农田排水系统规划思路

　　［摘要］为了提升高速公路改扩建项目的建设水平，首先分析了路基内部的水分来源，其次分析了高速公路改扩建工程的中央分隔带、路面、路基排水常用设施的特点及作用机理，最后依托某高速公路项目，利用有限元软件Geostudio对综合排水措施的处治效果进行评价，以期为类似工程防排水提供参考。

　　［关键词］高速公路；路基加宽；防排水

　　安徽省淮北平原面积为3.74万km2，占全省总面积的26.8%；耕地面积210万hm2，占全省耕地面积的50%。是安徽省重要的商品粮、棉、油生产基地。淮北地区地处南北气候过渡地带，属暖温带半湿润季风气候区，水土光热资源较为丰富，适宜多种农作物的生长。多年平均降水量为770~950mm，自北向南递增；降水的年际和年内分布不均，年际降水最大与最小比值达3~4，年内降水则主要集中在汛期，6—9月份的降雨量约占全年总雨量的60%~70%，且多以暴雨形式出现，易形成洪涝灾害。降水时空分布悬殊的特点是造成本地区旱涝灾害的主要原因之一。淮北地区属缓坡平原，存在洪、涝、渍、旱多种自然灾害。70多年来的治水历程，经历了1958年“河网化”的失败和1978年强调实现“井灌化”的挫折，也取得了二十世纪五六十年代提高防洪能力、八十年代“除涝配套”建设的显著成效。这些正反两方面的经验教训充分说明，淮北平原的水利综合治理有其自身的发展规律。防洪除涝是平原区治水的基础，是工农业生产和人民群众生命财产的安全保障。其治水的指导思想必须是洪、涝、渍、旱统一规划、综合治理。本文主要对淮北平原区农田排水系统的规划进行探讨。

　　一、农田对排水的要求

　　农田排水的任务是排除农田中过多的地面水和地下水，减少积水时间和深度，控制地下水位，为农作物生长创造良好环境。1.农田对排水的要求对于较大的降雨，要能及时排除由于暴雨产生的田面积水，减少淹水时间和淹水深度，以保证作物正常生长。实践证明，农作物淹水时间和淹水深度有一定的限度，超过了将会减产，甚至死亡。作物耐涝能力与作物类别、品种、生长阶段等因素有关，一般规律是水生作物强于旱作物、高杆作物强于低杆作物。多数农作物的耐淹水深5~15cm，耐淹时间1~3天。2.农田对防渍的要求作物忍受过多土壤水分的能力称为作物耐渍能力。它和作物的种类及生长阶段、土壤物理条件、气温等因素有关。各种作物的耐渍能力是不同的，一般来说，需水多的作物强于需水少的，浅根的作物强于深根的，同一作物生育前期强于后期。在工程措施中，一般用降低地下水位的办法达到改变土壤水分过多的目的。农作物防渍临界深度一般为0.5~1.5m。

　　二、排水标准

　　1.排水标准综述排水设计标准是指对一定重现期的暴雨，在一定的时间内排除涝水或将地下水位降低到适宜的深度，以保证作物的正常生长。排水标准包含三方面的要素：暴雨重现期、暴雨历时和排涝时间。（1）暴雨重现期农田排涝设计暴雨重现期，现状一般取5年，有条件的地区可取10年。（2）设计暴雨历时排涝设计标准中的暴雨历时，一般采用1、3、5及7天等时段。采用暴雨历时长短，视流域面积大小、地形及植被等条件而定。根据已有的研究成果和工程实践经验，设计暴雨历时拟定为1~3日是适宜的，流域面积小于50km2的取1日。（3）排涝时间排涝时间应根据保护对象的耐淹能力，即耐淹历时和水深确定，排涝时间不应超过保护对象的耐淹历时。根据安徽省农田排水试验研究成果和工程实践经验，农田设计排涝历时为旱作物1~3天，水稻3~5天。农田水利2.农田排水标准受经济条件的制约，淮北地区解放初期的治理标准是“消除小雨小灾，保麦争秋”，后来治理标准逐步提高到3~5年一遇。目前宜采用5年一遇标准，重点地区、农业示范园区可提高到7~10年一遇。防渍标准是将地下水位在一定时间内下降到耐渍深度，淮北地区按雨后3天将地下水位降到地面0.5m以下。排渍设计深度：旱田一般为1~1.5m，水稻田为0.4~0.6m。

　　三、设计水位

　　1.农田排水沟水位排涝水位是排水沟宣泄排涝流量时的水位，它是排水沟的最高水位。为了在出现设计暴雨时不使农田受淹，一般要求末级排水沟（小沟）排涝水位低于流域内的最低地面，以利于地面径流的汇入。排水沟的出口水位与下游沟河的水位相衔接，同时考虑排水沟适宜的水面比降。另外，平时为控制地下水位，需要排除多余的地下水，此时的水位是排水沟的最低水位，末级排水沟的最低水位一般为1.0~1.5m。2.抽排水位按照正常设计水位涝水无法自排时需考虑抽排。泵站的进水池水位即为抽排区排水沟自流汇水至此的水位，出水池的水位为承泄区的设计最高水位。

