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第七章田间排水本章需要掌握如下内容：田间排水任务、农作物对农田排水的要求、排水沟的调控原理、以及达到这些要求而修建的田间排水系统的规格、布置、结构。一、农田灌溉与排水的关系１、灌溉与排水是调节农田水分状况的两种主要措施“干旱”，农田水分不足，影响农作物生长。解决办法：适时适量的灌溉农田水分长期过多或地面长期积水，造成作物生长不良，甚至窒息死亡。土壤水分过多，地下水位及地下水矿化度过高，排水不良等因素，常常引起土壤的沼泽化和盐碱化。解决办法：除涝降渍涝害和渍害何为涝？何为渍？涝灾(waterlogging)：问题：涝灾与洪灾的区别？定义：降雨过多形成旱地积水或水田淹水过深而造成作物减产或失收的灾害。渍灾(subsurfacewaterlogging)：定义：因地下水位过高或连续阴雨致使土壤过湿而危害作物正常生长的灾害。涝灾：当地降雨引起地面积水。洪灾：客水入境引起地面积水。成因：自然原因（1）降雨过多或阴雨连绵（2）地下水位过高，如滨湖地区（3）耕层滞水有粘土隔层（4）地势低洼，如兴化、建湖、泰县溱潼镇等地人为因素（1）重灌轻排（2）工程不配套，大水漫灌、串灌串排思考：渍与涝的区别？渍：无地表积水涝：有地表积水涝害和渍害盐害(waterlogging)：定义：土壤中含可溶性盐过多，使作物吸水困难，从而影响作物正常生长的灾害。中性盐：Nacl、Na2SO4等过多，称盐土碱性盐：NaCO3、NaHCO3等过多称碱土，或盐碱土盐碱地形成条件：（1）地下水含盐量大；（2）地下水位过高；（3）盐分积累次生盐碱地：由于灌溉不当（过量灌水，或只灌不排）引起地下水位上升，形成盐碱地称为次生盐碱地。分布：干旱、半干旱地区滨海地区２、灌溉排水的目的不同灌溉：兴利排水：去害３、工程规划方面系统设计与建设方法相同二、农田排水存在的问题、解决措施和研究方法１、存在问题南方低洼水网地区：地下水排水不畅，地下水位高西北干旱地区、华北半干旱地区及北方沿海滨海地区：降水少，土质松，蒸发强度大，表面积盐碱化；灌溉不合理也造成盐碱化和沼泽化。２、解决措施：加强排水研究，控制地下水动态３、研究方法：排水问题属非稳定流范围，可采用室内模拟，现场实验，理论研究三、农田排水系统的任务和组成１、任务“涝”，降雨过多形成旱地积水或水田淹水过深而造成作物减产或失收的灾害。排除涝水是农田排水的首要任务，这种排水称为除涝排水，又称排地面水。在规定的时间内，排除由于暴雨产生的田面积水，减少淹水时间、深度，保证作物正常生长。除涝：降渍：“渍”，由于雨后平原坡度较小的地区和低洼地，在排除地面积水以后，地下水位过高，根系活动层土壤含水率太大，通气不良，有机质不能充分分解，作物能够吸收的矿物质养料不足；作物根系呼吸困难，甚至在缺氧情况下产生甲醇、硫化氢等有毒物质，造成作物减产，甚至死亡，这种排水称为防渍排水。控制和降低地下水位。防止土壤盐碱化：“土壤的盐碱化”，在我国广大干旱半干旱地区，当地下水位过高，地下水矿化度也较高时，由于潜水蒸发强度大，水分蒸发后，盐分累积在土壤表层，造成土壤的盐碱化，这是农田自然灾害的又一种重要形式。降低地下水位，减少潜水蒸发，是解决盐碱灾害的一种有效措施。降低地下水位又必须通过排水来实现，这种情况的排水称为防止土壤盐碱化的排水。它与防渍排水是排除地下水的两种主要形式。易于耕作２、组成田间排水沟、集水排水沟、主干排水沟第一节农作物对农田排水的要求农作物对农田排水的要求，可概括为排除多余的地面径流和控制地下水位。一、农田对除涝排水的要求农作物对田面积水有一定的限度，超过允许的耐淹历时和耐淹深度，轻则减产、重则死亡，所以，应及时排除地表积水。1、原因：田面积水多、时间长、影响作物对氧气的吸收，使作物在无氧的条件下呼吸，产生的乙醇可使作物中毒死亡。2、耐淹深度和耐淹历时有关的因素：①作物品种；②生育阶段；③土壤质地；④气候条件不同作物、同一种作物不同生育阶段耐淹能力不同。二、农田对防渍排水的要求（1）在旱田中，地下水位过高，作物就会受到渍害而减产，因此，田间排水工程还应满足防渍的要求，使根系层土壤保持适宜的含水率θ。