安徽淮北地區(qū)農(nóng)田排水系統(tǒng)規(guī)劃思路

王善海

安徽省淮北平原面積為3.74 萬km2，占全省總面積的26.8%；耕地面積210 萬hm2，占全省耕地面積的50%。是安徽省重要的商品糧、棉、油生產(chǎn)基地?；幢钡貐^(qū)地處南北氣候過渡地帶，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，水土光熱資源較為豐富，適宜多種農(nóng)作物的生長。多年平均降水量為770～950mm，自北向南遞增；降水的年際和年內(nèi)分布不均，年際降水最大與最小比值達(dá)3～4，年內(nèi)降水則主要集中在汛期，6—9月份的降雨量約占全年總雨量的60%～70%，且多以暴雨形式出現(xiàn)，易形成洪澇災(zāi)害。降水時(shí)空分布懸殊的特點(diǎn)是造成本地區(qū)旱澇災(zāi)害的主要原因之一。

淮北地區(qū)屬緩坡平原，存在洪、澇、漬、旱多種自然災(zāi)害。70 多年來的治水歷程，經(jīng)歷了1958年“河網(wǎng)化”的失敗和1978年強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)“井灌化”的挫折，也取得了二十世紀(jì)五六十年代提高防洪能力、八十年代“除澇配套”建設(shè)的顯著成效。這些正反兩方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)充分說明，淮北平原的水利綜合治理有其自身的發(fā)展規(guī)律。防洪除澇是平原區(qū)治水的基礎(chǔ)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全保障。其治水的指導(dǎo)思想必須是洪、澇、漬、旱統(tǒng)一規(guī)劃、綜合治理。本文主要對(duì)淮北平原區(qū)農(nóng)田排水系統(tǒng)的規(guī)劃進(jìn)行探討。

一、農(nóng)田對(duì)排水的要求

農(nóng)田排水的任務(wù)是排除農(nóng)田中過多的地面水和地下水，減少積水時(shí)間和深度，控制地下水位，為農(nóng)作物生長創(chuàng)造良好環(huán)境。

1.農(nóng)田對(duì)排水的要求

對(duì)于較大的降雨，要能及時(shí)排除由于暴雨產(chǎn)生的田面積水，減少淹水時(shí)間和淹水深度，以保證作物正常生長。實(shí)踐證明，農(nóng)作物淹水時(shí)間和淹水深度有一定的限度，超過了將會(huì)減產(chǎn)，甚至死亡。作物耐澇能力與作物類別、品種、生長階段等因素有關(guān)，一般規(guī)律是水生作物強(qiáng)于旱作物、高桿作物強(qiáng)于低桿作物。多數(shù)農(nóng)作物的耐淹水深5～15cm，耐淹時(shí)間1～3 天。

2.農(nóng)田對(duì)防漬的要求

作物忍受過多土壤水分的能力稱為作物耐漬能力。它和作物的種類及生長階段、土壤物理?xiàng)l件、氣溫等因素有關(guān)。各種作物的耐漬能力是不同的，一般來說，需水多的作物強(qiáng)于需水少的，淺根的作物強(qiáng)于深根的，同一作物生育前期強(qiáng)于后期。在工程措施中，一般用降低地下水位的辦法達(dá)到改變土壤水分過多的目的。農(nóng)作物防漬臨界深度一般為0.5～1.5m。

二、排水標(biāo)準(zhǔn)

1.排水標(biāo)準(zhǔn)綜述

排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是指對(duì)一定重現(xiàn)期的暴雨，在一定的時(shí)間內(nèi)排除澇水或?qū)⒌叵滤唤档偷竭m宜的深度，以保證作物的正常生長。排水標(biāo)準(zhǔn)包含三方面的要素：暴雨重現(xiàn)期、暴雨歷時(shí)和排澇時(shí)間。

（1）暴雨重現(xiàn)期

農(nóng)田排澇設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期，現(xiàn)狀一般取5年，有條件的地區(qū)可取10年。

（2）設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)

排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的暴雨歷時(shí)，一般采用1、3、5 及7 天等時(shí)段。采用暴雨歷時(shí)長短，視流域面積大小、地形及植被等條件而定。根據(jù)已有的研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)擬定為1～3日是適宜的，流域面積小于50km2的取1日。

