明暗组合排水工程除涝治渍协同作用及合理布局研究

Surface and subsurface waterlogging disaster is one of the main factors that threaten sustainable agricultural production and food security in China. Based on the demand of agricultural modernization and mechanization development, this project aims at efficiently controlling the typical waterlogged field in the South China according to the characteristics of surface waterlogging accompanied by subsurface waterlogging and the requirements of farmland drainage under the new situation. Taking combined open ditch and subsurface pipe drainage engineerings as the main line, based on the observation and analysis of combined open ditch and subsurface pipe drainage experiment, and open ditch drainage experiment, mathematical simulation study, and comprehensive evaluation of economic benefit, this project studies the characteristics of water balance under rainfall driving and synergistic effect of combined open ditch and subsurface pipe drainage, analyzes the relationship among the key technical parameters of subsurface pipe drainage, surface and subsurface drainage amount, and initial water table depth, quantizes the regulation mechanism of subsurface pipe drainage on surface and subsurface waterlogging. Considering the effect of waterlogging control and economic benefit, layout and key technical parameters of combined open ditch and subsurface pipe drainage will be proposed under typical waterlogged field and soil type, and the improved calculation method of drainage engineering design of waterlogging control is also proposed. The research results will provide theoretical basis and technical support for the construction of drainage engineering of farmland waterlogging controlling.

涝渍灾害是威胁我国农业生产和粮食安全的主要因素之一。项目立足我国农业现代化和机械化发展的需求，针对农田涝渍灾害相伴相随的特点及新形势下对农田排水的要求，以高效治理南方典型涝渍田为目的，以明暗组合排水工程为主线，基于田间明暗组合排水及明沟排水试验监测和理论分析、数学模拟研究、经济效益综合评价分析，研究降雨驱动和明暗组合排水协同作用下的水平衡转化特征，分析典型土壤质地条件下满足除涝降渍要求的暗管排水关键技术参数、地表地下排水量、初始地下水埋深的相互联系和制约机制，量化暗管排水对涝渍的调控作用机制，综合考虑除涝降渍排水效果和经济效益，提出典型涝渍田和土壤类型条件下的明暗组合排水布设形式和关键技术参数，以及现有除涝治渍排水工程设计计算改进方法,为促进农田涝渍灾害调控工程建设提供理论依据和技术支持。

涝渍灾害是威胁我国农业生产和粮食安全的主要因素之一；随着城市化进程的加剧，耕地资源短缺问题也越来越严峻。近年来，以治渍和改碱为目的暗管排水技术迅速发展，而兼具明暗两种排水工程措施优势的明暗组合排水方式，将是未来除涝治渍排水技术的发展方向。项目通过文献调研、室内外试验、理论计算和模拟模型计算等，对明暗组合排水条件下水平衡转化特征、暗管排水对涝渍的调控机制、明暗组合排水技术合理布局及规格标准进行分析和研究。主要成果为：.①揭示了明暗组合排水条件下水平衡转化特征。地下水位随降雨的发生不断上升，当降雨量大于地下地表排水量之和时，地表出现积水并不断增大，至降雨终止，积水层及排水流量达到最大；随着排水措施埋深的减小，径流时刻提前并且消失时刻推迟。地下排水量越大，地表径流量越小。.②揭示了不同排水措施除涝降渍作用机制。相同埋深时，不同组合措施排水效果优劣表现为：明沟/厚改进组合>明沟/薄改进组合>明沟/暗管组合>厚改进/暗管组合>薄改进/暗管组合。从除涝降渍效果上看，明暗组合、薄改进与暗管组合和厚改进与暗管组合排水分别可减少11.5-38.1%和0.9-16.7%和37.1-48.6%的排涝用时，减少14.3-157.1%、0-25%和14.3-44.4%的降渍用时。地表积水消失到地下水降低到耕作层以下，明沟排水的优势相对减弱，暗管排水及改进暗排的优势则明显增强。. ③提出暗排虹吸增流技术。虹吸排水在地表存在积水或者地下水位埋深较小时，存在较明显的增流效果；而在地下水位埋深逐渐增大的过程中，有无虹吸处理间流量的差距会逐渐减小。同时，利用理论分析与试验结果相结合，提出了虹吸管直径规格的选择标准。.④提出悬帷段作用下的暗管排水流量计算公式；提出涝渍协同调控明暗组合排水计算改进方法、不等深暗排降渍排水非稳定流近似处理方法，结合理论计算和HYDRUS数值模拟计算，分析提出了不同明暗组合工程模式的地表地下排水效果及合理布局。