農田排水系統(tǒng)在防洪減災中的作用與效率研究

摘要：農田排水系統(tǒng)在防洪減災中扮演著至關重要的角色。它不僅能夠有效排除農田積水，降低洪澇災害風險，還能保障農業(yè)生產和農村居民的生活用水安全。本文深入探討農田排水系統(tǒng)在防洪減災中的關鍵作用與運行效率。通過理論分析與實際案例研究，闡述了農田排水系統(tǒng)的組成、工作原理及其在調節(jié)地表徑流、降低地下水位等方面對防洪減災的重要意義。評估了不同類型農田排水系統(tǒng)的效率，并提出了提升效率的策略與建議，旨在為優(yōu)化農田排水系統(tǒng)，增強區(qū)域防洪減災能力提供理論支持與實踐指導。

關鍵詞：農田排水系統(tǒng)；防洪減災；作用；效率

隨著全球氣候變化的加劇，極端降雨事件發(fā)生日益頻繁，洪澇災害對農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。農田作為農業(yè)生產的基礎，其排水系統(tǒng)的完善程度直接關系到抵御洪澇災害的能力。良好的農田排水系統(tǒng)不僅能夠及時排除田間積水，保護農作物免受漬澇危害，還能在區(qū)域防洪減災體系中發(fā)揮重要作用。因此，深入研究農田排水系統(tǒng)在防洪減災中的作用與效率具有重要的現(xiàn)實意義。

1 農田排水系統(tǒng)的組成與工作原理

1.1 農田排水系統(tǒng)的組成

1.1.1 田間排水工程

田間排水工程是農田排水系統(tǒng)的基礎部分，主要包括明溝、暗管和豎井等。明溝是最常見的田間排水方式，通過在田間開挖溝渠，將地表水匯聚并排出。其優(yōu)點是施工簡單、成本較低，但占用土地較多，且易發(fā)生淤積和坍塌。暗管排水則是將排水管道埋設于地下，通過管道收集土壤中的水分并排出[1]。暗管排水具有不占耕地、排水效果好等優(yōu)點，但建設成本相對較高。豎井排水主要適用于地下水埋藏較淺且含水層透水性較好的地區(qū)，通過打井抽取地下水，降低地下水位。

1.1.2 排水承泄區(qū)

排水承泄區(qū)是接納農田排水的區(qū)域，通常為河流、湖泊、水庫等水體。排水承泄區(qū)的水位和流量狀況直接影響農田排水系統(tǒng)的排水效果。如果承泄區(qū)水位過高或流量不足，會導致農田排水不暢，加重洪澇災害。因此，合理選擇排水承泄區(qū)，并對其進行有效管理和維護至關重要。

1.1.3 排水泵站

在一些地勢低洼、排水不暢的地區(qū)，需要設置排水泵站來提升排水能力。排水泵站通過水泵將田間積水或低洼地區(qū)的水抽升至排水承泄區(qū)。排水泵站的規(guī)模和運行效率取決于排水區(qū)域的面積、降雨量、地形等因素。

1.2 農田排水系統(tǒng)的工作原理

1.2.1 重力排水原理

對于具有一定坡度的農田，田間積水在重力作用下，通過明溝或暗管流向地勢較低的排水承泄區(qū)[2]。重力排水是農田排水系統(tǒng)最基本的工作方式，其排水效率主要取決于地形坡度、排水通道的斷面尺寸和糙率等因素。在地形平坦的地區(qū)，重力排水可能無法滿足排水需求，需要借助其他排水方式。

1.2.2 壓力排水原理

當農田排水系統(tǒng)中設置排水泵站時，水泵通過葉輪旋轉產生的離心力或軸心力，將水提升至一定高度，克服排水管道的阻力和水位差，將水輸送到排水承泄區(qū)。壓力排水可以有效解決低洼地區(qū)排水困難的問題，但需要消耗一定的能源，且設備維護成本較高。

2 農田排水系統(tǒng)在防洪減災中的作用

2.1 調節(jié)地表徑流

2.1.1 減少洪峰流量

在降雨過程中，農田排水系統(tǒng)能夠迅速收集地表徑流，將其分散并緩慢排出。通過田間排水工程的調節(jié)作用，延緩了地表徑流的匯集速度，從而減少了進入河流等排水承泄區(qū)的洪峰流量。

