内蒙古乌海市暗管排盐设计说明书(3)

4 工程设计

4.1暗管排盐工程设计

4.1.1吸水管设计

项目区吸水管关键参数设计采用DRAINMOD模型分析的方法来确定。

1、DRAINMOD模型简介

DRAINMOD模型是20世纪70年代末由美国北卡罗来纳州立大学的Skaggs教授开发、美国农业部所推荐的田间水文模型，通过在世界许多地区不同土壤、作物和气候条件下的测试和应用，DRAINMOD被公认为模拟地下水水位和排水量方面具有应用简单 要求输入的参数少 结果准确的优点。其核心理论为田间水文（地表水和土壤水）平衡原理（见图4.3-1），其中地表水平衡主要是研究降雨量、入渗量、地表径流量和地表水储水量变化之间的关系；土壤水平衡则是主要研究地下排水量、腾发量、渗漏渗透量和土壤中的水分变化之间的关系。

图4.1-1 DRAINMOD模型田间水平衡要素图

模型首先进行田间(地表和土壤水分)水平衡计算。在t时段内，地表水平衡方程为

?S?P?F?RO 式中： ΔS — 地表的贮水变化量，cm； P — 降雨量，cm； F — 入渗量，cm； RO — 地表径流量，cm。

在同时段，地表到不透水层之间的土壤水分平衡方程为 ?V?F?D?ET?DS 式中： ΔV — 土壤中的水量变化，cm； D — 地下排水量，cm； ET — 腾发量，cm； DS — 深层渗漏量，cm。 2、模型输入参数

模型的主要输入参数包括气象、土壤、作物和排水系统设计管理参数。具体输入数据如下：

（1）气象数据

气象数据主要包括逐日降水量、日最高气温和最低气温等，模型采用Thornthwaite方法计算潜在腾发量。

（2）土壤数据

土壤资料包括、土壤分层情况说明、各层土壤的水分特征曲线、饱和导水率或侧向导水率、给水度与潜水蒸发蒸腾量（PET/ET）、渗透系数、不透水层深度、地下水埋深等。

（3）水力参数

排水模数/系数、地表蓄水深度以及地表灌溉情况等。 （4）作物状况说明

种植的主要作物类型、作物根系深度、播种时间及收获时间等。

图4.1-2 DRAINMOD模型模拟软件界面

3、模拟结果分析

根据模拟数据分析，随着排水间距的增大，地下排水量逐渐减小，地表径流量增加；随着排水管埋深的增大，地下排水量逐渐增加，地表径流量减小。因此，示范区合理的排水暗管设计间距设计为30米；考虑到项目区土壤粘土结构、地表15cm土壤积累盐分较重，示范区控制地下水位较为合理的吸水管设计埋深应为0.7-1.5m。

根据以上设计，项目区埋设PVC排盐暗管56条，长度共23600m。

4.3.2集水管设计

集水管是汇集吸水管的水流，并将其排走的管道。田间吸水管中的含盐水汇入集水井中，集水井位于吸水管水流方向的末端，集水井由集水管连接，田间集水管设置1条，采用直径为200mm的PVCPVC-U管。在项目区南侧设置二级集水管，二级集水管管径为250mm的PVC-U管，集水管道中的水流最终通过项目区现有排水明渠排出项目区。集水管的深度通过连接的集水井的高程控制，坡度一般为1‰。

4.3.3砂滤料设计

1、外包砂滤料选配方法

暗管外包料是包裹在暗管周围的材料，它是地下排水系统正常工作的关键。外包滤料为包裹在暗管的外部具有以下一种或多种功能的材料。

（1）、过滤功能：以便防止或限制较细土壤颗粒进入管道，从而避免颗粒在管道中沉淀并最终引起管道堵塞。

（2）、水力学功能：在管子周围形成一个高渗透介质，减少土壤

中水流向管里渗流的阻力，增加渗透性。

（3）、管道稳定功能：给管道提供全方位支撑以防止因土壤下沉而引起的破坏。

这两种功能存在一定冲突，既需要用一种粗材料来提高渗透性，又需用一种比较细的材料防止细小颗粒流入管中。

目前应用的外包料主要有两种：人工合成外包料和沙砾或碎石外包料。人工合成外包滤料施工比较方便，但是在选材和大面积使用上还不是很成熟，因此本项目采用砂石作为暗管外包滤料。

由于每个地区的土壤质地和要求不尽相同，适合某一地区的砂滤料并不一定同样适合另一地区，有的甚至在同一地区仍然需要不同规格的砂滤料，所以砂滤料的选配应视实际情况而定。现在通用的标准是以埋管层土和滤料的颗粒粒径累积分布为基础的。该标准分为两部分：一部分是过滤标准，确定外包料的粗边界；另一部分是渗透标准，确定外包料的细边界。

2、设计步骤

（1）在埋管层取覆盖全项目区特点的土样。

（2）在实验室确定土壤粒径分布，并作出粒级曲线图。

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