農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中的作用與效率研究

摘要：農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅能夠有效排除農(nóng)田積水，降低洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，還能保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民的生活用水安全。本文深入探討農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中的關(guān)鍵作用與運(yùn)行效率。通過(guò)理論分析與實(shí)際案例研究，闡述了農(nóng)田排水系統(tǒng)的組成、工作原理及其在調(diào)節(jié)地表徑流、降低地下水位等方面對(duì)防洪減災(zāi)的重要意義。評(píng)估了不同類型農(nóng)田排水系統(tǒng)的效率，并提出了提升效率的策略與建議，旨在為優(yōu)化農(nóng)田排水系統(tǒng)，增強(qiáng)區(qū)域防洪減災(zāi)能力提供理論支持與實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田排水系統(tǒng)；防洪減災(zāi)；作用；效率

隨著全球氣候變化的加劇，極端降雨事件發(fā)生日益頻繁，洪澇災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。農(nóng)田作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其排水系統(tǒng)的完善程度直接關(guān)系到抵御洪澇災(zāi)害的能力。良好的農(nóng)田排水系統(tǒng)不僅能夠及時(shí)排除田間積水，保護(hù)農(nóng)作物免受漬澇危害，還能在區(qū)域防洪減災(zāi)體系中發(fā)揮重要作用。因此，深入研究農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中的作用與效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 農(nóng)田排水系統(tǒng)的組成與工作原理

1.1 農(nóng)田排水系統(tǒng)的組成

1.1.1 田間排水工程

田間排水工程是農(nóng)田排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要包括明溝、暗管和豎井等。明溝是最常見(jiàn)的田間排水方式，通過(guò)在田間開(kāi)挖溝渠，將地表水匯聚并排出。其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、成本較低，但占用土地較多，且易發(fā)生淤積和坍塌。暗管排水則是將排水管道埋設(shè)于地下，通過(guò)管道收集土壤中的水分并排出[1]。暗管排水具有不占耕地、排水效果好等優(yōu)點(diǎn)，但建設(shè)成本相對(duì)較高。豎井排水主要適用于地下水埋藏較淺且含水層透水性較好的地區(qū)，通過(guò)打井抽取地下水，降低地下水位。

1.1.2 排水承泄區(qū)

排水承泄區(qū)是接納農(nóng)田排水的區(qū)域，通常為河流、湖泊、水庫(kù)等水體。排水承泄區(qū)的水位和流量狀況直接影響農(nóng)田排水系統(tǒng)的排水效果。如果承泄區(qū)水位過(guò)高或流量不足，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田排水不暢，加重洪澇災(zāi)害。因此，合理選擇排水承泄區(qū)，并對(duì)其進(jìn)行有效管理和維護(hù)至關(guān)重要。

1.1.3 排水泵站

在一些地勢(shì)低洼、排水不暢的地區(qū)，需要設(shè)置排水泵站來(lái)提升排水能力。排水泵站通過(guò)水泵將田間積水或低洼地區(qū)的水抽升至排水承泄區(qū)。排水泵站的規(guī)模和運(yùn)行效率取決于排水區(qū)域的面積、降雨量、地形等因素。

1.2 農(nóng)田排水系統(tǒng)的工作原理

1.2.1 重力排水原理

對(duì)于具有一定坡度的農(nóng)田，田間積水在重力作用下，通過(guò)明溝或暗管流向地勢(shì)較低的排水承泄區(qū)[2]。重力排水是農(nóng)田排水系統(tǒng)最基本的工作方式，其排水效率主要取決于地形坡度、排水通道的斷面尺寸和糙率等因素。在地形平坦的地區(qū)，重力排水可能無(wú)法滿足排水需求，需要借助其他排水方式。

1.2.2 壓力排水原理

當(dāng)農(nóng)田排水系統(tǒng)中設(shè)置排水泵站時(shí)，水泵通過(guò)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力或軸心力，將水提升至一定高度，克服排水管道的阻力和水位差，將水輸送到排水承泄區(qū)。壓力排水可以有效解決低洼地區(qū)排水困難的問(wèn)題，但需要消耗一定的能源，且設(shè)備維護(hù)成本較高。