2.1.2 延長洪水過程線

農田排水系統(tǒng)不僅能夠減少洪峰流量，還能使洪水過程線變得更加平緩，延長洪水的消退時間。這有助于降低洪水對下游地區(qū)的沖擊，為防洪減災措施的實施提供更充裕的時間。

2.2 降低地下水位

2.2.1 防止土壤漬澇

過高的地下水位會導致土壤通氣性變差，影響農作物根系的呼吸和生長，甚至造成農作物漬澇死亡。農田排水系統(tǒng)中的暗管排水和豎井排水能夠有效地降低地下水位，保持土壤適宜的水分含量和通氣性。

2.2.2 增強土壤抗侵蝕能力

地下水位過高會使土壤變得松軟，容易受到水流的侵蝕。通過降低地下水位，土壤結構得到改善，增強了土壤的抗侵蝕能力。這對于防止水土流失，保護農田生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2.3 保護農田生態(tài)環(huán)境

2.3.1 維持生物多樣性

良好的農田排水系統(tǒng)能夠為農田生態(tài)系統(tǒng)中的生物提供適宜的生存環(huán)境。通過調節(jié)水位和水流，為水生生物和濕生植物創(chuàng)造了棲息和繁衍的條件。一些排水明溝和濕地型排水區(qū)域，成為許多鳥類、魚類和兩棲動物的棲息地，促進了農田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

2.3.2 凈化水質

農田排水系統(tǒng)在排水過程中，部分污染物會被土壤、植物和微生物吸附、降解。通過濕地型排水系統(tǒng)，水中的氮、磷等營養(yǎng)物質可以被濕地植物吸收，降低了水體的富營養(yǎng)化程度，從而起到凈化水質的作用，減少了對排水承泄區(qū)水體的污染。

3 農田排水系統(tǒng)在防洪減災中的效率評估

3.1 評估指標

3.1.1 排水能力指標

排水能力是衡量農田排水系統(tǒng)效率的重要指標之一，通常用單位時間內排出的水量來表示。排水能力的大小取決于排水系統(tǒng)的類型、規(guī)模、地形條件等因素。在相同的降雨條件下，排水泵站功率較大、排水管道管徑較粗的排水系統(tǒng)，其排水能力相對較強[3]。

3.1.2 排水效果指標

排水效果主要通過田間積水深度和積水時間來衡量。排水系統(tǒng)應能夠在規(guī)定的時間內將田間積水深度降低到農作物可承受的范圍內。對于大多數(shù)農作物，要求在降雨停止后的一定時間內（如24～48 h），田間積水深度不超過一定數(shù)值（如5～10 cm），以保證農作物的正常生長。

3.1.3 經濟效益指標

排水系統(tǒng)的建設成本、運行成本和經濟效益。建設成本涉及土地征用、材料采購、工程施工等費用；運行成本包括能源消耗、設備維護、人員管理等費用。經濟效益則體現(xiàn)在農作物產量增加、減少洪澇災害損失等方面。一個高效的農田排水系統(tǒng)應在保證排水效果的前提下，盡可能降低建設和運行成本，提高經濟效益。

3.2 不同類型農田排水系統(tǒng)的效率比較

3.2.1 明溝排水系統(tǒng)

明溝排水系統(tǒng)的排水能力相對較強，尤其是在短期內能夠迅速排除大量地表徑流。其建設成本較低，適用于大規(guī)模農田的排水。然而，明溝排水系統(tǒng)占用土地較多，且易發(fā)生淤積和雜草生長，需要定期進行清淤和維護，增加了運行成本。此外，明溝排水對地下水位的調節(jié)作用相對較弱。

3.2.2 暗管排水系統(tǒng)

暗管排水系統(tǒng)排水效果好，能夠有效降低地下水位，減少土壤漬澇。不占耕地，有利于農業(yè)機械化作業(yè)。但其建設成本較高，管道堵塞后維修難度較大。在一些土壤質地較黏重的地區(qū)，暗管排水系統(tǒng)的排水效率可能會受到影響。

3.2.3 豎井排水系統(tǒng)

豎井排水系統(tǒng)在降低地下水位方面效果顯著，尤其適用于地下水埋藏較淺且含水層透水性較好的地區(qū)。它可以有效防止土壤鹽堿化，改善土壤質量。然而，豎井排水系統(tǒng)的建設成本較高，運行過程中需要消耗大量能源，且對地質條件要求較為苛刻。

