排水沟设计.doc

一、排水沟的设计水位设计排水沟,一方面要使沟道能通过排涝设计流量,使涝水顺利排入外河;另一方面还要满足控制地下水位等要求。排水沟的设计水位可以分为排渍水位和排涝水位两种,确定设计水位是设计排水沟的重要内容和依据,需要在确定沟道断面尺寸(沟深与底宽)之前,加以分析拟定。(又称日常水位)这是排水沟经常需要维持的水位,在平原地区主要由控制地下水位的要求(防渍或防止土壤盐碱化)所决定。为了控制农田地下水位,排水农沟(末级固定排水沟)的排渍水位应当低于农田要求的地下水埋藏深度,~;有盐碱化威胁的地区,~,如图8-7所示。而斗、支、干沟的排渍水位,要求比农沟排渍水位更低,因为需要考虑各级沟道的水面比降和局部水头损失,例如排水干沟,为了满足最远处低洼农田(见图8-8)降低地下水位的要求,其沟口排渍水位可由最远处农田平均田面高程(A0),考虑降低地下水位的深度和斗、支、干各级沟道的比降及其局部水头损失等因素逐级推算而得,即图8-7 排渍水位与地下水位控制的关系(单位:m)图8-8 干、支、斗、农排水沟排渍水位关系图z搀渍=A0-D农-ΣLi-ΣΔz                                                      (8-7)式中 z排渍——排水干沟沟口的排渍水位,m;A0——最远处低洼地面高程,m;D农——农沟排渍水位离地面距离,m;L——斗、支、干各级沟道长度,m,见图8-8;i——斗、支、干各级沟道的水面比降,如为均匀流,则为沟底比降;Δz——各级沟道沿程局部水头损失,~,~。对于排渍期间承泄区(又称外河)水位较低的平原地区,如干沟有可能自流排除排渍流量时,按上式推得的干沟沟口处的排渍水位20溃,应不低于承泄区的排渍水位或与之相平。否则,应适当减小各级沟道的比降,争取自排。而对于经常受外水位顶托的平原水网圩区,则应利用抽水站在地面涝水排完以后,再将沟道或河网中蓄积的涝水排至承泄区,使各级沟道经常维持排渍水位,以便控制农田地下水位和预留沟网容积,准备下次暴雨后滞蓄涝水。(又称最高水位)排涝水位是排水沟宣泄排涝设计流量(或满足滞涝要求)时的水位。由于各地承泄区水位条件不同,确定排涝水位的方法也不同,但基本上分为下述两种情况。1)当承泄区水位一般较低,如汛期干沟出口处排涝设计水位始终高于承泄区水位,此时干沟排涝水位可按排涝设计流量确定,其余支、斗、沟的排涝水位亦可由干沟排涝水位按比降逐级推得;但有时干沟出口处排涝水位比承泄区水位稍低,此时如果仍须争取自排,势必产生壅水现象,于是干沟(甚至包括支沟)的最高水位就应按壅水水位线设计,其两岸常需筑堤束水,形成半填半挖断面,如图8-9所示。图8-9 排水出口壅水时干沟的半填半挖断面示意图2)在承泄区水位很高、长期顶托无法自流外排的情况。此时沟道最高水位是分两种情况考虑,一种情况是没有内排站的情况,这时最高水位一般不超出地面,~,最高可与地面齐平,以利排涝和防止漫溢,最高水位以下的沟道断面应能承泄除涝设计流量和满足蓄涝要求;另一种情况是有内排站的情况,则沟道最高水位可以超出地面一定高度(如内排站采用圬工泵时,超出地面的高度就不应大于2~3m),相应沟道两岸亦需筑堤。二、排水沟断面设计当排水沟的设计流量和设计水位确定后,便可确定沟道的断面尺寸,包括水深与底宽等。设计时,一般根据排涝设计流量计算沟道的断面尺寸,如有通航、养殖、蓄涝和灌溉等要求,则应采用各种要求都能满足的断面。,但在承泄区水位顶托发生壅水现象的情况下,往往需要按恒定非均匀流公式推算沟道水面线,从而确定沟道的断面以及两岸堤顶高程等。推算水面线的方法已在水力学中详述,这里从略;但对于排水沟道的断面因素如底坡(i、糙率(n)、及边坡系数(m)等应结合排水沟特点进行分析拟定。(1)排水沟的比降(i) 主要决定于排水沟沿线的实际地形和土质情况,沟道比降一般要求与沟道沿线所经的地面坡降相近,以免开挖太深。同时,沟道比降不能选得过大或过小,以满足沟道不冲不淤的要求,即沟道的设计流速应当小于允许不冲流速(见表8-8)和大干允许不淤流速(~)。此外,对于连通内湖与排水闸的沟道,其比降还决定于内湖和外河水位的情况;而对于连通抽水站的沟道比降,则须注意抽水机安装高程的限制,一般说来,对照±述要求,平平地区沟道比降可在下列范围内选择:干沟为,支沟为,斗沟为。而在排灌两用沟道内有反向输水出现的情况下,则沟道比降宜较平缓,其方向则以排水方向为准。对于有