2 農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中的作用

2.1 調(diào)節(jié)地表徑流

2.1.1 減少洪峰流量

在降雨過(guò)程中，農(nóng)田排水系統(tǒng)能夠迅速收集地表徑流，將其分散并緩慢排出。通過(guò)田間排水工程的調(diào)節(jié)作用，延緩了地表徑流的匯集速度，從而減少了進(jìn)入河流等排水承泄區(qū)的洪峰流量。

2.1.2 延長(zhǎng)洪水過(guò)程線

農(nóng)田排水系統(tǒng)不僅能夠減少洪峰流量，還能使洪水過(guò)程線變得更加平緩，延長(zhǎng)洪水的消退時(shí)間。這有助于降低洪水對(duì)下游地區(qū)的沖擊，為防洪減災(zāi)措施的實(shí)施提供更充裕的時(shí)間。

2.2 降低地下水位

2.2.1 防止土壤漬澇

過(guò)高的地下水位會(huì)導(dǎo)致土壤通氣性變差，影響農(nóng)作物根系的呼吸和生長(zhǎng)，甚至造成農(nóng)作物漬澇死亡。農(nóng)田排水系統(tǒng)中的暗管排水和豎井排水能夠有效地降低地下水位，保持土壤適宜的水分含量和通氣性。

2.2.2 增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力

地下水位過(guò)高會(huì)使土壤變得松軟，容易受到水流的侵蝕。通過(guò)降低地下水位，土壤結(jié)構(gòu)得到改善，增強(qiáng)了土壤的抗侵蝕能力。這對(duì)于防止水土流失，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2.3 保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境

2.3.1 維持生物多樣性

良好的農(nóng)田排水系統(tǒng)能夠?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的生物提供適宜的生存環(huán)境。通過(guò)調(diào)節(jié)水位和水流，為水生生物和濕生植物創(chuàng)造了棲息和繁衍的條件。一些排水明溝和濕地型排水區(qū)域，成為許多鳥類、魚類和兩棲動(dòng)物的棲息地，促進(jìn)了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

2.3.2 凈化水質(zhì)

農(nóng)田排水系統(tǒng)在排水過(guò)程中，部分污染物會(huì)被土壤、植物和微生物吸附、降解。通過(guò)濕地型排水系統(tǒng)，水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以被濕地植物吸收，降低了水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度，從而起到凈化水質(zhì)的作用，減少了對(duì)排水承泄區(qū)水體的污染。

3 農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中的效率評(píng)估

3.1 評(píng)估指標(biāo)

3.1.1 排水能力指標(biāo)

排水能力是衡量農(nóng)田排水系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)之一，通常用單位時(shí)間內(nèi)排出的水量來(lái)表示。排水能力的大小取決于排水系統(tǒng)的類型、規(guī)模、地形條件等因素。在相同的降雨條件下，排水泵站功率較大、排水管道管徑較粗的排水系統(tǒng)，其排水能力相對(duì)較強(qiáng)[3]。

3.1.2 排水效果指標(biāo)

排水效果主要通過(guò)田間積水深度和積水時(shí)間來(lái)衡量。排水系統(tǒng)應(yīng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將田間積水深度降低到農(nóng)作物可承受的范圍內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)農(nóng)作物，要求在降雨停止后的一定時(shí)間內(nèi)（如24～48 h），田間積水深度不超過(guò)一定數(shù)值（如5～10 cm），以保證農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。

3.1.3 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

排水系統(tǒng)的建設(shè)成本、運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)效益。建設(shè)成本涉及土地征用、材料采購(gòu)、工程施工等費(fèi)用；運(yùn)行成本包括能源消耗、設(shè)備維護(hù)、人員管理等費(fèi)用。經(jīng)濟(jì)效益則體現(xiàn)在農(nóng)作物產(chǎn)量增加、減少洪澇災(zāi)害損失等方面。一個(gè)高效的農(nóng)田排水系統(tǒng)應(yīng)在保證排水效果的前提下，盡可能降低建設(shè)和運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 不同類型農(nóng)田排水系統(tǒng)的效率比較

3.2.1 明溝排水系統(tǒng)

明溝排水系統(tǒng)的排水能力相對(duì)較強(qiáng)，尤其是在短期內(nèi)能夠迅速排除大量地表徑流。其建設(shè)成本較低，適用于大規(guī)模農(nóng)田的排水。然而，明溝排水系統(tǒng)占用土地較多，且易發(fā)生淤積和雜草生長(zhǎng)，需要定期進(jìn)行清淤和維護(hù)，增加了運(yùn)行成本。此外，明溝排水對(duì)地下水位的調(diào)節(jié)作用相對(duì)較弱。