4 農田排水系統(tǒng)在防洪減災中的案例分析

4.1 案例背景

在某廣袤的平原地區(qū)，農業(yè)生產一直是當?shù)亟洕闹匾е?。然而，長期以來，該地區(qū)的農田排水系統(tǒng)卻面臨著諸多嚴峻問題。此區(qū)域的農田排水系統(tǒng)主要依賴明溝排水方式，但其建設年代較為久遠，歷經歲月的洗禮與自然因素的影響，排水明溝暴露出一系列亟待解決的弊病。由于缺乏系統(tǒng)且及時的維護，排水明溝內淤積情況極為嚴重[4]。大量的泥沙、雜物以及水生植物的殘骸等在溝內不斷堆積，極大地阻礙了水流的順暢通行。當初設計的斷面尺寸已無法滿足當前農田排水的實際需求。隨著農業(yè)生產規(guī)模的擴大以及氣候變化導致的降雨模式改變，現(xiàn)有的明溝斷面顯得過于狹小，難以迅速有效地排出大量雨水。每逢雨季來臨，這些問題便集中爆發(fā)。大量降水無法及時排出，導致田間積水時間過長，農作物長時間浸泡在積水中，生長受到嚴重影響，進而致使產量大幅下降。不僅如此，因為排水不暢，大量雨水下滲，使得部分農田的地下水位過高。過高的地下水位將土壤中的鹽分帶到地表，隨著水分蒸發(fā)，鹽分逐漸積累，加重了土壤的鹽堿化程度，進一步惡化了農作物的生長環(huán)境。

4.2 改造方法

為了徹底改善該地區(qū)農田排水狀況，提升農業(yè)生產條件，相關部門制定了一系列科學且全面的改造方法。首先，針對原有明溝的問題，開展大規(guī)模的清淤工作。通過專業(yè)的清淤設備，將溝內多年累積的泥沙、雜物等徹底清除，恢復明溝的過水斷面。對明溝進行拓寬加深處理，依據(jù)該地區(qū)的降雨數(shù)據(jù)以及農田排水需求的科學計算，合理確定拓寬加深的尺寸，以顯著提高明溝的排水能力，確保雨水能夠快速順暢地排出。其次，考慮到部分地勢較低的區(qū)域，僅依靠明溝排水難以滿足實際需求，于是在這些區(qū)域增設暗管排水系統(tǒng)。暗管排水系統(tǒng)能夠更為高效地收集和排出土壤中的多余水分，有效降低地下水位。配套建設小型排水泵站，在降雨量大、排水壓力大的情況下，泵站能夠及時啟動，將暗管收集的積水迅速提升排出，增強排水的及時性和有效性。最后，對整個排水系統(tǒng)的承泄區(qū)進行合理規(guī)劃。對排水河道進行全面整治，清除河道內的障礙物，加固河岸，拓寬河道斷面，提高河道的行洪能力，確保農田排出的水能夠順利流入河道，最終匯入下游水體，形成一個完整、高效的排水體系。

4.3 效果評估

經過一系列科學改造后，該地區(qū)農田排水系統(tǒng)的效能得到了顯著提升，取得了多方面令人矚目的積極效果。在排水能力方面，改造后的系統(tǒng)表現(xiàn)卓越。在與以往相同降雨條件下，田間積水時間明顯縮短。過去長時間積水的狀況得到了根本性改善，積水深度能夠迅速降低到農作物可承受的安全范圍內，為農作物的正常生長提供了良好的水分環(huán)境。地下水位也得到了有效控制。暗管排水系統(tǒng)與小型排水泵站的協(xié)同作用，使得過高的地下水位逐漸恢復到合理水平，土壤鹽堿化程度隨之有所減輕。這不僅改善了土壤質量，也為農作物生長創(chuàng)造了更為適宜的土壤環(huán)境。農作物產量因此得到了顯著提高。良好的排水條件和土壤環(huán)境促進了農作物的健康生長，農民的經濟收入也隨之增加，切實提高了當?shù)剞r民的生活水平。值得一提的是，排水系統(tǒng)的改造還帶來了意想不到的生態(tài)效益。農田周邊的生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善，水流的順暢和生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化吸引了更多的鳥類和昆蟲在此棲息，增強了農田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，為整個地區(qū)的生態(tài)平衡做出了積極貢獻。

