農田排水系統規劃思路

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［摘要］為了提升高速公路改擴建項目的建設水平，首先分析了路基內部的水分來源，其次分析了高速公路改擴建工程的中央分隔帶、路面、路基排水常用設施的特點及作用機理，最后依托某高速公路項目，利用有限元軟件Geostudio對綜合排水措施的處治效果進行評價，以期為類似工程防排水提供參考。

［關鍵詞］高速公路；路基加寬；防排水

安徽省淮北平原面積為3.74萬km2，占全省總面積的26.8%；耕地面積210萬hm2，占全省耕地面積的50%。是安徽省重要的商品糧、棉、油生產基地。淮北地區地處南北氣候過渡地帶，屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，水土光熱資源較為豐富，適宜多種農作物的生長。多年平均降水量為770~950mm，自北向南遞增；降水的年際和年內分布不均，年際降水最大與最小比值達3~4，年內降水則主要集中在汛期，6—9月份的降雨量約占全年總雨量的60%~70%，且多以暴雨形式出現，易形成洪澇災害。降水時空分布懸殊的特點是造成本地區旱澇災害的主要原因之一。淮北地區屬緩坡平原，存在洪、澇、漬、旱多種自然災害。70多年來的治水歷程，經歷了1958年“河網化”的失敗和1978年強調實現“井灌化”的挫折，也取得了二十世紀五六十年代提高防洪能力、八十年代“除澇配套”建設的顯著成效。這些正反兩方面的經驗教訓充分說明，淮北平原的水利綜合治理有其自身的發展規律。防洪除澇是平原區治水的基礎，是工農業生產和人民群眾生命財產的安全保障。其治水的指導思想必須是洪、澇、漬、旱統一規劃、綜合治理。本文主要對淮北平原區農田排水系統的規劃進行探討。

一、農田對排水的要求

農田排水的任務是排除農田中過多的地面水和地下水，減少積水時間和深度，控制地下水位，為農作物生長創造良好環境。1.農田對排水的要求對于較大的降雨，要能及時排除由于暴雨產生的田面積水，減少淹水時間和淹水深度，以保證作物正常生長。實踐證明，農作物淹水時間和淹水深度有一定的限度，超過了將會減產，甚至死亡。作物耐澇能力與作物類別、品種、生長階段等因素有關，一般規律是水生作物強于旱作物、高桿作物強于低桿作物。多數農作物的耐淹水深5~15cm，耐淹時間1~3天。2.農田對防漬的要求作物忍受過多土壤水分的能力稱為作物耐漬能力。它和作物的種類及生長階段、土壤物理條件、氣溫等因素有關。各種作物的耐漬能力是不同的，一般來說，需水多的作物強于需水少的，淺根的作物強于深根的，同一作物生育前期強于后期。在工程措施中，一般用降低地下水位的辦法達到改變土壤水分過多的目的。農作物防漬臨界深度一般為0.5~1.5m。

二、排水標準

1.排水標準綜述排水設計標準是指對一定重現期的暴雨，在一定的時間內排除澇水或將地下水位降低到適宜的深度，以保證作物的正常生長。排水標準包含三方面的要素：暴雨重現期、暴雨歷時和排澇時間。（1）暴雨重現期農田排澇設計暴雨重現期，現狀一般取5年，有條件的地區可取10年。（2）設計暴雨歷時排澇設計標準中的暴雨歷時，一般采用1、3、5及7天等時段。采用暴雨歷時長短，視流域面積大小、地形及植被等條件而定。根據已有的研究成果和工程實踐經驗，設計暴雨歷時擬定為1~3日是適宜的，流域面積小于50km2的取1日。（3）排澇時間排澇時間應根據保護對象的耐淹能力，即耐淹歷時和水深確定，排澇時間不應超過保護對象的耐淹歷時。根據安徽省農田排水試驗研究成果和工程實踐經驗，農田設計排澇歷時為旱作物1~3天，水稻3~5天。農田水利2.農田排水標準受經濟條件的制約，淮北地區解放初期的治理標準是“消除小雨小災，保麥爭秋”，后來治理標準逐步提高到3~5年一遇。目前宜采用5年一遇標準，重點地區、農業示范園區可提高到7~10年一遇。防漬標準是將地下水位在一定時間內下降到耐漬深度，淮北地區按雨后3天將地下水位降到地面0.5m以下。排漬設計深度：旱田一般為1~1.5m，水稻田為0.4~0.6m。

三、設計水位

1.農田排水溝水位排澇水位是排水溝宣泄排澇流量時的水位，它是排水溝的最高水位。為了在出現設計暴雨時不使農田受淹，一般要求末級排水溝（小溝）排澇水位低于流域內的最低地面，以利于地面徑流的匯入。排水溝的出口水位與下游溝河的水位相銜接，同時考慮排水溝適宜的水面比降。另外，平時為控制地下水位，需要排除多余的地下水，此時的水位是排水溝的最低水位，末級排水溝的最低水位一般為1.0~1.5m。2.抽排水位按照正常設計水位澇水無法自排時需考慮抽排。泵站的進水池水位即為抽排區排水溝自流匯水至此的水位，出水池的水位為承泄區的設計最高水位。

