郭志剛

( 黑龍江省農(nóng)墾總局牡丹江管理局 云山農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江 密山158420)

1 水平排水系統(tǒng)

暴雨地面徑流利用田間溝網(wǎng)排除，也要利用田塊本身以及田塊上的溝、畦、格田等攔蓄一部分雨水。例如，旱作地區(qū)的灌水溝、畦，降雨時(shí)也聚集部分雨水，滲入土壤中暫時(shí)存蓄。在水稻地區(qū)，利用格田攔蓄部分雨水，在一定程度上也可以減輕澇災(zāi)。但在田塊內(nèi)部攔蓄雨水的能力是有一定限度的，這一限度可稱(chēng)為大田蓄水能力。降雨時(shí)，大田蓄水旱作物一般包括兩部分: ①儲(chǔ)存在地下水面以上的土層中;②補(bǔ)充了地下水，并使地下水位有所升高( 不超過(guò)規(guī)定的允許高度，以免影響作物生長(zhǎng)) 。旱田蓄水能力一般可用下式計(jì)算:

式中:V 為大田蓄水能力，m; H 為降雨前地下水埋深，m; θ0為降雨前地下水位以上土層平均體積含水率; θmax為地下水位以上土壤平均最大持水率( 與土壤體積之比) ; θs為飽和含水率( 與土壤體積之比) ;H1為降雨后地下水允許上升高度，視地下水排水深度而定，m; μ 為給水度，μ = θs－ θmax。

在降雨量過(guò)大或連續(xù)降雨情況下，如果降雨徑流形成的積水超過(guò)允許的作物耐淹深度和持續(xù)時(shí)間或入滲土中的水量超過(guò)大田蓄水能力時(shí)，必須修建排水系統(tǒng)，將過(guò)多的雨水( 澇水) 及時(shí)排出田塊。

2 排水溝對(duì)地下水的調(diào)控作用

根據(jù)灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)資料分析，引起地下水上升的主要水量來(lái)源于降雨、灌溉( 特別是種植水稻和采用不良的灌水技術(shù)) 、沖洗、河渠的滲漏水等。下面僅就降雨因素加以分析，以說(shuō)明排水溝對(duì)地下水位的調(diào)節(jié)控制作用。

降雨時(shí)滲入地下的水量，一部分蓄存在原地下水位以上的土層中，另一部分將透過(guò)土層補(bǔ)給地下水，引起地下水水位的上升。地下水位上升過(guò)程如圖1 中的abc 所示。在田間排水工程修建前，雨停后水位的回落主要依靠地下水的蒸發(fā)。由于蒸發(fā)強(qiáng)度隨著地下水位的下降而逐漸減弱，因而由蒸發(fā)而引起的地下水位下降速度也隨地下水埋深的加大而減弱。在地下水達(dá)到一定深度后，水位下降速度也隨地下水埋深的加大而減弱。在地下水達(dá)到一定深度后，水位下降十分遲緩。在無(wú)排水設(shè)施的條件下，農(nóng)田地下水回落過(guò)程將如圖2 中的cde 所示。在建有田間排水工程的條件下，降雨過(guò)程中入滲水量的一部分將自排水溝排走，因而地下水上升高度將較無(wú)排水工程時(shí)為小，如圖1 中ab'c'所示。愈靠近排水溝，對(duì)地下水位的控制作用愈顯著，地下水位愈接近溝中水位;距溝愈遠(yuǎn)，控制作用相對(duì)減弱，因而兩溝中間一點(diǎn)形成地下水位最高點(diǎn)，見(jiàn)圖2，雨停以后由于排水溝和蒸發(fā)的雙重作用，地下水位迅速降低，兩溝中間一點(diǎn)水位降落過(guò)程如圖1 中c'd'e'。綜上所述，田間排水溝在降雨過(guò)程中可以減少地下水位的上升，雨停后又可以加速地下水的排除和地下水位的回落，因而對(duì)于控制地下水位可以起到重要作用。

