田間河道規(guī)模對農(nóng)田排澇的影響分析

陸泳舟（上?？睖y設計研究院有限公司，上海200434）

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田間河道規(guī)模對農(nóng)田排澇的影響分析

陸泳舟
（上?？睖y設計研究院有限公司，上海200434）

提升種植水平和抗災能力是農(nóng)田種植區(qū)的重要工作，而排澇系統(tǒng)是農(nóng)田抗災系統(tǒng)的重要部分。對于農(nóng)田排澇，僅重視田間排水是不夠的。相比于內(nèi)地農(nóng)田區(qū)，江浙滬地區(qū)有很多農(nóng)田臨江靠海，受外潮頂托，無法持續(xù)排水，在汛期往往因調(diào)蓄庫容不夠而導致澇災。本文以上海市崇明縣東南部的耀全糧田生產(chǎn)園為例，通過水量調(diào)節(jié)計算，闡述內(nèi)部河道調(diào)蓄庫容對其排澇能力的顯著影響。

農(nóng)田；排澇；潮位；庫容

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.039

1 研究必要性

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民對糧食供應保障度要求越來越高，中央對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設提出了更高的要求。尤其在耕地資源壓力短時間內(nèi)難以緩解的情況下，提升抗災能力、減小災害隱患及風險顯得尤其重要［1］。今年中央一號文件明確指出，在今后相當長一段時期，如何在資源環(huán)境硬約束下保障農(nóng)產(chǎn)品有效供給，提升農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，是我國必須長期面對的挑戰(zhàn)。排澇能力是農(nóng)田抗災能力的重要體現(xiàn)，在《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99）中，對農(nóng)田排水溝間距和斷面大小有明確的說明。但在實際生產(chǎn)中，僅關注田間排水能力是不夠的，對于很多臨江靠海的糧食種植區(qū)，田間河溝雖能滿足排澇過流能力，但由于在汛期收到外潮頂托，大量澇水無法及時排入外江（海）中，導致糧田受淹嚴重，損失巨大?？梢?，對于河口處的糧田，田間河道規(guī)模不僅要滿足鄰近田塊排澇過水標準，還應著眼于整體，使整個種植區(qū)排澇能力滿足要求。

2 項目區(qū)概況

2.1 自然地理概況

上海市是我國東部經(jīng)濟中心，人口約2500萬，糧食需求量極大。崇明縣為上海市北部島嶼，處于長江入?？?，是上海市重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，全縣糧食總播種面積99077hm2，為上海市最大的優(yōu)質(zhì)米生產(chǎn)基地［2］。耀全糧食生產(chǎn)園位于崇明縣最南端，于2009年建成，南側(cè)為黃海，北側(cè)為上實公司。園區(qū)總面積574hm2，其中種植面積400hm2，種植作物均為水稻，是崇明縣最重要的糧食種植基地之一，田面高程3.2m（吳淞高程，下同），田塊均為條形，寬度約45m，符合相關規(guī)范。園區(qū)中間有中心河穿過，與四周河道相互連通?，F(xiàn)有泯溝102條，總長44.2km，溝底高程2.0～2.7m，底寬1～3m，面寬4～6m；大排水溝4條，總長7.4km，溝底高程2.0～2.2m，底寬1.8～2.8m；河道4條，總長9.2km，河底高程0.5～1.5m，底寬6～11m，面寬25～40m。南側(cè)臨海處有一座排澇閘，兼有擋潮作用，閘門凈寬2m，內(nèi)部河道常水位為2.5m，汛期預降水位2.3m。糧田平面布置圖見圖1。

圖1 糧田平面布置圖

2.2 排澇系統(tǒng)概況

耀全糧食生產(chǎn)園屬于崇明東灘團結(jié)沙外小圩，自身沒有獨立成圩，園區(qū)內(nèi)沒有排澇泵站。汛期結(jié)合天氣預報趁長江落潮打開排澇閘，結(jié)合圩區(qū)排澇工程的運用，將片區(qū)河道水位提前預降至2.3m，以預留庫容調(diào)蓄澇水；暴雨期間澇水通過田間排水溝快速排出匯聚至排澇泯溝和河道，通過南側(cè)的擋潮閘快速排除澇水。若恰逢長江漲潮澇水無法外排，則依靠圩區(qū)外排泵站抽排，剩余澇水暫時滯蓄在工程區(qū)內(nèi)的水網(wǎng)中，待長江落潮時趁潮外排澇水。但經(jīng)多年實際操作運行，區(qū)外泵站對本基地的抽排能力很弱，因此基地汛期排澇主要還是依靠自身的調(diào)蓄庫容和擋潮閘。園區(qū)建成后，田間逢大暴雨經(jīng)常遭遇淹沒，因此亟需通過工程措施加強排澇能力。

3 現(xiàn)狀排澇能力計算

3.1 泯溝排水能力計算

上海市糧田排澇標準為20年一遇最大24小時面雨量2天排至水稻耐淹深度［3］，水田設計排澇流量按式1計算。

式中：Q水田—水田設計排澇流量，m3/s；

T—排澇歷時，取48h；

P—歷時為T的設計暴雨，mm，取202.4mm；

h1—水田滯蓄水深，取20mm；

ET—排澇期的水田蒸發(fā)量，取4mm；

E水田—排澇期的水田滲漏量，取5mm；

F水田—排澇田塊面積，km2。

由于各泯溝斷面大小基本接近，選取其中承擔排澇面積最大的兩條泯溝作為典型進行排澇能力復核計算。經(jīng)式1計算，其承擔田塊的排澇設計流量均為0.235m3/s，現(xiàn)狀過流能力采用曼寧公式計算得1.5m3/s，可見泯溝現(xiàn)狀斷面大小遠遠滿足田塊排水要求。

