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1、10申请公布号CN103953018A43申请公布日20140730CN103953018A21申请号201410201037022申请日20140513E02B11/0020060171申请人中国水利水电科学研究院地址100048北京市海淀区车公庄西路20号72发明人王少丽瞿兴业韩松俊焦平金陶园54发明名称新型暗排结构及其除涝作用的设计方法57摘要本发明提供了一种新型暗排结构，包括暗管及沿所述暗管底部至耕作层底部开挖的反滤槽，所述反滤槽内填有工程滤料；所述工程滤料与回填原土后构成耕作层的接触面上铺有反滤防护层。本发明还提供了一种暗排结构除涝作用的设计方法。本发明新型暗排结构，通过构成增大进水。
2、断面、加强透水和防淤堵的反滤体，显著加强了暗管的排水能力；本发明暗排结构除涝作用的设计方法通过改进现有明暗结合除涝工程设计方法，使明暗结合排水工程中的明沟除涝负担减轻，从而扩大按现有除涝工程设计方法所得出的明沟间距，节省了工程量和建设投资，增加了经济效益。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页10申请公布号CN103953018ACN103953018A1/2页21一种新型暗排结构，包括暗管，其特征在于，还包括自所述暗管底部至耕作层底部开挖的反滤槽，所述反滤槽内填有工程滤料；所述工程滤料与回填原土后构成耕作。
3、层的接触面上铺有反滤防护层。2根据权利要求1所述的新型暗排结构，其特征在于，所述反滤槽的宽度为20CM40CM。3根据权利要求1所述的新型暗排结构，其特征在于，所述工程滤料为砂砾石滤料。4根据权利要求1所述的新型暗排结构，其特征在于，所述反滤防护层为土工布。5一种暗排结构除涝作用的设计方法，包括1计算在规定的时间内由降雨所产生的总排涝模数MW；2计算由暗管承担的地下排涝模数MD；3从2中地下排涝模数MD中扣除稻田适宜渗透率的最大值，得到净地下排涝模数MD净；4从1中总排涝模数MW中扣除3中净地下排涝模数MD净得到由明沟承担的地表排涝模数MS。6根据权利要求5所述的暗排结构除涝作用的设计方法，其。
4、特征在于，所述1中MW的计算公式为式中，R为一次降雨所产生的设计径流水深，单位MM；T为时间，单位D；MW单位为M/D；所述R的计算公式为旱作区RAP；式中，为旱作区径流系数；P为设计降雨，单位MM；水稻区RPH田蓄ES；式中，P为设计降雨，单位MM；H田蓄为水田滞蓄水深，单位MM；E为排涝历时T内的水田腾发量，单位MM；S为排涝历时T内的水田渗漏量，单位MM。7根据权利要求6所述的暗排结构除涝作用的设计方法，其特征在于，所述2中地下排涝模数MD的计算公式为式中，B为暗管间距，单位M；QD为单长暗管的排水渗流量，单位M2/D；所述QD的计算公式为式中，K为含水层的平均渗透系数，单位M/D；HH。
5、D为作用水头，单位M；为渗流阻抗系数；所述HHD的计算公式为HHDHH式中，H为暗管中心的埋深，单位M，H为地面积水层厚度，单位M。8根据权利要求7所述的暗排结构除涝作用的设计方法，其特征在于，所述3中净地权利要求书CN103953018A2/2页3下排涝模数MD净的计算公式为MD净MDS/T式中，为衰减系数，10；S/T为稻田渗漏率，单位M/D。9根据权利要求8所述的暗排结构除涝作用的设计方法，其特征在于，所述4中地表排涝模数MS的计算公式为MSMWMD净式中，MW为总排涝模数；MD净为净地下排涝模数；MS、MW、MD净的单位均为M/D。权利要求书CN103953018A1/5页4新型暗排结。
6、构及其除涝作用的设计方法技术领域0001本发明属于农田排水领域，尤其涉及一种新型暗排结构及其除涝作用的设计方法。背景技术0002现有暗管排水技术是在地下一定深度内埋设管壁上有孔眼或缝隙、带外包滤料的管道，土壤中过多的水分通过管壁上的孔眼或缝隙进入管内，外包滤料的作用是防止泥沙进入管内，并加大导水性，增加出水量；暗管排水技术的主要作用是通过排除土壤中多余的水分，降低地下水位，以利于农作物正常生长，防治渍害。0003暗管的排水能力主要取决于暗管的直径以及上覆土层的渗水能力，现有暗管一般直径较小且暗管上覆回填土层，除涝作用不强，如果采用较粗的暗管来提高排涝能力，由于管材造价过于昂贵，且开挖宽槽埋管，。
7、土方量过大，不够经济合理，而且这在农田除涝排水中很难实现。0004另外，现行明暗结合除涝工程设计中，由于只考虑由明沟单独负担、以地表径流形式排除降雨所产生的涝水，而对暗管也能同时排水除涝的作用则予以忽视，因此，设计得出的明沟间距偏小，布设密度偏高，增加工程量和建设投资。发明内容0005本发明的目的在于提供一种新型暗排结构及其除涝作用的设计方法，以解决上述的问题,主要针对南方容易受涝的水田区,而其它旱作区在除涝需求相似情况下,可以借鉴参考。0006在本发明的实施例中，提供了一种新型暗排结构，包括暗管及自暗管底部至耕作层底部开挖的反滤槽，反滤槽内填有工程滤料；工程滤料与回填原土后构成耕作层的接触面。