与作物所要求的地下水埋深有关的因素：①作物种类；②生育阶段；③土壤性质。二、农田对防渍排水的要求（2）（1）麦类：播种幼苗期：H=0.5m左右，以便利用毛管上升水。返青、拔节：H=0.8—1.0m。根系发育后：H1.0—1.2m。（2）水稻：晒田期：3—5天/5—7天，H=0.4—0.6m；其它时期：适当、以利通气；收割后：H=0.6—0.8m。三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水要求（1）土壤中的盐分主要是随水分而运动，“积盐”：蒸发条件下，由于毛管作用，盐分随水分上升，水分蒸发后，盐分则留在土壤表层。“脱盐”：降雨和灌水时，入渗的水流夹带表层的盐分向深度移动，使表层盐分逐渐降低。所以，在某一季节内，土壤的积盐和脱盐取决于蒸发和入渗条件。三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水要求（2）蒸发强度与气象条件和地下水埋深有关。埋深越小，蒸发强度越大；越干旱，蒸发强度大，表层积盐快，易形成盐碱化。降雨和灌溉的入渗强度也与地下水位有关，地下水位越高，土壤含水量越大，入渗速度越小，所以带入深层盐分越小，因而土壤不易脱盐。三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对农田排水要求（3）土壤的积盐和脱盐都与地下水埋深有关。这样就存在一个临界地下水埋深问题。临界深度：在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为了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，叫地下水临界深度。有关因素：①地下水矿化度；②气象条件；③灌排条件；④农技措施；⑤土壤性质。治盐要求：地下水埋深地下水临界埋深。四、农业耕作条件对农田排水的要求机械适宜下田的土壤含水率为60—70%θ田，也与机械种类有关，国外资料:1.履带拖拉机H≥0.4—0.5m2.轮式拖拉机H≥0.5—0.6m黑龙江省哈阳农场在盐碱化黑钙土上的试验资料:3.当重型拖拉机带动联合收割机时，允许的最大土壤含水率为干土重的30—32%，最小埋深0.9—1.0m。五、涝、渍、盐治理（一）除涝1．水利措施：（1）修建排水工程、挖沟、疏河、建闸、站等。（2）排滞并举。2．农业措施：（1）易涝地区种耐涝作物。（2）局部洼地可作蓄涝养殖区。（二）防渍1．水利措施：（1）修建排水工程，明沟、暗管（鼠道）、竖井排水。（2）控制河网水位，从而控地下水位。（3）节水灌溉。（4）灌排分开，水旱分开。2．农业措施：（1）改良土壤，消除滞水层（深耕晒垡、增施有机肥）。（2）种植耐渍品种，（如圩区应种水稻、不种棉花）。（3）生物排水（沿沟、沿路种养、灌木、有利降地下水位）。（三）防盐（降盐、压盐）1．水利措施：（1）兴建排水工程降低度地下水位，有良好排水设施的前提下，大定额灌溉（洗盐）。（注：只灌不排则有可能产生次生盐碱化）（2）地表水地下水联合运用。2．农业措施：（1）种水稻，是改良盐碱地的一个重要方法。（2）种植耐盐作物。3．化学措施：施用石膏（CaSO4，呈酸性），使碱土变成硫酸钠盐土，从而减轻危害。排水系统的类型：除涝：水平排水（明沟、暗沟、暗管）控制地下水位：降渍、防治盐碱化水平排水垂直排水（竖井）第二节排除地面水的水平排水系统一、大田蓄水能力降雨形成的多余的地面水除了利用排水沟道排除外，还应该利用田块本身及田块上的沟、畦、格田等、拦蓄一部分雨水，但拦蓄的能力是有一定限度的，这种限度叫大田蓄水能力。包括两部分：一部分储存在地面以下的土层中，另一部分补充了地下水，并使地下水位有所升高。大田蓄水能力计算公式为：一、大田蓄水能力旱田：V=H(θmax-θo)+H1(θs-θmax)=H(θmax-θo)+μH1H：降雨前地下水埋深，m；θmax：地下水位以上土壤平均最大持水率（与土壤体积之比）θo：降雨前地下水位以上土层平均含水率；H1：降雨后地下水允许上升高度，视地下水排水标准定，m；θs：饱和含水率；μ：给水度。