5 提升農田排水系統(tǒng)防洪減災效率的策略

5.1 優(yōu)化排水系統(tǒng)規(guī)劃與設計

在規(guī)劃農田排水系統(tǒng)時，應充分考慮當?shù)氐牡匦蔚孛?、土壤質地、降雨特征和水文地質條件。對于地勢低洼、降雨集中的地區(qū)，應適當增加排水設施的規(guī)模和密度，提高排水能力。在平原地區(qū)，可采用網格狀的排水明溝與暗管相結合的方式，確保排水順暢；在山區(qū)，則需要根據(jù)山勢和水流方向，合理布置排水渠道，防止山洪對農田的沖刷。根據(jù)不同的農田用途和農作物需求，選擇合適的排水系統(tǒng)類型。對于水田，應以控制地下水位和排除田間積水為主，可采用暗管排水與明溝排水相結合的方式；對于旱地，可側重于地表徑流的快速排除，以明溝排水為主。要合理布局排水系統(tǒng)，確保排水通道的順暢和排水承泄區(qū)的合理選擇。

5.2 加強排水系統(tǒng)的維護與管理

對于明溝排水系統(tǒng)，要定期進行清淤工作，清除溝渠內的淤泥、雜草和雜物，保證排水通道的暢通。要對排水管道、泵站等設施進行定期檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)并修復損壞的部件，確保排水系統(tǒng)的正常運行。每年在雨季來臨前，對排水系統(tǒng)進行全面檢查和維護，更換老化的管道密封件，調試泵站設備等。利用現(xiàn)代信息技術，建立農田排水系統(tǒng)信息化管理平臺。通過安裝水位傳感器、流量傳感器等設備，實時監(jiān)測排水系統(tǒng)的運行狀況，如水位變化、排水量等。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調整排水泵站的運行參數(shù)，實現(xiàn)排水系統(tǒng)的智能化管理，提高排水效率。當監(jiān)測到田間水位超過設定閾值時，系統(tǒng)自動啟動排水泵站，確保田間積水及時排出[5]。

5.3 推廣生態(tài)型排水系統(tǒng)建設

在條件適宜的地區(qū)，推廣濕地型排水系統(tǒng)建設。濕地具有良好的水質凈化、洪水調節(jié)和生態(tài)保護功能。通過在排水系統(tǒng)中設置人工濕地，讓農田排水經過濕地過濾和凈化后再排入承泄區(qū)。濕地中的植物可以吸收水中的污染物，降低水體富營養(yǎng)化程度，同時濕地的蓄水作用還能調節(jié)洪水流量，提高防洪減災能力。借鑒海綿城市的理念，建設海綿農田。通過采用透水地面、雨水花園、蓄水池等設施，增加農田對雨水的吸納和儲存能力。在降雨時，海綿農田能夠減緩地表徑流的產生速度，減少水土流失，同時將多余的雨水儲存起來，用于干旱時期的灌溉。在農田中建設雨水花園，種植耐水濕的植物，既美化了環(huán)境，又能起到調節(jié)雨水的作用。

6 結語

綜上所述，農田排水系統(tǒng)在防洪減災中具有不可替代的作用，它不僅能夠調節(jié)地表徑流、降低地下水位，還能保護農田生態(tài)環(huán)境。通過科學合理地規(guī)劃與設計農田排水系統(tǒng)，加強維護與管理，推廣生態(tài)型排水系統(tǒng)建設等措施，可以有效提升農田排水系統(tǒng)的防洪減災效率。在未來的農田水利建設中，應充分重視農田排水系統(tǒng)的建設與完善，不斷提高其防洪減災能力，為保障農業(yè)生產安全和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻

[1] 佚名.高標準農田建設工程規(guī)劃導則[J].農機市場，2024（12）：100-104.

[2] 龔來紅，才碩，趙樹君，等.農田灌排系統(tǒng)雨洪調蓄模擬及分析[J].安徽農業(yè)科學，2024，52（24）：177-183.

[3] 毛玉潔.智能化農業(yè)灌溉排水工程技術的發(fā)展趨勢與實踐探索[J].農村實用技術，2024（12）：91-92.

[4] 牛凱.農田水利工程的作用研究[J].農家參謀，2024（29）：75-76+80.

[5] 魏玉春.農田灌溉工程的抗災作用及減災措施[J].農業(yè)科技與信息，2019（20）：117-119.