（3）排澇時(shí)間

排澇時(shí)間應(yīng)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的耐淹能力，即耐淹歷時(shí)和水深確定，排澇時(shí)間不應(yīng)超過保護(hù)對(duì)象的耐淹歷時(shí)。根據(jù)安徽省農(nóng)田排水試驗(yàn)研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，農(nóng)田設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)為旱作物1～3 天，水稻3～5 天。

2.農(nóng)田排水標(biāo)準(zhǔn)

受經(jīng)濟(jì)條件的制約，淮北地區(qū)解放初期的治理標(biāo)準(zhǔn)是“消除小雨小災(zāi)，保麥爭秋”，后來治理標(biāo)準(zhǔn)逐步提高到3～5年一遇。目前宜采用5年一遇標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)地區(qū)、農(nóng)業(yè)示范園區(qū)可提高到7～10年一遇。

防漬標(biāo)準(zhǔn)是將地下水位在一定時(shí)間內(nèi)下降到耐漬深度，淮北地區(qū)按雨后3 天將地下水位降到地面0.5m 以下。排漬設(shè)計(jì)深度：旱田一般為1～1.5m，水稻田為0.4～0.6m。

三、設(shè)計(jì)水位

1.農(nóng)田排水溝水位

排澇水位是排水溝宣泄排澇流量時(shí)的水位，它是排水溝的最高水位。為了在出現(xiàn)設(shè)計(jì)暴雨時(shí)不使農(nóng)田受淹，一般要求末級(jí)排水溝（小溝）排澇水位低于流域內(nèi)的最低地面，以利于地面徑流的匯入。排水溝的出口水位與下游溝河的水位相銜接，同時(shí)考慮排水溝適宜的水面比降。另外，平時(shí)為控制地下水位，需要排除多余的地下水，此時(shí)的水位是排水溝的最低水位，末級(jí)排水溝的最低水位一般為1.0～1.5m。

2.抽排水位

按照正常設(shè)計(jì)水位澇水無法自排時(shí)需考慮抽排。泵站的進(jìn)水池水位即為抽排區(qū)排水溝自流匯水至此的水位，出水池的水位為承泄區(qū)的設(shè)計(jì)最高水位。

四、排水系統(tǒng)規(guī)劃

農(nóng)田排水系統(tǒng)主要由各級(jí)排水溝道和附屬建筑物組成，用來完成農(nóng)田的除澇、防漬、防治土壤鹽堿化等各種排水任務(wù)。

1.農(nóng)田排水溝

淮北平原各地域由于地理位置、地形條件、氣象、土壤特性及水文地質(zhì)條件等不同，其農(nóng)田排水工程的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)和布置形式也不盡相同，但都強(qiáng)調(diào)以大溝作為基本單元進(jìn)行除澇工程配套，把河道、湖泊作為容泄區(qū)?；幢钡貐^(qū)河間平原面積較大，主要分布土壤有砂姜黑土、潮土。地形坡度比較平緩，農(nóng)田地面多分布有淺碟型微地形洼地。經(jīng)20 世紀(jì)70—80年代除澇工程建設(shè)與配套，骨干排水工程已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。農(nóng)田排水工程規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)：一般按照大中小3 級(jí)排水溝設(shè)置，大溝控制面積10～50km2，中溝控制面積1～10km2，小溝控制面積0.1～1km2；大溝間距2.0～3.0km，中溝間距500～800m，小溝間距為150～250m。對(duì)于砂姜黑土地區(qū)可以取偏下限，對(duì)于低洼排水不暢地區(qū)或再增加一級(jí)排水農(nóng)溝。

2.田間排水暗管

在土質(zhì)比較黏重的易旱易澇地區(qū)，由于土壤的滲透系數(shù)低，控制地下水位要求的排水溝間距較小。此時(shí)末級(jí)排水溝如果采用明溝，則土方量大、占地多、橋涵多、不利于農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)，還存在坍塌、淤積、長草等問題。采用暗管排水可克服這些問題，但工程造價(jià)高、一次性投入大、施工技術(shù)要求高。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，暗管排水將會(huì)有廣闊的前景。

暗管排水系統(tǒng)一般由吸水管、集水管、檢查井、集水井等部分組成。吸水管、集水管可代替田間農(nóng)毛溝，吸水管的間距一般為15～30m，通過集水管、集水井把田間地下水排入小溝。

