第七章 田间排水系统

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
Ì À ¸ µ » ä Ì À ¸ µ » ä
Õ É È î ½ ´ Õ É È î ½ ´
³ É À Ô Õ Ì 1.2 1.4 1.6 1.8 160¡ 200 220¡ 260 280¡ 320 340¡ 380 « « « « µ É À Æ Õ Ì 2.1 2.3 2.5 3 300¡ 340 360¡ 400 420¡ 470 580¡ 630 « « « «
非完整沟的间距
2
4 H ln 2 H ) 2 8H khc 4 H ln 2 H L ( D 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 0 x L/2
L H0
h0
x
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非恒定流计算公式
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
12 10 淹水天数（d） 8 6 4 2 0
淹水深度0.3m
淹水时间
淹水深度
ðï ³Í Þ Â ¡ Ï ñ Ò Õ ¿ ´ ú ý È Ò ¨ ¾ º ¼ º ª ¨µ ï Á Õ À À ²Þ Õ ³  é ë ³ Ê Ï ë ´ Ó Ê ¸ È ì ³ É ® ½ Ê µ Õ Þ ²À Í ¼ °Ú Ï ë Ó Ê
(2n 1) 2 cos(1 x ) ( 2 n 1 ) 2 t 2 e 2 ( s )' 1 (1) n (2n 1) n 1 2
t t2 , x x L L 2 4a
第三节 控制地下水位的水平排水系统
当t 0.3时，n 1
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
土壤含水率过高
地下水位过高
不同的作物不同的生 长季节对地下水位有 不同的要求 水稻对地下水位也有 一定的要求
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
ðï ³Í Þ º  ¨ ¡ Á Ï ï ® µ Ê ½
°¿ È Ç 70 100 150
Ï ¿ Õ Ç Ö ¿ î ³ À Õ Ç º Ô Ì 35¡ 50 « 20¡ 35 « 50¡ 70 « 35¡ 50 « 70¡ 100 « 50¡ 70 « 100¡ 150 70¡ 100 « «
南方排水暗管埋深与间距经验数值
À ¿ É Ö Ì Ç Õ µ ø · µ ý È Ì Î É (m/d) î Ç È ¶ (m) 0.8 1 1.2 1.5 ³ À Ô Ì » 0.3 £ 6¡ « 8¡ « 10¡ « 12¡ « 8 10 12 15 ¿ À Ç Ì °¿ È Ç 0.3¡ 0.6 0.1¡ 1.0 « « ä ´ » ½ (m) 8¡ 10 « 10¡ 12 « 10¡ 12 « 12¡ 15 « 12¡ 15 « 15¡ 20 « 15¡ 20 « 20¡ 30 «
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
dx地段dt时间内水量平衡
ε
H t2 t1 q 0 x dx
q q dx x
淹水深度0.5m
20
40 60 80 100 减产百分数（%）
Ú Å Ì ® î Ç ¨ © É í Ì ® ú ±¨ © Ð Ê È ¶ £ cm£ Ó Ï Ð Ê ¿ É £ d£ å Ú À Å 5¡ 10 « 1¡ 2 « È ì ³ É 10 1 Ú Å 8¡ 12 « 1¡ 1.5 « ¬ Ú ¼ Å 8¡ 12 « 1.5¡ 2 « Ú Å 10¡ 15 « 2¡ 3 « Ú Å 6¡ 10 « 2¡ 3 « Ú Å 15¡ 20 « 5¡ 7 « Ú Å 20¡ 30 « 9¡ 10 «
地下水非稳定流 运动基本方程 导压系数 （水位传导系数）
2 H H a 2 x t
恒定流计算公式 ε h hc 0
H
x
H0
H
L
2 H H a 2 x t
kH d 2 H 0 dx2 kH d 2 h 0 dx2
排水沟中间点， x 1, h h1
4e ( s)' 1

( ) 2 t 2
4 e ( 2 ) h1 h0

2
t

非恒定流条件下完整沟的间距
kHt L 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
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
有排水时 无排水时
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
[q (q
H dt t
q )]dxdt H dtdx x t
(
H
q )dxdt H dtdx x t
1 q H x t
x
1 q H x t
q kH H x
kH H x 1 x H t
ú ý Ú È Ò Å ¨å Ú °Ó ï º À Å » Ñ ¹ Í ¼ Å » Ñ ¹ °Ú Ú °Ó ï ¸ ì Ú È Ë Å
ª ï Ã Ñ Æ µ Ä Ê É » (d) µ Î Ê Á È (m) ® ±ä Ö Á ® ñ î 3¡ 5 « 0.9¡ 1.2 « 3¡ 6 « 0.8¡ 1.0 « 3¡ 5 « 0.4¡ 0.6 «
基本方程
2 H H a 2 x t
2 H H a 2 x t
初始条件 边界条件
h( x, t )t 0 h0 h( x, t ) x0 0 h( x, t ) xL 0
第三节 控制地下水位的水平排水系统
非恒定流方程的解
h h0 1 (s)'
2 c

hc 2 H 0 hc 2 2
非完整沟 修正系数
H H0
L 8khc H
2
第三节 控制地下水位的水平排水系统
L 8khc H
2
8H ln 2 H ) 1 (1 L D
明沟水面宽 或暗管直径
L 1 ln 2 H L khc 0 8 H D
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
Δh2 D1 ΔH Δh1 L1
L2
L2
D2
S1
S2
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。
I i0 (t T )
降雨历时
1
V
V t T i0
1 1
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
降雨前地下水埋深 降雨后地下水 允许上升高度
V H ( max 0 ) H1
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
I
水 层 深 0 降雨历时 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。
³ À Ô Ì 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
排水沟的间距与土层的导压系数 a kH
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
µ î ¨ © ¸ È £ m£ 1.0¡ 1.3 « 1.3¡ 1.5 « 1.5¡ 1.8 « 1.8¡ 2.3 «
µ ¿ î Æ Ç º 50¡ « 70¡ « 100¡ «
L2 c L 0, c L x L, h 0, 1 1
kH 2
2kH
x 2 Lx h
2kH
2kH
第三节 控制地下水位的水平排水系统
x 2 Lx h
2kH
当x L / 2时，h hc
2kH
L2 L2 2 4 2 L hc 2kH 2kH 8kH
h H H0
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 d 2 h 0 dx2
d 2h dx 2 kH
边界条件
x 0, h 0 x L, h 0
x2 c x c h 1 2
kH 2
x 0, h 0, c2 0
hc 2 H 0 hc H H0 2 2
完整沟的排 水沟间距
8hc k ( 2 H 0 hc ) 2 4k ( hc2 2 H 0 hc )
L


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 (h 2H 0 hc )
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 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）
Ö Á ® ï ¯ Ç µ Î Ê ¾ º ¶ (g/L) È Ç Ì °¿ À £ 2 » 1.8¡ 2.1 « 2¡ 5 « 2.1¡ 2.3 « 5¡ 10 « 2.3¡ 2.6 « £ 10 ½ 2.6¡ 2.8 «
¿ À Ç Ì 1.5¡ 1.7 « 1.7¡ 1.9 « 1.8¡ 2.0 « 2.0¡ 2.2 «
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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 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
地表排水
大田蓄水
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 ( max 0 ) H1 ( s max )