水时间的问题
二、土壤水分过多与作物的防渍要求
除防止水淹要求外，还应满足控制和降低 地下水位的要求。为了保证农作物的正常 生长，必须使农田土壤具有适宜的含水率。 这就是防渍排水要求。
（二）、田面降雨径流过程分析
•I
•田面降 雨径流过 程
•排水沟 及其间距 对地面积 水深度和 积水历时 的影响。
•C
•I
（三）、田间排水沟间距
田间排水沟如果布置过密，虽然排水效果好，但田块分割 过小，机耕不便，占地过多；相反，如排水沟的间距过大， 则达不到除涝排水要求，影响作物正常生长。
•因此排水沟的间距(如不考虑机耕及其他方面的要求)与降雨时的田 面水层形成过程以及允许的淹水深度和淹水历时、旱田蓄水能力有 密切关系。设计中，在满足作物要求的情况下尽量使间距大一些， 以节省土地、工程量、方便农事作业。
农田水利学7-田间排水 原理与方法
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2020/11/6
农田水利学7田间排水原理与方法
第一节 农田对排水的要求
田间排水系统是指末级固定沟渠控制范围内 的田间沟网或暗管系统。它是排水系统的基础， 和骨干排水系统一起，共同完成排出多余地面、 土壤水和地下水的任务，有效控制和调节农田 水分状况，消除涝、渍，防治盐碱化，与灌溉 系统一起创造适合农作物生长的良好环境。
经验间距
综合分析，田间排水沟的间距与田面降雨径流过程、允许淹 水历时和旱田蓄水能力有关，情况复杂。实践中，一般：北方 地区农沟一般间距多在150～400m之间，毛沟间距为30～50m。 南方地区末级排水沟间距多为100～200m。
单纯排除地面水的排水沟沟深视排水流量而定，一般 不超过O.8～1.Om。 兼有控制地下水位作用的明沟，其深度则视防渍和防 盐要求而定。
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•c、盐碱化地区的排水沟
•地下水位要降到安全深度一下，达到控制盐碱的目的。可以参考下表
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3、影响排水沟深度和间距的因素
•土壤、蒸发、地下水补给、地下水含水层厚度、排水时 的水的流态均影响排水沟深度和间距。
•（1）导压系 数 在一定的排水沟深的条件下，要求的排水沟间距与土
设计排水农沟时，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D，然后再确定相应的间距L。
D的确定：当作物允许的地下水埋深△H一定 时，排水农沟的深度D可用下式表示：
•D=△H+△h+S
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•D •▽
•D=△H+△h+S
•大田蓄水能力:大田内部拦蓄雨水的能力称为大田 蓄水能力。大田蓄水一般包括两部分：一部分储 存在地下水面以上的土层中；另一部分补充了地 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)。
•通过大田蓄水能力主要解决排除水量的问题
V=H(θmax-θ0)+H1(θs-θmax)
•▽
耐淹水深(cm)
5～10
2～5 8～12 8～12 10～15
7～10
3～5 5～10 10～15
3～5 10～15 15～20 15～20
耐淹历时(d)
1～2
1～1.5 1～1.5 1.5～2 2～3
2～3
1～2 1～2 2～3
2～3 5～7 6～10 10～20
•农作物的耐淹水深和耐淹历时，应根据当地的农作物 耐淹试验资料分析确定，无试验资料时可按表选取。
•除涝指标有： •耐淹历时:作物在一定的淹水深度下不影响产量的承 受时间。 •耐淹水深：在一定的淹水时间内作物能够承受的淹 水深度。
•农作物耐淹水深和耐淹历时参考表
作物种类 棉花 玉米 甘薯 春谷
高粱
生育期
开花结铃期
苗期～拔节期 抽穗期
孕穗灌浆期 成熟期
全生育期
苗期～拔节期 孕穗期 成熟期
苗期 孕穗期 灌浆期 成熟期
•b’
•▽
•a’
•▽
•有排水
•c •d •e
•▽
•c’
•d’ •e’
•▽
•c、d、e无排水 c’、d’、e’有排 水
（二）、田间排水沟的深度和间距
•1、深度与间距的关系
•排水沟的深度与间距之间有着密切的关系，在 一定的条件下，为达到排水的要求，可以通过不 同的沟深和间距组合来实现。
•L2
•L
•L2
2.3～2.6 1.8～2.0 1.2～1.4
2.6～2.8 2.0～2.2 1.3～1.5
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农田水利学7田间排水原理与方法
•四、农业耕作条件对农田排水的要求
•影响耕作质量的主要自然因素是土壤的物理 机械性，而土壤的水分状况则是影响土壤物 理机械性的重要条件。水分过少的土壤，土 粒之间的粘结性很强，耕作费力，土块不易 破碎，耕作质量差；土壤过湿则对耕作机械 的粘着力增大，同样耕作费力，而且过湿的 土壤可塑性很大，耕作时会形成不易疏松的 大土块。因此，过干过湿均不利于耕作。一 般在田间持水率的60%-70%较为适宜。
hk= hp + △z
•土壤毛管水 •上升高度
•安全超高
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地下水临界深度表(m)
土壤质地
地下水矿化度(g/L) <2 2～5 5～10 >10
砂壤、轻壤 中壤
重壤、粘土
1.8～2.1 1.5～1.7 1.0～1.2
2.1～2.3 1.7～1.9 1.1～1.3
二、控制地下水位的田间排水沟
地下水位的上升是造成渍害和土 壤盐碱化的重要原因。为防治渍 害和盐碱化，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。
•（一）、排水沟对地下水位的调控作用
•1、无排水沟雨后地下水的升、降过程
•c
•b
•a
•▽
•▽
•无排水
•2、有排水沟雨后地下水的升、降过程
降低地下水位、降低根系活动层土壤的含 水量的措施叫除渍。
a、治渍排水标准
耐渍时间与耐渍 深度： 农作物排渍标准 是指农作物不受 渍害的农田地下 水排降标准，用 耐渍时间与耐渍 深度表示。耐渍 深度是指作物要 求的地下水埋深。
b、耐渍时间和耐渍深度与作物品种及生育期有关
•治渍排水工程应以满足农作物全生育期要求的最大排渍深度为工程控 制标准，一般可视作物根深不同而选用0.8～1.3m。 •旱作区在渍害敏感期间可采用3～4d内将地下水埋深降至0.4～0.6m； •稻作区在晒田期3～5d内降至0.4～0.6m；淹灌期的适宜渗漏率可选用 2～8mm/d，粘性土取较小值，砂性土取较大值。