第七章田间排水系统知识课件

1
玉米 抽穗期
8～ 12
1～1.5
孕穗灌浆期
8～ 12
1.5～ 2
成熟期
10～ 15
2～ 3
水稻 分蘖期
6～ 10
2～ 3
拔节期
15～ 20
5～ 7
孕穗期
20～ 30
9～ 10
第一节 农作物对农田排水的要求
二、农田对防渍排水的要求
降雨后允许地下水位有短暂的上升，但上 升高度和持续时间不能超过一定的限度
非完整沟的间距
L(4 H ln 2 H D )28H kch 4 H ln 2 H D
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非恒定流计算公式 一次降雨后地下水位回落过程的非恒定流计算
h
h1 0x
L/2
L
h0
x
H0
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非恒定流计算公式
基本方程
a2xH2
H t
a
2H x2
排水沟的间距与土层的导压系数 akH
有很密切的关系
一般通过试验或经验确定，也可通过计算确定
第三节 控制地下水位的水平排水系统
控制地下水位的田间排水沟间距
沟深（ m） 轻壤或砂壤 中壤 重壤或粘土
1.0～ 1.3 50～ 70 35～ 50 20～ 35
1.3～ 1.5 1.5～ 1.8
70～ 100 50～ 70 100～ 150 70～ 100
当 t0.3时n， 1
排水沟中间点， x1,hh1 (s)'14e(2)2t
h1 h0 4e(2)2t
非恒定流条件下完整沟的间距
L kHt ln 4h0 h1
非完整沟的情况下，用非完整沟修正系数修正
第三节 控制地下水位的水平排水系统
不透水层位于无限深时
ε
y
L/2
恒定流基本方程
hc
2
x2
2
y2
H
t2 t1
q
0 x
dx地段dt时间内水量平衡
ε
[q(qq)d ] xd tHdtd
x
t
q q dx x
dx
H dt t
(q)dxdtHdtdx
H
x
t
1q H x t
x
1q H x t
qkHH x
1 kHHx H x t
地下水非稳定流 运动基本方程
导压系数 （水位传导系数）
a2xH2
0
速度势
k(hy)
第三节 控制地下水位的水平排水系统
在有均匀入渗强度ε的情况下，有
q L khc
ln 2L
D
两沟中间一点地 下水位与沟水位差
明沟水面宽 或暗管直径
不透水层无限深，恒定流情况下的排水沟间距
L khc ln 2L D
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非恒定流计算公式 采用变换瞬时稳定过程的方法推求
降雨历时
Ii0(tT)1V
1
t
T
V
1
i0
允许淹水时间 (地面排水时间)
第二节 排除地面水的水平排水系统
实际生产中,田间排水沟间距要同时考虑除涝、 排渍、防治盐碱化和机耕的要求确定
北方地区: 农沟:150-400m 毛沟:30-50m
南方地区: 农沟:100-200m
第三节 控制地下水位的水平排水系统
任一时间的地下水面和排水流量近似地按稳定流考虑， 则dt时段内排水流量与地下水位下降值dh之间有：
ε
h
dh
h
L
q L khc
ln 2L
D
1dh
h0
1Ldhqdtlkn2hdLdt
第三节 控制地下水位的水平排水系统
1L
dhq
dt kh d ln2dL
t
h h1
1L k
dh h
t
dt
0
ln 2L
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非完整沟的间距
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非完整沟的间距
L 4k(hc22H0hc)
HH0h 2c2H02hc
非完整沟 修正系数
L28kh cH
第三节 控制地下水位的水平排水系统
L28kh cH
1(18H Lln2H D)
明沟水面宽 或暗管直径
8L H 2 1ln2 H DLkch0
第七章 田间排水
第一节 农作物对农田排水的要求 第二节 排除地面水的水平排水系统 第三节 控制地下水位的水平排水系统 第四节 田间排水系统的布置与结构 第五节 竖井排水
第一节 农作物对农田排水的要求
一、农田对除涝排水的要求 二、农田对防渍排水的要求 三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对 农田排水的要求 四、农业耕作条件对农田排水的要求
砂壤 0.1～ 1.0
