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水 利 学 报

２０２５年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０２ － ０２０５ － １１

间断式改进暗管排水流量的计算方法

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金铭锐 ，陶 园 １，２ ，王少丽 １，２ ，管孝艳 １，２
（１．中国水利水电科学研究院，北京 １０００４８；２．国家节水灌溉北京工程技术研究中心，北京 １０００４８）

摘要：为应对涝渍灾害频发、耕地资源紧缺的问题，提出一种排水流量较大、占用耕地较少的间断式改进暗管排
水结构。一般常规暗管渗流可以简化为二维计算，但间断式改进暗管在排水过程中存在柱体砂滤料的三维绕流，
形成相对复杂的空间渗流结构。基于沙金煊的非完整井排水流量公式和常用的暗管排水流量计算公式，提出地表
无积水情况下间断式改进暗管排水流量的简化计算方法，结合田间试验和 ＨＹＤＲＵＳ数值模拟进行验证，并分析排水
过程中各部分流量占比。结果表明，提出的间断式改进暗管排水流量的理论计算方法合理可行，间断式改进暗管排
水流量的理论计算值与田间试验实测值、模拟值的平均相对误差分别为 ６．９７％和－ ２．８４％；随排水时间增加柱体砂滤
料内部排水流量占总流量比值逐渐下降，柱体砂滤料外部进水流量占总流量比值不断增加；柱体砂滤料越高，其内
部排水持续时间越长；柱体砂滤料布设间距越小，其内部排水与外部进水流量之和占总流量比值越大；间断式改进
暗管排水流量计算方法在壤土、粉土中均适用。研究结果可为丰富农田排水理论和暗管工程建设提供思路与参考。
关键词：间断式改进暗管排水；柱体砂滤料；排水流量；ＨＹＤＲＵＳ
中图分类号：Ｓ２７６．１
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２２２

１ 研究背景

近年来我国洪涝灾害频繁，给农业生产和粮食安全带来巨大挑战 ［１ － ２］ ，高效地排除田间土壤多余
水分是改善农田水热状况、保障粮食安全的重要环节之一。暗管排水技术能有效排除田间多余水分，
且不占耕地，故得到广泛应用 ［３ － ５］ ，但因受到土壤渗透系数的影响，其难以迅速排除田间积水 ［６］ 。基
于快速除涝的需求，陶园等 ［６ － ７］ 提出了一种连续式改进暗管排水结构，通过设置连续的强渗水材料作
为反滤体，提高暗管上部土壤的渗水能力，实现了排水流量的增加，并基于进水周长相等则排水渗流
量相同的假定，提出了积水条件下连续式改进暗管排水结构的流量计算公式。考虑到连续铺设反滤体
可能造成工程成本的增加，为进一步降低成本，在连续式改进暗管排水结构基础上，提出设置非连续
反滤体的间断式改进暗管排水结构（以下简称 “间断式改进暗排”）。在地表积水情况下，积水会优先
进入反滤体而被快速排除；在地表无积水的情况下，垂向柱状反滤体可以有效缩短周围土壤水进入暗
管的渗径，进而提高土体排水性能 ［８ － ９］ 。连续式暗排流量已证明大于常规暗管排水流量 ［７，１０］ ，可以推断
间断式改进暗排的流量也大于常规暗管排水流量，而相较于连续式改进暗排，间断式改进暗排的反滤体
用料更少，工程成本更低。暗管排水流量计算是暗管工程设计和工程实践的前提，为更好地评估间断式
改进暗排排水效果并促进其推广和应用，建立表征其排水流量的计算方法是十分必要的。
稳定渗流场中常规暗管排水及连续式改进暗管排水结构的排水过程可视为水流在垂直于暗管的平
面二维运动 ［１１ － １２］ 。二维无压排水的稳定渗流状态下，常规暗管排水流量的常用计算公式有 Ｈｏｏｇｈｏｕｄｔ公

收稿日期：２０２４ － ０４ － ２０；网络首发日期：２０２４ － １１ － ２０
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１１１９．１１１７．００３
基金项目：国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＤ１９００６００）；北京市科协青年人才托举工程项目（ＢＹＥＳＳ２０２３１９８）
作者简介：金铭锐（ １９９８ － ），博士生，主要从事灌排工程研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｊｉｎｍｉｎｇｒｕｉ２０２１＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：陶园（１９８８ － ），博士，高级工程师，主要从事农田排水理论研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｔａｏｙｕａｎ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
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