[拼音]:paishui
[外文]:drainage
排除农田多余水分,调节土壤水、肥、气、热状况,以利作物生长的农田水利措施。农田多余水分一般指过多的地面积水、过量的土壤滞水和水位过高的地下水。
排水技术的发展已有数千年历史。但直至1856年达西定律问世后,由于水文学、水力学、土壤学、植物生理学等学科的渗透和交叉,才逐步发展成为一门系统的科学。它包含排水原理、渗流理论、排水工程及排水管理等内容,是农田水利学的一个分支学科。
排水原理水是作物生活必需的物质条件;适宜的土壤含水量是保持土壤肥力的重要因素。但是土壤水分过多,会影响土壤的透气性,改变土壤的物理化学性质,从而影响作物生长和土地生产力。
土壤初始含水量(湿度)低时,土壤颗粒相对地存在自由空隙结构,可使氧气通过空隙自由渗透。当土壤含水量增高时,孔隙内的空气被迫上升并排入大气。而一旦氧气被排出,土壤再从潮湿状态转变到干燥状态的过程中,含氧量的恢复速度却很慢。持续的通气不良会导致细胞的死亡和细胞渗透率的减小,甚至导致作物根系死亡。过湿土壤的温度较低,而且常常表现出缺氧,水、肥、气、热状况恶化。在干旱、半干旱的灌溉地区,灌溉之后或雨季过后,地下水位随之升高,含盐的地下水随毛管上升,又会导致土壤次生盐渍化。因此,在天然排水条件不良的情况下,必须采取人工排水措施,在一定程度上保持土壤水分和氧气之间、土壤水分和盐分之间的平衡,才能满足作物正常生长的要求。
排水不仅可以直接改善农田土壤、水分和作物的关系,而且可以间接地提高农业土地的利用率,如可以提前播种期和延长耕作期,使农业机械和劳动力得到充分利用等。由于排水可以调节水分和盐分状况,它是区域性水管理的重要内容之一。有计划地进行排水再利用,还能减少地表积水和土壤水分过多情况下无益的蒸发,增加可利用的农业水资源。理想的和完全的排水往往是难以实现的;过量的排水则会带来土壤过分干燥或影响区域性水量平衡。为此主要应建立一个土壤、作物、灌溉、排水等方面最优组合的排水系统,并尽可能地改善生态环境。
排水要求中国受季风气候的影响,降雨在时间和空间上的分布不均。因此,排水要求也因地而异。在地面、地下径流不畅的低洼地区以及东北地区的沼泽地、下湿地,由于土壤水分过多、地下水位过高,需要通过排水对土壤疏干改良(见沼泽地排水);在有盐碱的地区,需要通过排水排盐将地下水位控制在临界深度以下(见盐碱地排水);在南方圩区及湿润地区,须排除地面积水及土壤中的过多水分(见圩田排水);在具有灌溉设施的水稻区,也必须具备相应的排水设施,以调控地面水量;即使在西北干旱、半干旱地区,特别是有土壤盐渍化威胁的地区,也应注意排水,以调控土壤中的水、盐;至于在易旱、易涝、易于盐渍化的黄淮海平原地区,则排水与灌溉具有同等的重要性,必须统一规划,同时并举。
排水要求也因土壤、作物不同,或同一作物不同的生育期而有差别。如一般作物在生长后期比前期耐涝;生长在盐碱地上的作物要求地下水埋深大于非盐碱土地。为保持土壤有适宜的含水量,除及时排除地面积水外,应保持地下水有一定的深度,这个通过排水而达到的地下水深度称排水定额。根据试验资料,中国几种主要作物要求的地下水埋深见表。
排水工程技术地面排水工程的要求和标准主要决定于降雨量及降雨强度,并同作物不同生长阶段的耐涝能力及耕作栽培措施有关,实施时还要进行工程投资的经济效益分析。一般采用 5年一遇的暴雨径流作为设计标准(见排涝)。排水工程技术分地面排水和地下排水两大类。地面排水利用较浅的明沟,以排走农田多余的地面水,使作物不受淹涝。地下排水利用较深的明沟、地下暗管或竖井,以排走过多的地下水和盐分。明沟排水和暗管排水称为水平排水,竖井排水又称垂直排水。在黄淮海平原,也有把竖井排水与沟渠结合起来的方式,井灌井排与渠灌沟排结合,做到旱、涝、盐碱综合治理和水资源统筹利用。
