田间河道规模对农田排涝的影响分析

陆泳舟（上海勘测设计研究院有限公司，上海200434）



田间河道规模对农田排涝的影响分析

陆泳舟
（上海勘测设计研究院有限公司，上海200434）

提升种植水平和抗灾能力是农田种植区的重要工作，而排涝系统是农田抗灾系统的重要部分。对于农田排涝，仅重视田间排水是不够的。相比于内地农田区，江浙沪地区有很多农田临江靠海，受外潮顶托，无法持续排水，在汛期往往因调蓄库容不够而导致涝灾。本文以上海市崇明县东南部的耀全粮田生产园为例，通过水量调节计算，阐述内部河道调蓄库容对其排涝能力的显著影响。

农田；排涝；潮位；库容

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.039

1 研究必要性

随着社会经济的不断发展，人民对粮食供应保障度要求越来越高，中央对农业生产建设提出了更高的要求。尤其在耕地资源压力短时间内难以缓解的情况下，提升抗灾能力、减小灾害隐患及风险显得尤其重要［1］。今年中央一号文件明确指出，在今后相当长一段时期，如何在资源环境硬约束下保障农产品有效供给，提升农业可持续发展能力，是我国必须长期面对的挑战。排涝能力是农田抗灾能力的重要体现，在《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）中，对农田排水沟间距和断面大小有明确的说明。但在实际生产中，仅关注田间排水能力是不够的，对于很多临江靠海的粮食种植区，田间河沟虽能满足排涝过流能力，但由于在汛期收到外潮顶托，大量涝水无法及时排入外江（海）中，导致粮田受淹严重，损失巨大。可见，对于河口处的粮田，田间河道规模不仅要满足邻近田块排涝过水标准，还应着眼于整体，使整个种植区排涝能力满足要求。

2 项目区概况

2.1 自然地理概况

上海市是我国东部经济中心，人口约2500万，粮食需求量极大。崇明县为上海市北部岛屿，处于长江入海口，是上海市重要农业生产基地，全县粮食总播种面积99077hm2，为上海市最大的优质米生产基地［2］。耀全粮食生产园位于崇明县最南端，于2009年建成，南侧为黄海，北侧为上实公司。园区总面积574hm2，其中种植面积400hm2，种植作物均为水稻，是崇明县最重要的粮食种植基地之一，田面高程3.2m（吴淞高程，下同），田块均为条形，宽度约45m，符合相关规范。园区中间有中心河穿过，与四周河道相互连通。现有泯沟102条，总长44.2km，沟底高程2.0～2.7m，底宽1～3m，面宽4～6m；大排水沟4条，总长7.4km，沟底高程2.0～2.2m，底宽1.8～2.8m；河道4条，总长9.2km，河底高程0.5～1.5m，底宽6～11m，面宽25～40m。南侧临海处有一座排涝闸，兼有挡潮作用，闸门净宽2m，内部河道常水位为2.5m，汛期预降水位2.3m。粮田平面布置图见图1。

图1 粮田平面布置图

2.2 排涝系统概况

耀全粮食生产园属于崇明东滩团结沙外小圩，自身没有独立成圩，园区内没有排涝泵站。汛期结合天气预报趁长江落潮打开排涝闸，结合圩区排涝工程的运用，将片区河道水位提前预降至2.3m，以预留库容调蓄涝水；暴雨期间涝水通过田间排水沟快速排出汇聚至排涝泯沟和河道，通过南侧的挡潮闸快速排除涝水。若恰逢长江涨潮涝水无法外排，则依靠圩区外排泵站抽排，剩余涝水暂时滞蓄在工程区内的水网中，待长江落潮时趁潮外排涝水。但经多年实际操作运行，区外泵站对本基地的抽排能力很弱，因此基地汛期排涝主要还是依靠自身的调蓄库容和挡潮闸。园区建成后，田间逢大暴雨经常遭遇淹没，因此亟需通过工程措施加强排涝能力。

3 现状排涝能力计算

3.1 泯沟排水能力计算

上海市粮田排涝标准为20年一遇最大24小时面雨量2天排至水稻耐淹深度［3］，水田设计排涝流量按式1计算。

式中：Q水田—水田设计排涝流量，m3/s；

T—排涝历时，取48h；

P—历时为T的设计暴雨，mm，取202.4mm；

h1—水田滞蓄水深，取20mm；

ET—排涝期的水田蒸发量，取4mm；

E水田—排涝期的水田渗漏量，取5mm；

F水田—排涝田块面积，km2。

由于各泯沟断面大小基本接近，选取其中承担排涝面积最大的两条泯沟作为典型进行排涝能力复核计算。经式1计算，其承担田块的排涝设计流量均为0.235m3/s，现状过流能力采用曼宁公式计算得1.5m3/s，可见泯沟现状断面大小远远满足田块排水要求。