四、排水系統規劃

農田排水系統主要由各級排水溝道和附屬建筑物組成，用來完成農田的除澇、防漬、防治土壤鹽堿化等各種排水任務。1.農田排水溝淮北平原各地域由于地理位置、地形條件、氣象、土壤特性及水文地質條件等不同，其農田排水工程的規格標準和布置形式也不盡相同，但都強調以大溝作為基本單元進行除澇工程配套，把河道、湖泊作為容泄區。淮北地區河間平原面積較大，主要分布土壤有砂姜黑土、潮土。地形坡度比較平緩，農田地面多分布有淺碟型微地形洼地。經20世紀70—80年代除澇工程建設與配套，骨干排水工程已經奠定了良好的基礎。農田排水工程規格標準：一般按照大中小3級排水溝設置，大溝控制面積10~50km2，中溝控制面積1~10km2，小溝控制面積0.1~1km2；大溝間距2.0~3.0km，中溝間距500~800m，小溝間距為150~250m。對于砂姜黑土地區可以取偏下限，對于低洼排水不暢地區或再增加一級排水農溝。2.田間排水暗管在土質比較黏重的易旱易澇地區，由于土壤的滲透系數低，控制地下水位要求的排水溝間距較小。此時末級排水溝如果采用明溝，則土方量大、占地多、橋涵多、不利于農業機械化生產，還存在坍塌、淤積、長草等問題。采用暗管排水可克服這些問題，但工程造價高、一次性投入大、施工技術要求高。隨著經濟社會發展和農業現代化的推進，暗管排水將會有廣闊的前景。暗管排水系統一般由吸水管、集水管、檢查井、集水井等部分組成。吸水管、集水管可代替田間農毛溝，吸水管的間距一般為15~30m，通過集水管、集水井把田間地下水排入小溝。3.建筑物（1）橋涵：淮北地區的橋梁密度現狀還不能滿足要求，現有橋涵中有相當一部分存在毀壞失修、孔徑小、荷載低等問題；排水溝上路壩、阻水物依然存在。為了滿足生產交通要求，保持溝通路暢，必須按要求、按標準配套橋涵。橋梁間距大致為：大溝橋1km，中溝橋500m，小溝橋200m。（2）閘壩：大溝興建控制建筑物十分必要，可以起到攔蓄地表徑流、防止外河洪水倒灌的作用。隨著水資源的日趨緊張，地下水位的不斷下降，大溝蓄水問題已經提到議事日程。而處于河流的中下游的地區，大溝直入行洪河道的多，大溝多有防洪要求。目前，大溝沒有控制建筑物或者失去作用者還占到很大比例。按照蓄水或防洪的要求各大溝都需要興建控制建筑物，其中防洪涵閘可兼顧蓄水作用；對于流域面積較大、溝長較長、坡度較陡的可以適當增加節制閘或攔水壩。對于老化失修的涵閘進行維修或改造，不可維修的拆除重建。對于少數中溝也適合修建控制建筑物。（3）排水泵站：當局部洼地不能順利自排時必須建站抽排。泵站一般布置在抽排區排水溝的出口處，承泄區堤防靠農田的一側。排澇站的規劃要重點劃定抽排區的范圍，綜合考慮或計算抽排面積、抽排模數、抽排流量、進出水池水位、泵站型式、機泵選型等。

五、除澇水文計算方法

安徽省淮北地區除澇水文計算，新中國成立后均以由設計暴雨通過產流、匯流推算的方法為主。由于觀測資料的逐年增加，暴雨統計參數、降雨徑流關系的變化，以及面上河溝開挖后匯流條件改變等原因，雖計算方法基本未變，但具體數據有幾次變動。由于早期計算方法還不夠成熟，其計算結果偏低，為改變淮北平原河溝排模計算辦法不統一的現象，使除澇工程規劃設計在水文方面能有比較一致的口徑，1981年9月，安徽省水利水電勘測設計院制定了《安徽省淮北地區除澇水文計算辦法》。本辦法目前仍為淮北地區除澇水文計算的主要依據。1.自流排水模（1）流域面積在50~500km2時，采用下式計算：M=0.026RF-0.25式中：M為排水模，以m3/s/km2計；R為三天暴雨相應的凈雨深，以mm計；F為流域面積，以km2計。（2）流域面積在50km2及以下時，按24h凈雨24h平均排出計。M=αR/86.4式中：α為最大24h凈雨占三天凈雨總量的權重，其值約為84%。遇超標準情況，10年一遇排模打九折，20年一遇排模打八五折。50km2以下小面積抽排模，原則上按三天暴雨中后兩天暴雨所產生的凈雨，扣除水田滯蓄后在兩天內平均排出計算。（3）遇到超標準情況，10年一遇排水模打九折，20年一遇打八五折。2.抽排模抽排模原則上按三天暴雨中后兩天暴雨所產生的凈雨扣除水田滯蓄后，在兩天內平均排出計算，抽排面積在50km2以下時，抽排模采用下式計算：M抽=（R2天-V）/（2×86.4）=（旱地率×0.9R＋水田率（0.9P-2×5）-水田率×200）/172.8式中：M抽為抽排模，以m3/s/km2計；P為三天暴雨量，R為相應的凈雨深，以mm計；系數0.9為后兩天暴雨（凈雨）占三天暴雨（凈雨）的權重。

六、結語

安徽省淮北地區屬于河間平原區，地形坡度平緩，缺少地面調節庫容，現狀總體排水標準不高，歷史經驗說明該區域的農田排水系統規劃以大溝作為基本單元進行除澇工程配套，把河道作為容泄區，可以收到良好的效果。

作者：王善海