排水系统即排水工程的成套设施,由田间排水沟网、输水沟道及其建筑物、容泄区等组成。农田中的地面水和土壤中的过多水分由田间排水沟网汇集,流入输水沟道(斗沟、支沟、干沟),水流逐级下泄,最后由干沟排入容泄区。若容泄区水位低即可进行自流排水;若容泄区水位高,那就需要修建扬水站进行抽排。
规划布置排水系统的规划布置应尽量利用地形条件,控制全部排水区面积,以满足排水要求并减少工程量,提高防涝能力和经济效益。排水系统应与灌溉系统相配套,并同道路、林带密切结合,形成完整的灌、排、路、林、田系统。还应考虑生态环境,以利人畜健康。为了取得最大排水效益,通常将末级固定排水沟(管)沿地形等高线布置,与地形坡度成正交或接近垂直,以充分拦截地面和地下径流。下一级集水沟则与地形等高线正交,以加大坡降,增强输水能力。排水措施根据补给水来源条件而定。对于有侧向径流补给的,采用截流排水(或截渗排水)的形式,以拦截外来径流,降低地下水位;对于有当地径流补给或地面水入渗条件的,则合理布设地面排水系统进行调节和控制。如上述两者兼有时,则必须增大排水沟密度,提高排水标准。
排水沟(管)的深度和间距排水沟的开挖深度和排水暗管的埋设深度,根据所负担的排水量和要求控制的最大地下水位埋深确定。田间排水沟(管)的间距,则根据实地调查、现场和模拟试验以及理论计算,综合分析各项因素,按照投资省和效益大的原则确定。以地下排水为例,满足土壤水分控制要求的排水沟(管)深度在1.0~1.5米之间,排水间距一般为50~100米。如要同时满足土壤水分和盐分控制的要求,排水深度须在2.0~2.5米之间,排水间距100~200米。排地面水一般采用田间浅密沟系统,其深度和间距比排地下水的要小。(见彩图)
地下水进入明沟和暗管的渗流分为稳定运动和非稳定运动两类情况。稳定渗流情况下的排水流量、地下水面(浸润线)和渗流区各部位的流速都相对稳定,不随时间变化。非稳定渗流情况下的排水流量和浸润线等则随时间变化。当排水明沟和暗管的深度,已根据水位要求确定以后,其间距可通过渗流计算确定。也可以采用室内模拟手段或田间试验方法,进行各种方案的对比,根据排水作用与经济效益分析,选择合理的间距。
施工和管理开挖排水沟常用的施工机械有铧式开沟犁、暗沟犁和开沟铺管机等。正确的管理和养护是保证充分发挥排水效益的关键。排水明沟需要经常进行清淤、除草,保持边坡和断面稳定,使排水畅通。排水暗管则需要通过检查井和排水出口,经常查看水流情况,发现淤堵及时清除(冲淤或掏洗)。矿化度低(含盐量小于2克/升)的排泄水可以用于灌溉,以增补水源。矿化度较高(含盐2~4克/升)的排泄水,可掺和淡水或结合降雨后用于灌溉。对于不能利用的咸水,则需排出区外。对各种排水建筑物也须经常注意养护维修,保持闸门启闭灵活,过水能力达到设计标准,使之正常发挥作用。
研究方向根据农田排水事业的需要和排水科学技术的发展,今后研究的重点在于着重解决暗管排水的设计、施工,特别是暗管的管型、管材和管孔大小、裹滤材料以及明沟防止塌坡、清淤、除草等问题。同时,排水经济、排水管理、排水水质,以及排水对农业生态环境和社会环境的影响等问题的研究,也将受到重视。
- 参考书目
- J.范席福加德著,胡家博译:《农业排水》,水利出版社,北京,1982。(Jan van Schilfgaarde, Drainage for Agriculture, American Society of Agronomy,Inc.,Madison,Wisconsin,USA,1974.)L.K.Smedma,D.W.Rycroft, Land Drainage,Batsford Academic and Education Ltd.,London,1983.