　　四、排水系统规划

　　农田排水系统主要由各级排水沟道和附属建筑物组成，用来完成农田的除涝、防渍、防治土壤盐碱化等各种排水任务。1.农田排水沟淮北平原各地域由于地理位置、地形条件、气象、土壤特性及水文地质条件等不同，其农田排水工程的规格标准和布置形式也不尽相同，但都强调以大沟作为基本单元进行除涝工程配套，把河道、湖泊作为容泄区。淮北地区河间平原面积较大，主要分布土壤有砂姜黑土、潮土。地形坡度比较平缓，农田地面多分布有浅碟型微地形洼地。经20世纪70—80年代除涝工程建设与配套，骨干排水工程已经奠定了良好的基础。农田排水工程规格标准：一般按照大中小3级排水沟设置，大沟控制面积10~50km2，中沟控制面积1~10km2，小沟控制面积0.1~1km2；大沟间距2.0~3.0km，中沟间距500~800m，小沟间距为150~250m。对于砂姜黑土地区可以取偏下限，对于低洼排水不畅地区或再增加一级排水农沟。2.田间排水暗管在土质比较黏重的易旱易涝地区，由于土壤的渗透系数低，控制地下水位要求的排水沟间距较小。此时末级排水沟如果采用明沟，则土方量大、占地多、桥涵多、不利于农业机械化生产，还存在坍塌、淤积、长草等问题。采用暗管排水可克服这些问题，但工程造价高、一次性投入大、施工技术要求高。随着经济社会发展和农业现代化的推进，暗管排水将会有广阔的前景。暗管排水系统一般由吸水管、集水管、检查井、集水井等部分组成。吸水管、集水管可代替田间农毛沟，吸水管的间距一般为15~30m，通过集水管、集水井把田间地下水排入小沟。3.建筑物（1）桥涵：淮北地区的桥梁密度现状还不能满足要求，现有桥涵中有相当一部分存在毁坏失修、孔径小、荷载低等问题；排水沟上路坝、阻水物依然存在。为了满足生产交通要求，保持沟通路畅，必须按要求、按标准配套桥涵。桥梁间距大致为：大沟桥1km，中沟桥500m，小沟桥200m。（2）闸坝：大沟兴建控制建筑物十分必要，可以起到拦蓄地表径流、防止外河洪水倒灌的作用。随着水资源的日趋紧张，地下水位的不断下降，大沟蓄水问题已经提到议事日程。而处于河流的中下游的地区，大沟直入行洪河道的多，大沟多有防洪要求。目前，大沟没有控制建筑物或者失去作用者还占到很大比例。按照蓄水或防洪的要求各大沟都需要兴建控制建筑物，其中防洪涵闸可兼顾蓄水作用；对于流域面积较大、沟长较长、坡度较陡的可以适当增加节制闸或拦水坝。对于老化失修的涵闸进行维修或改造，不可维修的拆除重建。对于少数中沟也适合修建控制建筑物。（3）排水泵站：当局部洼地不能顺利自排时必须建站抽排。泵站一般布置在抽排区排水沟的出口处，承泄区堤防靠农田的一侧。排涝站的规划要重点划定抽排区的范围，综合考虑或计算抽排面积、抽排模数、抽排流量、进出水池水位、泵站型式、机泵选型等。

　　五、除涝水文计算方法

　　安徽省淮北地区除涝水文计算，新中国成立后均以由设计暴雨通过产流、汇流推算的方法为主。由于观测资料的逐年增加，暴雨统计参数、降雨径流关系的变化，以及面上河沟开挖后汇流条件改变等原因，虽计算方法基本未变，但具体数据有几次变动。由于早期计算方法还不够成熟，其计算结果偏低，为改变淮北平原河沟排模计算办法不统一的现象，使除涝工程规划设计在水文方面能有比较一致的口径，1981年9月，安徽省水利水电勘测设计院制定了《安徽省淮北地区除涝水文计算办法》。本办法目前仍为淮北地区除涝水文计算的主要依据。1.自流排水模（1）流域面积在50~500km2时，采用下式计算：M=0.026RF-0.25式中：M为排水模，以m3/s/km2计；R为三天暴雨相应的净雨深，以mm计；F为流域面积，以km2计。（2）流域面积在50km2及以下时，按24h净雨24h平均排出计。M=αR/86.4式中：α为最大24h净雨占三天净雨总量的权重，其值约为84%。遇超标准情况，10年一遇排模打九折，20年一遇排模打八五折。50km2以下小面积抽排模，原则上按三天暴雨中后两天暴雨所产生的净雨，扣除水田滞蓄后在两天内平均排出计算。（3）遇到超标准情况，10年一遇排水模打九折，20年一遇打八五折。2.抽排模抽排模原则上按三天暴雨中后两天暴雨所产生的净雨扣除水田滞蓄后，在两天内平均排出计算，抽排面积在50km2以下时，抽排模采用下式计算：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抽为抽排模，以m3/s/km2计；P为三天暴雨量，R为相应的净雨深，以mm计；系数0.9为后两天暴雨（净雨）占三天暴雨（净雨）的权重。

　　六、结语

　　安徽省淮北地区属于河间平原区，地形坡度平缓，缺少地面调节库容，现状总体排水标准不高，历史经验说明该区域的农田排水系统规划以大沟作为基本单元进行除涝工程配套，把河道作为容泄区，可以收到良好的效果。

　　作者：王善海