一、大田蓄水能力水田：二、田面降雨径流过程（1）降雨时，Pi入渗，产生径流；（2）田面具有坡降，水由首端向下游汇流。（3）汇流面积越大，水层越深。单位宽度下，汇流路径越长深度越大。（4）排出田面水层所需时间越长。由此可知，田间排水沟间距越小，向沟内汇流时间越短，排除时间越快，作物淹水深度小，淹水时间短。三、田间排水沟深度和间距田间排水沟是指排水系统中末级固定排水沟。一般指农沟（少数地区有毛沟）农沟间距越密，地块越小、排水效果好，但耕作不便。相反，则达不到除涝排水的要求，因此，田间排水沟间距和耐淹深度、耐淹历时有关。i=i1/tα=i1t-α土壤渗吸速度I=(i1/1-α)t1-α=i0t1-α入渗总量三、田间排水沟深度和间距在降雨历时和淹水时间t和(t+T)内，I=i0(t+T)1-α≤V才能满足不设沟的要求。如果根据大田蓄水能力确定的允许淹水历时小于作物允许淹水历时，则在设计排水沟间距时，应采用根据大田蓄水能力确定的允许淹水历时为依据。三、田间排水沟深度和间距（1）间距：末级固定排水沟的间距，要根据田间作业对田块的要求，结合田间灌溉渠道的规划布置统一考虑确定。目前，没有理论公式可计算，一般视经验而定。北方末级农沟间距100—400m，南方地区，农沟间距多为100~200m。（2）沟深：排地表水的沟深由排水流量确定，一般不超过0.8—1.2m。第三节控制地下水位的水平排水系统控制农田地下水位的目的：有效排除渍害防止土壤盐碱化控制地下水位的田间工程形式：水平排水：明沟、暗管垂直排水：竖井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地下水变化过程排水沟对地下水位的控制作用有排水无排水上升过程下降过程结论：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，因而对于控制地下水位可以起到重要作用。满足排水要求的排水沟深度和间距的关系，两者互为消长：深度一定，间距小，地下水回落快且下降值大；反之……间距一定，深度大，地下水回落快；反之……一定时间内要求达到的地下水埋深一定时，间距大，需要的深度大；反之……二、控制地下水位要求的排水沟的深度和间距排水沟深度一定，排水沟间距与排水农田的土壤质地、含水层的特征有关。实测资料表明：排水沟深度一定，间距与土层的导压系数关系密切。k：土层的渗透系数；：含水层平均厚度；μ：给水度。α：土层的导压系数；α值愈大，排水沟间距可愈大，即土壤渗透系数愈大，含水层厚度愈大，土壤给水度愈小，满足一定地下水位控制要求的排水沟间距可愈大。确定方法：1、实测与调查a原则：设计排水农沟时，一般首先根据作物要求的地下水埋深、排水农沟边坡稳定条件施工难易等初步确定排水农沟的深度，然后再确定相应的间距。b当作物允许的地下水埋深ΔH一定时，排水农沟的深度D可用下式表示：D＝ΔH+Δh+SΔH为作物要求的地下水埋深(m)；Δh为当两沟之间中心点的地下水位降至ΔH时，地下水位与沟水位之差。视土质与沟的间距而定，一般不小于0.2~0.3m；S为排水农沟中的水深，排地下水时一般取0.1-0.2m。c调查统计情况排水农沟的间距，应通过试验或参照当地或相似地区的实践经验加以确定。末级固定排水沟间距与沟深经验值南方各省排水农沟深度：水田0.8~1.5m，旱作1.5~2.0m；沟间距：一般在60—200m范围内，视土壤质地而异。在盐碱化地区，排水沟的深度和间距，要满足控制和降低地下水位的要求，且要能达到脱盐和改良盐碱土的预期效果。冲洗改良阶段，为了加速土壤脱盐，可采用深浅沟相结合的办法。在深沟控制地段，加设深1m左右的临时性浅沟(毛排)，待土壤脱盐后再行填平。2、排水沟间距的理论计算（缺乏实测和调查资料）⑴不透水层位于有限深度（HL）H1)地下水运动的基本方程取排水沟水面与沟轴线的交点为原点，以距原点x及x+dx的断面I—I、Ⅱ-Ⅱ之间，排水沟单位长度（单宽1m）进行分析。2)恒定流计算公式在雨季由于长期降雨，排水沟控制范围内入渗水量等于排出水