8、上铺有反滤防护层。0007进一步，反滤槽的宽度为20CM40CM；0008进一步，工程滤料为砂砾石滤料；0009进一步，反滤防护层为土工布；0010在本发明的实施例中，还提供了一种暗排结构除涝作用的设计方法，包括00111计算在规定的时间内由降雨所产生的总排涝模数MW；00122计算由暗管承担的地下排涝模数MD；00133从2中地下排涝模数MD中扣除稻田适宜渗透率的最大值，得到净地下排涝模数MD净；00144从1中总排涝模数MW中扣除3中净地下排涝模数MD净得到由明沟承担的地表排涝模数MS。0015进一步，1中MW的计算公式为说明书CN103953018A2/5页500160017式中，R为一。
9、次降雨所产生的设计径流水深，单位MM；T为时间，单位D；MW单位为M/D；0018R的计算公式为0019旱作区RAP；0020式中，为旱作区径流系数；P为设计降雨，单位MM；0021水稻区RPH田蓄ES；0022式中，P为设计降雨，单位MM；H田蓄为水田滞蓄水深,单位MM；E为排涝历时T内的水田腾发量,单位MM；S为排涝历时T内的水田渗漏量,单位MM。0023进一步，2中地下排涝模数MD的计算公式为00240025式中，B为暗管间距，单位M；QD为单长暗管的排水渗流量，单位M2/D；0026QD的计算公式为00270028式中，K为含水层的平均渗透系数，单位M/D；HHD为作用水头，单位M；为。
10、渗流阻抗系数；0029HHD的计算公式为0030HHDHH0031式中，H为暗管中心的埋深，单位M，H为地面积水层厚度，单位M。0032进一步，3中净地下排涝模数MD净的计算公式为0033MD净MDS/T0034式中，为衰减系数，10；S/T为稻田渗漏率，单位M/D。0035进一步，4中地表排涝模数MS的计算公式为0036MSMWMD净0037式中，MW为总排涝模数，MD净为净地下排涝模数，MS、MW、MD净的单位均为M/D。0038与现有技术相比本发明的有益效果是本发明通过增设反滤槽，在槽内充填成本低、透水性好的工程滤料，并在其与回填原土的接触面上，增铺超薄的反滤防护层，构成增大进水断面、加。
11、强透水和防淤堵的反滤体，显著加强了暗管的排涝能力；本发明考虑暗管具有增大降雨入渗，使其转化成地下渗流，并予以排出的功能，通过改进现有明暗结合除涝工程设计方法，使明暗结合排水工程中的明沟除涝负担减轻，从而扩大按现有除涝工程设计方法所得出的明沟间距，尤其显著扩大了铺设本发明新型暗排结构的明沟间距，节省了工程量和建设投资，增加了经济效益。附图说明0039图1为本发明新型暗排结构的结构示意图。说明书CN103953018A3/5页6具体实施方式0040下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。0041参图1所示，图1示出了本发明新型暗排结构的结构示意图。0042在本实施例中，一种新型。
12、暗排结构，包括暗管10及自暗管10底部至耕作层底部开挖的反滤槽20，反滤槽20内填有工程滤料21；工程滤料21与回填原土后构成耕作层的接触面上铺有反滤防护层22。0043本实施例通过增设反滤槽20，在槽内充填透水性好的工程滤料21，并在其与回填原土的接触面上，增铺超薄的反滤防护层22，构成增大进水断面、加强透水和防淤堵的反滤体按一定级配滤料置换原土形成的强透水棱柱体，显著加强了暗管的排涝能力。0044在本实施例中，反滤槽20的宽度为20CM40CM，既不会增加工程量，又能达到很好的渗透效果。0045在本实施例中，工程滤料21为砂砾石滤料，砂砾石滤料具有很好的耐久性及优良的渗水性能，同时价格便宜。
13、，经济实用。0046在本实施例中，反滤防护层为土工布，具有很好的渗水性能，防止上覆土壤颗粒随水进入反滤体。0047本实施例还提供了一种暗排结构除涝作用的设计方法，包括00481计算在规定的时间内由降雨所产生的总排涝模数MW。0049MW的计算公式为00500051式中，R为一次降雨所产生的设计径流水深，单位MM；T为时间，单位D；MW单位为M/D；0052现有除涝排水工程设计中，上式中的排涝模数通常要求由明沟全部负担，在规定的T天内，以地表径流的形式排除涝水。0053R的计算公式为0054旱作区RAP；0055式中，为旱作区径流系数；P为设计降雨，单位MM；0056水稻区RPH田蓄ES；005。
