排水沟设计

第五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

设计排水沟，一方面要使沟道能通过排涝设计流量，使涝水顺利排入外河；另一方面还要满足控制地下水位等要求。

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。

1．排渍水位(又称日常水位)

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(防渍或防止土壤盐碱化)所决定。

为了控制农田地下水位，排水农沟(末级固定排水沟)的排渍水位应当低于农田要求的地下水埋藏深度，离地面一般不小于1.0～1.0m；有盐碱化威胁的地区，轻质土不小于2.2～2.6m，如图8-7所示。而斗、支、干沟的排渍水位，要求比农沟排渍水位更低，因为需要考虑各级沟道的水面比降和局部水头损失，例如排水干沟，为了满足最远处低洼农田(见图8-8)降低地下水位的要求，其沟口排渍水位可由最远处农田平均田面高程(A0)，考虑降低地下水位的深度和斗、支、干各级沟道的比降及其局部水头损失等因素逐级推算而得，即

图8-7排渍水位与地下水位控制的关系(单位：m)

图8-8干、支、斗、农排水沟排渍水位关系图

z

＝A0－D农－ΣLi－ΣΔ

搀渍

z (8-7) 式中z排渍——排水干沟沟口的排渍水位，m；

A

——最远处低洼地面高程，m；

D

——农沟排渍水位离地面距离，m；

农

L——斗、支、干各级沟道长度，m，见图8-8；

i——斗、支、干各级沟道的水面比降，如为均匀流，则为沟底比降；

Δz——各级沟道沿程局部水头损失，如过闸水头损失取0.05～0.1m，上下级沟道在排地下水时的水位衔接落差一般取0.1～0.2m。

对于排渍期间承泄区(又称外河)水位较低的平原地区，如干沟有可能自流排除排渍流量时，按上式推得的干沟沟口处的排渍水位20溃，应不低于承泄区的排渍水位或与之相平。否则，应适当减小各级沟道的比降，争取自排。而对于经常受外水位顶托的平原水网圩区，则应利用抽水站在地面涝水排完以后，再将沟道或河网中蓄积的涝水排至承泄区，使各级沟道经常维持排渍水位，以便控制农田地下水位和预留沟网容积，准备下次暴雨后滞蓄涝水。

2．排涝水位(又称最高水位)

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。由于各地承泄区水位条件不同，确定排涝水位的方法也不同，但基本上分为下述两种情况。1) 当承泄区水位一般较低，如汛期干沟出口处排涝设计水位始终高于承泄区水位，此时干沟排涝水位可按排涝设计流量确定，其余支、斗、沟的排涝水位亦可由干沟排涝水位按比降逐级推得；但有时干沟出口处排涝水位比承泄区水位稍低，此时如果仍须争取自排，势必产生壅水现象，于是干沟(甚至包括支沟)的最高水位就应按壅水水位线设计，其两岸常需筑堤束水，形成半填半挖断面，如图8-9所示。

图8-9排水出口壅水时干沟的半填半挖断面示意图

2) 在承泄区水位很高、长期顶托无法自流外排的情况。此时沟道最高水位是分两种情况考虑，一种情况是没有内排站的情况，这时最高水位一般不超出地面，以离地面0.2～0.3m为宜，最高可与地面齐平，以利排涝和防止漫溢，最高水位以下的沟道断面应能承泄除涝设计流量和满足蓄涝要求；另一种情况是有内排站的情况，则沟道最高水位可以超出地面一定高度(如内排站采用圬工泵时，超出地面的高度就不应大于2～3m)，相应沟道两岸亦需筑堤。

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，包括水深与底宽等。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。

1．根据排涝设计流量确定沟道的过水断面

排水沟一般是按恒定均匀流公式设计断面，但在承泄区水位顶托发生壅水现象的情况下，往往需要按恒定非均匀流公式推算沟道水面线，从而确定沟道的断面以及两岸堤顶高程等。推算水面线的方法已在水力学中详述，这里从略；但对于排水沟道的断面因素如底坡(i、糙率(n)、及边坡系数(m)等应结合排水沟特点进行分析拟定。

(1) 排水沟的比降(i) 主要决定于排水沟沿线的实际地形和土质情况，沟道比降一般要求与沟道沿线所经的地面坡降相近，以免开挖太深。同时，沟道比降不能选得过大或过小，以满足沟道不冲不淤的要求，即沟道的设计流速应当小于允许不冲流速(见表8-8)和大干允许不淤流速(0.3～0.4m/s)。此外，对于连通内湖与排水闸的沟道，其比降还决定于内湖和外河水位的情况；而对于连通抽水站的沟道比降，则须注意抽水机安装高程的限制，一般说来，对照±述要求，平平

地区沟道比降可在下列范围内选择：干沟为，支沟为

，斗沟为。

而在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。对于有

些结合灌溉、蓄涝和通航的沟道，其比降也有采用平

底的情况。为了便于施工，同一沟道最好采用均一的

底坡，在地面比降变化较大时，也要求尽可能使同一沟道的比降变化较少。

(2) 沟道的边坡系数(m) 这主要与沟道土质和沟深有关，土质愈松，沟道愈深，采用的边坡系数应愈大。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。设计时可参考表8-9。

表8-9土质排水沟边坡系数表

(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0.02～0.025，而对于容易长草的沟道，一般采用较大的数值，取0.025～0.03。

2．根据通航、养殖要求校核排水沟的水深与底宽

按除涝设计流量确定的排水沟水深h(相应的排渍水深为h0)及底宽b(见图

8-10)，往往还不一定是最后采用的数值。考虑到干、支沟在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。