陸泳舟（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434）

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田間河道規(guī)模對(duì)農(nóng)田排澇的影響分析

陸泳舟
（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434）

提升種植水平和抗災(zāi)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(zāi)系統(tǒng)的重要部分。對(duì)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(dǎo)致澇災(zāi)。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(jì)算，闡述內(nèi)部河道調(diào)蓄庫容對(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民對(duì)糧食供應(yīng)保障度要求越來越高，中央對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)提出了更高的要求。尤其在耕地資源壓力短時(shí)間內(nèi)難以緩解的情況下，提升抗災(zāi)能力、減小災(zāi)害隱患及風(fēng)險(xiǎn)顯得尤其重要［1］。今年中央一號(hào)文件明確指出，在今后相當(dāng)長一段時(shí)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(duì)的挑戰(zhàn)。排澇能力是農(nóng)田抗災(zāi)能力的重要體現(xiàn)，在《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）中，對(duì)農(nóng)田排水溝間距和斷面大小有明確的說明。但在實(shí)際生產(chǎn)中，僅關(guān)注田間排水能力是不夠的，對(duì)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(shí)排入外江（海）中，導(dǎo)致糧田受淹嚴(yán)重，損失巨大?？梢姡瑢?duì)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(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)著眼于整體，使整個(gè)種植區(qū)排澇能力滿足要求。

2 項(xiàng)目區(qū)概況

2.1 自然地理概況

上海市是我國東部經(jīng)濟(jì)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(shí)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(guān)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(yù)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(tuán)結(jié)沙外小圩，自身沒有獨(dú)立成圩，園區(qū)內(nèi)沒有排澇泵站。汛期結(jié)合天氣預(yù)報(bào)趁長江落潮打開排澇閘，結(jié)合圩區(qū)排澇工程的運(yùn)用，將片區(qū)河道水位提前預(yù)降至2.3m，以預(yù)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(shí)滯蓄在工程區(qū)內(nèi)的水網(wǎng)中，待長江落潮時(shí)趁潮外排澇水。但經(jīng)多年實(shí)際操作運(yùn)行，區(qū)外泵站對(duì)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(qiáng)排澇能力。

3 現(xiàn)狀排澇能力計(jì)算

3.1 泯溝排水能力計(jì)算

上海市糧田排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇最大24小時(shí)面雨量2天排至水稻耐淹深度［3］，水田設(shè)計(jì)排澇流量按式1計(jì)算。

式中：Q水田—水田設(shè)計(jì)排澇流量，m3/s；

T—排澇歷時(shí)，取48h；

P—?dú)v時(shí)為T的設(shè)計(jì)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(dān)排澇面積最大的兩條泯溝作為典型進(jìn)行排澇能力復(fù)核計(jì)算。經(jīng)式1計(jì)算，其承擔(dān)田塊的排澇設(shè)計(jì)流量均為0.235m3/s，現(xiàn)狀過流能力采用曼寧公式計(jì)算得1.5m3/s，可見泯溝現(xiàn)狀斷面大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足田塊排水要求。

3.2 園區(qū)排澇能力計(jì)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(jì)算。根據(jù)上海市20年一遇典型暴雨和同期實(shí)測(cè)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(jìn)行水量調(diào)節(jié)演算，公式見式2。

式中：Q1—時(shí)段初來水流量，m3/s；

Q2—時(shí)段末來水流量，m3/s；

q1—時(shí)段初泄水流量，m3/s；

q2—時(shí)段末泄水流量，m3/s；

Δt—計(jì)算時(shí)段，s；

V1—時(shí)段初蓄水量，m3；

V2—時(shí)段末蓄水量，m3。

水閘泄流計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范》選取，自由出流時(shí)為1。

（2）水位～庫容關(guān)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(guān)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(jì)算

根據(jù)崇明島水利規(guī)劃，20年一遇24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨采用1963年典型雨型［5］，水稻田不計(jì)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(jì)攔截。不計(jì)匯流時(shí)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(shè)計(jì)潮位

由于園區(qū)周邊灘涂最近幾年無大型工程［6］，因此設(shè)計(jì)潮位參考當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)水利設(shè)計(jì)，取1963年外海同期實(shí)測(cè)潮位過程，見圖3。

圖3 設(shè)計(jì)潮位過程圖

（5）計(jì)算結(jié)果

經(jīng)水量平衡法調(diào)節(jié)計(jì)算，園區(qū)20年一遇排澇高水位達(dá)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(dá)到14cm，給作物生長帶來了極大風(fēng)險(xiǎn)。

因此對(duì)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(dá)標(biāo)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(duì)園區(qū)內(nèi)泯溝、河道實(shí)施疏浚整治工程，挖深河道，擴(kuò)大斷面，同時(shí)兩岸實(shí)施保塌工程，避免淤積現(xiàn)象。清淤工程實(shí)施后，各河溝普遍在現(xiàn)狀基礎(chǔ)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(shí)施后水位～庫容關(guān)系

4.2 園區(qū)排澇能力改變

對(duì)于清淤工程實(shí)施后的園區(qū)，仍然采用水量平衡法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，設(shè)計(jì)暴雨及設(shè)計(jì)潮位同3.2節(jié)，仍為20年一遇，水位～庫容關(guān)系見表2。計(jì)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(duì)于臨江（海）處的農(nóng)田，外部水位對(duì)其頂托作用不可忽視，擁有充沛的庫容才能應(yīng)對(duì)汛期大暴雨和外部高潮位的合力沖擊。因此對(duì)于此類農(nóng)田，河溝規(guī)模設(shè)計(jì)不應(yīng)僅滿足相應(yīng)田塊的排水過流能力，還應(yīng)從整個(gè)農(nóng)田的角度考慮，對(duì)全區(qū)進(jìn)行水量調(diào)節(jié)計(jì)算，確保遭遇大暴雨時(shí)，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(shí)，也應(yīng)考慮到超標(biāo)準(zhǔn)暴雨的風(fēng)險(xiǎn)，建議在排澇閘處建小型排澇泵。

［1］劉志強(qiáng).農(nóng)田水利重點(diǎn)縣灌排改造工程對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)的推動(dòng)作用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（08）：45-47.

［2］河海大學(xué)設(shè)計(jì)院.《崇明島農(nóng)田水利建設(shè)規(guī)劃》［R］，2010年.

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

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

［5］崇明縣水務(wù)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(shè)計(jì)，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。