14、7式中，P为设计降雨，单位MM；H田蓄为水田滞蓄水深,单位MM；E为排涝历时T内的水田腾发量,单位MM；S为排涝历时T内的水田渗漏量,单位MM；00582计算由暗管承担的地下排涝模数MD；0059地下排涝模数MD的计算公式为00600061式中，B为暗管间距，单位M；QD为单长暗管的排水渗流量，单位M2/D，将QD平均分配到排水地段上，即得出由暗管承担的地下排涝模数。0062根据恒定渗流理论，标志排水能力大小的单长暗管排水渗流量QD的计算公式为0063说明书CN103953018A4/5页70064式中，K为含水层的平均渗透系数，单位M/D；HHD为作用水头，单位M；为与排水工程规格有关的渗流。
15、阻抗系数；0065当暗管出口呈自由出流时，HHD的计算公式为0066HHDHH0067式中，H为暗管中心的埋深，单位M，H为地面积水层厚度，单位M。00683从2中地下排涝模数MD中扣除稻田适宜渗透率的最大值，得到净地下排涝模数MD净。0069降雨产生地表径流，同时地表积水产生入渗，补给到地下水中转化成渗流，随着地下径流排出。按现行排涝工程设计，对产流过程中扣除的入渗水量，往往采用条件类似地区可能出现的数值计算，例如水田区则习惯地按农田排水工程技术规范行标所推荐的稻田适宜渗漏率取上限值。实际上，在设计排涝时间内，由于田面积水较平时增多，加上暗管明显的排水作用，使入渗水量相应增大，超过适宜渗漏率。
16、，在除涝允许的较短时间内，属于正常情况。这一部分超出值应作为暗管所能够承担的排涝水量，用净地下排涝模数MD净来表示。0070考虑到暗管工作过程中，不可避免地将会出现排水能力衰减现象，随后逐渐趋于稳定，故将MD乘以衰减系数10，同时，对于水田区，从MD中扣除前面径流计算中所采用的稻田渗漏率S/TM/D，得出净地下排涝模数MD净0071MD净MDS/T0072式中MD净为最终标志暗管排水除涝能力大小的指标。对于设置反滤体的新型暗管，除B外，在各有关符号的右下角都添加足符“。”00734从1中总排涝模数MW中扣除3中净地下排涝模数MD净得到由明沟承担的地表排涝模数MS；0074MSMWMD净0075。
17、式中，MS、MW、MD净的单位均为M/D。0076可见，用本发明的计算方法计算出的明沟间距将会放大MW/MS1倍。0077下面通过具体实例计算说明0078已知水田区10年一遇一次降雨量P160MM，E6MM,S24MM,H田蓄30MM,T3天之内排除的径流总量按公式RPH田蓄ES计算得R100MM，由此按公式得出排涝模数MW0033M/D，若按现行设计，此排涝水量应由明沟全部负担，以径流形式从地表排除。0079已知暗管埋深H08M，间距B20M，常规暗管外径含外包料D01M，采用新型暗管的反滤体结构等效直径设工程滤料21的厚度为H0，设反滤槽20的宽度为B0，取B003M,H005M。渗透系数。
18、K02M/D，地面积水层厚度H01M，暗管出口处呈自由出流状态。按照公式得到常规暗管和新型暗管单长管道的排水渗流量分别为QD0328M2/D和；相应的各自的地下说明书CN103953018A5/5页8排涝模数分别为MD00164M/D,。0080取衰减系数为07，同时，扣除前面径流计算中涉及的稻田渗漏率S/T0008M/D，根据公式MD净MDS/T得到暗管所能承担的地下排涝模数净值分别为MD净00035M/D和，后者新型暗管比前者传统暗管大45倍，两者占排涝模数MW的比例分别为106和585，尤其是后者更为显著。0081对于常规和新型暗管，根据公式MSMWMD净计算得到由明沟承担的地表排涝模数。
19、分别为00295M/D和00137M/D,由此得出明沟间距比按现行设计方法确定的间距分别扩大012倍和14倍，后者放宽间距的效果更为明显。0082本发明的有益效果是00831、本发明通过增设反滤槽，在槽内充填透水性好的工程滤料，并在其与回填原土的接触面上，增铺超薄的反滤防护层，构成增大进水断面、加强透水和防淤堵的反滤体，显著加强了暗管的排涝能力；00842、本发明考虑暗管具有增大降雨入渗，使其转化成地下渗流，并予以排出的功能，通过改进现有明暗结合除涝工程设计技术方法，使明暗结合排水工程中的明沟除涝负担减轻，从而扩大按现有除涝工程设计方法所得出的明沟间距，尤其显著扩大了铺设本发明新型暗排结构的明。
20、沟间距，节省了工程量和建设投资，增加了经济效益。0085上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。0086对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。0087此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。说明书CN103953018A1/1页9图1说明书附图CN103953018A。