3.2 園區(qū)排澇能力計算

（1）水量平衡法

由于各泯溝和河道距離不是很長，所以不考慮基地內(nèi)部水面的坡降，采用水量平衡法調(diào)節(jié)計算。根據(jù)上海市20年一遇典型暴雨和同期實測潮位過程，以1 /3h步長調(diào)節(jié)結(jié)算得到的最高水位即基地20年一遇排澇高水位。

采用水量平衡方程進行水量調(diào)節(jié)演算，公式見式2。

式中：Q1—時段初來水流量，m3/s；

Q2—時段末來水流量，m3/s；

q1—時段初泄水流量，m3/s；

q2—時段末泄水流量，m3/s；

Δt—計算時段，s；

V1—時段初蓄水量，m3；

V2—時段末蓄水量，m3。

水閘泄流計算公式［4］見式3。

式中：Q—過閘流量，m3/s；

CB0—閘孔總凈寬，取2m；

H0—計入行近流速水頭的堰上水深，m；

g—重力加速度，9.81m3/s；

m—堰流流量系數(shù)；

ε—堰流側(cè)收縮系數(shù)；

σ—堰流淹沒系數(shù)，根據(jù)《水閘設計規(guī)范》選取，自由出流時為1。

（2）水位～庫容關系

根據(jù)現(xiàn)狀泯溝及河道規(guī)模，現(xiàn)狀總庫容見表1。

表1 園區(qū)內(nèi)部水域現(xiàn)狀水位～庫容關系

如果水位超過口高3.2m，澇水則向兩岸田塊漫溢。

（3）產(chǎn)匯流計算

根據(jù)崇明島水利規(guī)劃，20年一遇24小時設計暴雨采用1963年典型雨型［5］，水稻田不計初損，穩(wěn)滲4mm/d，蒸發(fā)6mm/d，水田攔截60mm/d，非稻田面積不計攔截。不計匯流時間，降雨量及入河溝水量過程見圖2。

圖2 降雨及水量過程圖

（4）設計潮位

由于園區(qū)周邊灘涂最近幾年無大型工程［6］，因此設計潮位參考當?shù)叵嚓P水利設計，取1963年外海同期實測潮位過程，見圖3。

圖3 設計潮位過程圖

（5）計算結(jié)果

經(jīng)水量平衡法調(diào)節(jié)計算，園區(qū)20年一遇排澇高水位達到3.34m，超過了泯溝及河道的河口高程。顯然，澇水從河溝中溢出，造成園區(qū)整體受淹，水稻受淹深度達到14cm，給作物生長帶來了極大風險。

因此對于耀全糧食生產(chǎn)園的排澇系統(tǒng)，僅僅田間排水過流能力達標是不夠的，內(nèi)部河道庫容大小具有極大的影響。

4 疏浚整治工程及排澇能力改變

4.1 疏浚整治工程

為了改變園區(qū)目前景觀差、內(nèi)部河道淤積、岸坡坍塌的狀況，規(guī)劃對園區(qū)內(nèi)泯溝、河道實施疏浚整治工程，挖深河道，擴大斷面，同時兩岸實施保塌工程，避免淤積現(xiàn)象。清淤工程實施后，各河溝普遍在現(xiàn)狀基礎上挖深0.5m，泯溝底高挖深至2.0m；大排水溝底高1.5m；河道底高0.5m，保持口寬不變。整治后，園區(qū)內(nèi)部水系庫容顯著增加，水位～庫容曲線見表2。

表2 園區(qū)疏浚整治工程實施后水位～庫容關系

4.2 園區(qū)排澇能力改變

對于清淤工程實施后的園區(qū)，仍然采用水量平衡法進行調(diào)節(jié)計算，設計暴雨及設計潮位同3.2節(jié)，仍為20年一遇，水位～庫容關系見表2。計算得園區(qū)20年一遇排澇高水位為3.05m，澇水不外溢，低于河溝口高3.2m，不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，園區(qū)排澇能力得到了明顯改變。

5 結(jié)語

對于臨江（海）處的農(nóng)田，外部水位對其頂托作用不可忽視，擁有充沛的庫容才能應對汛期大暴雨和外部高潮位的合力沖擊。因此對于此類農(nóng)田，河溝規(guī)模設計不應僅滿足相應田塊的排水過流能力，還應從整個農(nóng)田的角度考慮，對全區(qū)進行水量調(diào)節(jié)計算，確保遭遇大暴雨時，田間各河道排澇高水位低于河口及田面高程。為了避免過多占用種植面積，盡量挖深河道，不增加河口寬度；同時，也應考慮到超標準暴雨的風險，建議在排澇閘處建小型排澇泵。

［1］劉志強.農(nóng)田水利重點縣灌排改造工程對設施農(nóng)業(yè)的推動作用［J］.水利規(guī)劃與設計，2013（08）：45-47.

［2］河海大學設計院.《崇明島農(nóng)田水利建設規(guī)劃》［R］，2010年.

［3］DB31 /T469-2009.糧田和菜地水利基礎設施建設技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］李煒.水力學計算手冊（第二版）［M］.北京：中國水利水電出版社，2006年.

［5］崇明縣水務局等.崇明島域水利規(guī)劃［R］，2011年.

［6］王芳.上海地區(qū)排澇水閘合理規(guī)模的探討［J］.水利規(guī)劃與設計，2014（07）：11-14.

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1672-2469（2016）01-0125-03

2015-09-29

陸泳舟（1985年—），男，工程師。