3.2 园区排涝能力计算

（1）水量平衡法

由于各泯沟和河道距离不是很长，所以不考虑基地内部水面的坡降，采用水量平衡法调节计算。根据上海市20年一遇典型暴雨和同期实测潮位过程，以1 /3h步长调节结算得到的最高水位即基地20年一遇排涝高水位。

采用水量平衡方程进行水量调节演算，公式见式2。

式中：Q1—时段初来水流量，m3/s；

Q2—时段末来水流量，m3/s；

q1—时段初泄水流量，m3/s；

q2—时段末泄水流量，m3/s；

Δt—计算时段，s；

V1—时段初蓄水量，m3；

V2—时段末蓄水量，m3。

水闸泄流计算公式［4］见式3。

式中：Q—过闸流量，m3/s；

CB0—闸孔总净宽，取2m；

H0—计入行近流速水头的堰上水深，m；

g—重力加速度，9.81m3/s；

m—堰流流量系数；

ε—堰流侧收缩系数；

σ—堰流淹没系数，根据《水闸设计规范》选取，自由出流时为1。

（2）水位～库容关系

根据现状泯沟及河道规模，现状总库容见表1。

表1 园区内部水域现状水位～库容关系

如果水位超过口高3.2m，涝水则向两岸田块漫溢。

（3）产汇流计算

根据崇明岛水利规划，20年一遇24小时设计暴雨采用1963年典型雨型［5］，水稻田不计初损，稳渗4mm/d，蒸发6mm/d，水田拦截60mm/d，非稻田面积不计拦截。不计汇流时间，降雨量及入河沟水量过程见图2。

图2 降雨及水量过程图

（4）设计潮位

由于园区周边滩涂最近几年无大型工程［6］，因此设计潮位参考当地相关水利设计，取1963年外海同期实测潮位过程，见图3。

图3 设计潮位过程图

（5）计算结果

经水量平衡法调节计算，园区20年一遇排涝高水位达到3.34m，超过了泯沟及河道的河口高程。显然，涝水从河沟中溢出，造成园区整体受淹，水稻受淹深度达到14cm，给作物生长带来了极大风险。

因此对于耀全粮食生产园的排涝系统，仅仅田间排水过流能力达标是不够的，内部河道库容大小具有极大的影响。

4 疏浚整治工程及排涝能力改变

4.1 疏浚整治工程

为了改变园区目前景观差、内部河道淤积、岸坡坍塌的状况，规划对园区内泯沟、河道实施疏浚整治工程，挖深河道，扩大断面，同时两岸实施保塌工程，避免淤积现象。清淤工程实施后，各河沟普遍在现状基础上挖深0.5m，泯沟底高挖深至2.0m；大排水沟底高1.5m；河道底高0.5m，保持口宽不变。整治后，园区内部水系库容显著增加，水位～库容曲线见表2。

表2 园区疏浚整治工程实施后水位～库容关系

4.2 园区排涝能力改变

对于清淤工程实施后的园区，仍然采用水量平衡法进行调节计算，设计暴雨及设计潮位同3.2节，仍为20年一遇，水位～库容关系见表2。计算得园区20年一遇排涝高水位为3.05m，涝水不外溢，低于河沟口高3.2m，不影响农业生产，园区排涝能力得到了明显改变。

5 结语

对于临江（海）处的农田，外部水位对其顶托作用不可忽视，拥有充沛的库容才能应对汛期大暴雨和外部高潮位的合力冲击。因此对于此类农田，河沟规模设计不应仅满足相应田块的排水过流能力，还应从整个农田的角度考虑，对全区进行水量调节计算，确保遭遇大暴雨时，田间各河道排涝高水位低于河口及田面高程。为了避免过多占用种植面积，尽量挖深河道，不增加河口宽度；同时，也应考虑到超标准暴雨的风险，建议在排涝闸处建小型排涝泵。

［1］刘志强.农田水利重点县灌排改造工程对设施农业的推动作用［J］.水利规划与设计，2013（08）：45-47.

［2］河海大学设计院.《崇明岛农田水利建设规划》［R］，2010年.

［3］DB31 /T469-2009.粮田和菜地水利基础设施建设技术规范［S］.

［4］李炜.水力学计算手册（第二版）［M］.北京：中国水利水电出版社，2006年.

［5］崇明县水务局等.崇明岛域水利规划［R］，2011年.

［6］王芳.上海地区排涝水闸合理规模的探讨［J］.水利规划与设计，2014（07）：11-14.

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1672-2469（2016）01-0125-03

2015-09-29

陆泳舟（1985年—），男，工程师。