3.建筑物

（1）橋涵：淮北地區(qū)的橋梁密度現(xiàn)狀還不能滿足要求，現(xiàn)有橋涵中有相當(dāng)一部分存在毀壞失修、孔徑小、荷載低等問題；排水溝上路壩、阻水物依然存在。為了滿足生產(chǎn)交通要求，保持溝通路暢，必須按要求、按標(biāo)準(zhǔn)配套橋涵。橋梁間距大致為：大溝橋1 km，中溝橋500m，小溝橋200m。

（2）閘壩：大溝興建控制建筑物十分必要，可以起到攔蓄地表徑流、防止外河洪水倒灌的作用。隨著水資源的日趨緊張，地下水位的不斷下降，大溝蓄水問題已經(jīng)提到議事日程。而處于河流的中下游的地區(qū)，大溝直入行洪河道的多，大溝多有防洪要求。目前，大溝沒有控制建筑物或者失去作用者還占到很大比例。按照蓄水或防洪的要求各大溝都需要興建控制建筑物，其中防洪涵閘可兼顧蓄水作用；對(duì)于流域面積較大、溝長較長、坡度較陡的可以適當(dāng)增加節(jié)制閘或攔水壩。對(duì)于老化失修的涵閘進(jìn)行維修或改造，不可維修的拆除重建。對(duì)于少數(shù)中溝也適合修建控制建筑物。

（3）排水泵站：當(dāng)局部洼地不能順利自排時(shí)必須建站抽排。泵站一般布置在抽排區(qū)排水溝的出口處，承泄區(qū)堤防靠農(nóng)田的一側(cè)。排澇站的規(guī)劃要重點(diǎn)劃定抽排區(qū)的范圍，綜合考慮或計(jì)算抽排面積、抽排模數(shù)、抽排流量、進(jìn)出水池水位、泵站型式、機(jī)泵選型等。

五、除澇水文計(jì)算方法

安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算，新中國成立后均以由設(shè)計(jì)暴雨通過產(chǎn)流、匯流推算的方法為主。由于觀測資料的逐年增加，暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)、降雨徑流關(guān)系的變化，以及面上河溝開挖后匯流條件改變等原因，雖計(jì)算方法基本未變，但具體數(shù)據(jù)有幾次變動(dòng)。由于早期計(jì)算方法還不夠成熟，其計(jì)算結(jié)果偏低，為改變淮北平原河溝排模計(jì)算辦法不統(tǒng)一的現(xiàn)象，使除澇工程規(guī)劃設(shè)計(jì)在水文方面能有比較一致的口徑，1981年9月，安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院制定了《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算辦法》。本辦法目前仍為淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算的主要依據(jù)。

1.自流排水模

（1）流域面積在50～500km2時(shí)，采用下式計(jì)算：

M=0.026RF-0.25

式中：M 為排水模，以m3/s/km2計(jì)；R 為三天暴雨相應(yīng)的凈雨深，以mm 計(jì)；F 為流域面積，以km2計(jì)。

（2）流域面積在50km2及以下時(shí)，按24h 凈雨24h 平均排出計(jì)。

M=αR/86.4

式中：α 為最大24h 凈雨占三天凈雨總量的權(quán)重，其值約為84%。

遇超標(biāo)準(zhǔn)情況，10年一遇排模打九折，20年一遇排模打八五折。50km2以下小面積抽排模，原則上按三天暴雨中后兩天暴雨所產(chǎn)生的凈雨，扣除水田滯蓄后在兩天內(nèi)平均排出計(jì)算。

（3）遇到超標(biāo)準(zhǔn)情況，10年一遇排水模打九折，20年一遇打八五折。

2.抽排模

抽排模原則上按三天暴雨中后兩天暴雨所產(chǎn)生的凈雨扣除水田滯蓄后，在兩天內(nèi)平均排出計(jì)算，抽排面積在50km2以下時(shí)，抽排模采用下式計(jì)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抽為抽排模，以m3/s/km2計(jì)；P 為三天暴雨量，R 為相應(yīng)的凈雨深，以mm 計(jì)；系數(shù)0.9 為后兩天暴雨（凈雨）占三天暴雨（凈雨）的權(quán)重。

六、結(jié)語

安徽省淮北地區(qū)屬于河間平原區(qū)，地形坡度平緩，缺少地面調(diào)節(jié)庫容，現(xiàn)狀總體排水標(biāo)準(zhǔn)不高，歷史經(jīng)驗(yàn)說明該區(qū)域的農(nóng)田排水系統(tǒng)規(guī)劃以大溝作為基本單元進(jìn)行除澇工程配套，把河道作為容泄區(qū)，可以收到良好的效果■