10～ 12 12～ 15 15～ 20 20～ 30
第三节 控制地下水位的水平排水系统
盐碱化地区末级排水沟的沟深和间距
土质 沟深 间距 土质 沟深 间距
粘质土
1.2
1.4
1.6
1.8
160～ 200 220～ 260 280～ 320 340～ 380
轻质土
2.1
2.3
2.5
粘土 1.0～ 1.2 1.1～ 1.3 1.2～ 1.4 1.3～ 1.5
第一节 农作物对农田排水的要求
四、农业耕作条件对农田排水的要求
农业耕作要求的根系吸水层土壤含水率: 小于田间持水率的60-70% 机械耕作要求的地下水最小埋深
履带式农业机械：0.4-0.5m 轮式农业机械:0.5-0.6
第二节 排除地面水的水平排水系统 一、田面降雨径流过程 二、田间排水沟间距
第二节 排除地面水的水平排水系统
大田蓄水
地表排水
第二节 排除地面水的水平排水系统
旱地大田蓄水 地下水面以上的土层蓄水 补充地下水
第二节 排除地面水的水平排水系统
大田蓄水能力
田块内部拦蓄雨水的能力
V H (m a0 x ) H 1 (sm )ax
降雨前地下水埋深
降雨后地下水 允许上升高度
VH (m ax0)H 1
第二节 排除地面水的水平排水系统
一、田面降雨径流过程 I
水 层 深
0 降雨历时
I
排水历时
时间
第二节 排除地面水的水平排水系统
二、田间排水沟间距
排涝要求的田间排水沟间距要满足允许淹水 深度和允许淹水时间的要求。
一般以允许淹水时间作为主要设计依据，以 大田蓄水能力校核淹水历时。
H t
恒定流计算公式
ε h
hc
0
H
H0 H
x
L
a2xH2
H t
hHH0
kH d2H 0 dx2
kH
d2h dx2
0
第三节 控制地下水位的水平排水系统
恒定流情况下的求解
基本方程
kH
d2h dx2
0
边界条件
x 0,h 0 x L,h 0
d2h dx2
kH
hkHx22c1xc2
x0,h0,c20
k 1
1
ch D
L
第四节 田间排水系统的布置与结构 一、田间明沟排水系统 二、地下暗管排水系统 三、鼠道排水
第四节 田间排水系统的布置与结构
一、田间明沟排水系统
地下水埋深较大，无控制地下水位和防渍要求时， 控制地下水和排除地面水的任务均由农沟承担；田 间排水沟主要起排涝作用；田间灌排沟渠可以全部 或部分结合。
400-800
100-150
斗渠
农 毛渠
渠
毛沟
输
农
水Biblioteka Baidu
沟
垄
沟
斗沟 300-500
斗渠
农 毛渠
小
渠
毛沟 沟
输 30-50 水
农
垄
沟
沟
斗沟
300-500
第四节 田间排水系统的布置与结构
二、地下暗管排水系统
明沟排水：易坍塌、易淤积、易生杂草
当排水沟间距较小时，大量占用耕地， 严重影响机耕
检查井
暗管排水系统的组成 吸水暗管
第一节 农作物对农田排水的要求
一、农田对除涝排水的要求 淹水时间
淹水天数（d）
12 淹水深度0.3m
10
8
6
4
淹水深度0.5m
淹水深度
2
0 20 40 60 80 100 减产百分数（%）
作物种类 生育期 淹水深度（ cm） 允许淹水历时（ d）
棉花 开花结铃期
5～ 10
1～ 2
小麦 分蘖至成熟
10
暗管中心线（x=0）的入渗强度
0
暗管间地段中心（x=L/2）的入渗强度
c
第三节 控制地下水位的水平排水系统
明沟冲洗排水情况
与明沟不同距离x处的入渗强度
k1
ch2
sinx
L
Dc
L
o
2sx
L
第三节 控制地下水位的水平排水系统
明沟冲洗排水情况
沟边（x=0）的入渗强度
k
两沟中间点（x=L/2）处的入渗强度
农渠
斗 渠
毛 渠
输水垄沟 斗 沟
农渠
毛 输水垄沟
渠
毛
沟
农沟
农沟
在土质粘重的地区，控制地下水位要求的排水沟 间距较小，除农沟外，田间尚需有1-2级排水沟。
当末级排水沟间距为 100-150m时，设一级田 间排水沟（毛沟）。
当末级排水沟间距为3050m时，设二级田间排水 沟（毛沟、小沟）。
100-150
作物 棉花 小麦 水稻
生育期 花铃期及以后 拔节期及以后
晒天期
要求的排水时间 (d) 地下水埋深 (m)
3～ 5
0.9～ 1.2
3～ 6
0.8～ 1.0
3～ 5
0.4～ 0.6
第一节 农作物对农田排水的要求
二、农田对防渍排水的要求
作物产量不仅受一次降雨后地下水位上 升的影响，也与在一定季节超过某一地 下水位高度的持续时间有关。 SEWx 一定统计期内地下水位埋深超 过某一限定深度x的累积值。SEW30
水田暗管排水情况 田面各点的入渗强度