圖1 地下水位變化過(guò)程示意圖

圖2 排水溝對(duì)地下水位的控制作用示意圖

3 排水溝的深度和間距

實(shí)際觀測(cè)資料表明，在一定的排水溝深的條件下，要求的排水溝間距與土層的導(dǎo)壓系數(shù)a =kh/μ( k 為土壤的滲透系數(shù);h 為含水層厚度，μ 為土壤的給水度) 有著十分密切的關(guān)系。a 值愈大，排水溝( 管) 的間距可愈大，亦即土壤滲透系數(shù)愈大，含水層厚度愈大，土壤給水度愈小，滿(mǎn)足一定地下水控制要求的排水溝間距可愈大; 反之，土壤滲水性愈差，含水層厚度愈小，土壤給水度愈大，排水溝間距愈小。在滿(mǎn)足一定排水要求的排水溝深度和間距之間存在著密切的關(guān)系。在同一排水溝深度的情況下，排水溝的間距愈小，地下水下降速度愈快，在一定時(shí)間內(nèi)地下水的下降值愈大; 反之，排水溝的間距愈大，地下水下降愈慢，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)地下水的下降值也愈小。在同一排水溝間距的情況下，溝深愈大，地下水下降速度愈快; 反之，溝深愈小，地下水下降愈慢。在允許的時(shí)間內(nèi)要求達(dá)到的地下水埋深深度ΔH 一定時(shí)，排水溝的間距L1愈大，需要的深度D1也愈大;反之，排水溝的間距L2愈小，要求的深度也愈小，見(jiàn)圖3。

圖3 明溝排水示意圖

設(shè)計(jì)排水農(nóng)溝時(shí)，一般首先根據(jù)作物要求的地下水埋深、排水農(nóng)溝邊坡穩(wěn)定條件、施工難易等初步確定排水農(nóng)溝的深度，然后再確定相應(yīng)的間距。

當(dāng)作物允許的地下水埋深ΔH 一定時(shí)，排水農(nóng)溝的深度( D) 可用下式表示:

式中:ΔH 為作物要求的地下水埋深，m;Δh 為當(dāng)兩溝之間的中心點(diǎn)地下水已降至ΔH 時(shí)，地下水位與溝水位之差，此值視農(nóng)田土質(zhì)與溝的間距而定，一般≥0.2 ～0.3 m; S 為排水農(nóng)溝中的水深，排地下水時(shí)溝內(nèi)深很淺，一般取0.1 ～0.2 m。

排水農(nóng)溝的間距，應(yīng)通過(guò)專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)或參照當(dāng)?shù)鼗蛳嗨频貐^(qū)的資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以確定。表1 根據(jù)我國(guó)某些地區(qū)試驗(yàn)資料分析統(tǒng)計(jì)，得出不同土質(zhì)、不同深溝滿(mǎn)足旱作物控制地下水位要求的排水溝間距的大致范圍，可供參考。

表1 控制地下水位的田間排水溝間距表 m

水田地區(qū)排水農(nóng)溝的深度，一般為0.8 ～1.5 m，旱作物地區(qū)的深溝為1.2 ～2.0 m，而溝的間距則為60 ～100 ～200 m不等，視各地土質(zhì)而異。在鹽堿化地區(qū)，對(duì)排水溝深度和間距的確定，不僅要控制和降低地下水位，而且要能達(dá)到在沖洗改良階段，為了加速土壤脫鹽，可采用深淺溝相結(jié)合的脫鹽和改良鹽堿土的預(yù)期效果。在沖洗改良階段，為了加速土壤脫鹽，可采用深淺溝相結(jié)合的辦法。在深溝控制地段，加設(shè)深1 m左右的臨時(shí)性淺溝( 毛排) ，待土壤脫鹽后再行填平。在砂性壤土地區(qū)，排水毛溝的間距可采用150 m，在壤土黏重地區(qū)可采用100 m，根據(jù)各地經(jīng)驗(yàn)，末級(jí)固定排水溝的溝深與間距關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 末級(jí)排水溝的溝深和間距表 m

［1］賈志勝，楊彩蓮，魏永強(qiáng). 洛惠渠灌區(qū)排水系統(tǒng)淺析［J］.地下水，2011(04) :69 －70.

［2］姚章村，周競(jìng)平，杜崇. 大慶地下水漏斗與鹽堿治理［J］.水利天地，2007(04) :38.

［3］韓玉梅，趙清，姚章村. 三江平原建三江地區(qū)地下水激發(fā)補(bǔ)給再計(jì)算［J］. 黑龍江水專(zhuān)學(xué)報(bào)，2008，33(02) :1 －4.

［4］陳林，王修貴，孫懷衛(wèi)，等. 塑料大棚控制排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及水管理研究［J］. 節(jié)水灌溉，2011(10) :60 －64.