(12)si2nx2
L
D d
入渗点与暗管 中心的距离
M
L
第三节 控制地下水位的水平排水系统
水田暗管排水情况
(12)si2nx2
L
平均入渗强度
q KH
L AL
田面水层与暗管水头差
A
1
arth
thD
L
th (D d)
L
暗管直径
thDth(Dd)
LL
暗管埋深
第三节 控制地下水位的水平排水系统
d
不透水层无限深，非恒定流情况下的排水沟间距
ε
h
h1 h0
L kt ln h0 h1
L
1
ln
2L
d
第三节 控制地下水位的水平排水系统
三、控制水田渗漏量要求的排水沟（管）的间距
水稻的正常生长需 要一定的渗漏强度
盐碱地的冲洗需要 一定的入渗强度
排水沟的深度和间距必须根据所要求的 入渗强度确定。
第三节 控制地下水位的水平排水系统
3
300～ 340 360～ 400 420～ 470 580～ 630
第三节 控制地下水位的水平排水系统
排水沟间距的计算
不透水层位于有限深时 恒定流计算公式 非恒定流计算公式
不透水层位于无限深时 恒定流计算公式 非恒定流计算公式
不透水层位于有限深时
地下水运动基本方程的推导 ε
h
0
H
x
x L/2 L
第三节 控制地下水位的水平排水系统
二、控制地下水位要求的排水沟 （管）的深度和间距
满足一定排水要求的排水沟深度和间距有着 密切的关系
L2
L2
L2
Δh2
ΔH
D1
S1 S2
Δh1
D2
L1
D H h S
第三节 控制地下水位的水平排水系统
设计农沟时，一般先根据作物要求的地下水 埋深、农沟边坡稳定条件、施工难易等初步 确定农沟深度，再确定相应的间距
一、排水沟对地下水位的调控作用
二、控制地下水位要求的排水沟 （管）的深度和间距
三、控制水田渗漏量要求的排水沟 （管）的间距
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
无有排水时
时间
0
地下水埋深
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
30cm
第一节 农作物对农田排水的要求
三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对 农田排水的要求
第一节 农作物对农田排水的要求
三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对 农田排水的要求
土壤盐碱化的原因 气象条件 土壤盐分 地下水位及含盐量 土质
第一节 农作物对农田排水的要求
三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对 农田排水的要求
H t
初始条件 边界条件
h(x,t)t0h0 h(x,t)x00 h(x,t)xL0
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非恒定流方程的解
hh01(s)'
(s) ' 1(1)n2co (1 sx)(2n2 1)
e(2n 2 1)2t
n1
(2n1)
2
t
t L2
,x
x L
4a
2
第三节 控制地下水位的水平排水系统
35～ 50 50～ 70
1.8～ 2.3
100～ 150 70～ 100
南方排水暗管埋深与间距经验数值
土壤质地 渗透系数 (m/d)
深度 (m) 0.8 1 1.2 1.5
粘土 ＜ 0.3
6～ 8 8～ 10 10～ 12 12～ 15
壤土 0.3～ 0.6 间距 (m)
8～ 10 10～ 12 12～ 15 15～ 20
xL,h0,kHL 22c1L0,c12kL H
hx2 Lx
2kH 2kH
第三节 控制地下水位的水平排水系统
hx2 Lx
2kH 2kH
当 xL/2时h， hc
hc
L2 L2
4 2 2kH 2kH
L2
8kH
HH0h 2c2H02hc
完整沟的排 水沟间距
L
8hck(2H 0 2hc)
4k(hc22H 0hc)
在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为保证 土壤不产生盐碱化和作物不受盐害所要求保持的地 下水最小埋藏深度——地下水临界深度
北方地区采用的地下水临界深度（单位：m）
地下水矿化度 (g/L) 砂壤土
＜2
1.8～ 2.1
2～ 5
2.1～ 2.3
5～ 10
2.3～ 2.6
＞ 10
2.6～ 2.8
壤土 1.5～ 1.7 1.7～ 1.9 1.8～ 2.0 2.0～ 2.2