3.2.2 暗管排水系統(tǒng)

暗管排水系統(tǒng)排水效果好，能夠有效降低地下水位，減少土壤漬澇。不占耕地，有利于農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)。但其建設(shè)成本較高，管道堵塞后維修難度較大。在一些土壤質(zhì)地較黏重的地區(qū)，暗管排水系統(tǒng)的排水效率可能會(huì)受到影響。

3.2.3 豎井排水系統(tǒng)

豎井排水系統(tǒng)在降低地下水位方面效果顯著，尤其適用于地下水埋藏較淺且含水層透水性較好的地區(qū)。它可以有效防止土壤鹽堿化，改善土壤質(zhì)量。然而，豎井排水系統(tǒng)的建設(shè)成本較高，運(yùn)行過(guò)程中需要消耗大量能源，且對(duì)地質(zhì)條件要求較為苛刻。

4 農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中的案例分析

4.1 案例背景

在某廣袤的平原地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的重要支柱。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，該地區(qū)的農(nóng)田排水系統(tǒng)卻面臨著諸多嚴(yán)峻問(wèn)題。此區(qū)域的農(nóng)田排水系統(tǒng)主要依賴明溝排水方式，但其建設(shè)年代較為久遠(yuǎn)，歷經(jīng)歲月的洗禮與自然因素的影響，排水明溝暴露出一系列亟待解決的弊病。由于缺乏系統(tǒng)且及時(shí)的維護(hù)，排水明溝內(nèi)淤積情況極為嚴(yán)重[4]。大量的泥沙、雜物以及水生植物的殘骸等在溝內(nèi)不斷堆積，極大地阻礙了水流的順暢通行。當(dāng)初設(shè)計(jì)的斷面尺寸已無(wú)法滿足當(dāng)前農(nóng)田排水的實(shí)際需求。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及氣候變化導(dǎo)致的降雨模式改變，現(xiàn)有的明溝斷面顯得過(guò)于狹小，難以迅速有效地排出大量雨水。每逢雨季來(lái)臨，這些問(wèn)題便集中爆發(fā)。大量降水無(wú)法及時(shí)排出，導(dǎo)致田間積水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，農(nóng)作物長(zhǎng)時(shí)間浸泡在積水中，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而致使產(chǎn)量大幅下降。不僅如此，因?yàn)榕潘粫?，大量雨水下滲，使得部分農(nóng)田的地下水位過(guò)高。過(guò)高的地下水位將土壤中的鹽分帶到地表，隨著水分蒸發(fā)，鹽分逐漸積累，加重了土壤的鹽堿化程度，進(jìn)一步惡化了農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。

4.2 改造方法

為了徹底改善該地區(qū)農(nóng)田排水狀況，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，相關(guān)部門制定了一系列科學(xué)且全面的改造方法。首先，針對(duì)原有明溝的問(wèn)題，開(kāi)展大規(guī)模的清淤工作。通過(guò)專業(yè)的清淤設(shè)備，將溝內(nèi)多年累積的泥沙、雜物等徹底清除，恢復(fù)明溝的過(guò)水?dāng)嗝?。?duì)明溝進(jìn)行拓寬加深處理，依據(jù)該地區(qū)的降雨數(shù)據(jù)以及農(nóng)田排水需求的科學(xué)計(jì)算，合理確定拓寬加深的尺寸，以顯著提高明溝的排水能力，確保雨水能夠快速順暢地排出。其次，考慮到部分地勢(shì)較低的區(qū)域，僅依靠明溝排水難以滿足實(shí)際需求，于是在這些區(qū)域增設(shè)暗管排水系統(tǒng)。暗管排水系統(tǒng)能夠更為高效地收集和排出土壤中的多余水分，有效降低地下水位。配套建設(shè)小型排水泵站，在降雨量大、排水壓力大的情況下，泵站能夠及時(shí)啟動(dòng)，將暗管收集的積水迅速提升排出，增強(qiáng)排水的及時(shí)性和有效性。最后，對(duì)整個(gè)排水系統(tǒng)的承泄區(qū)進(jìn)行合理規(guī)劃。對(duì)排水河道進(jìn)行全面整治，清除河道內(nèi)的障礙物，加固河岸，拓寬河道斷面，提高河道的行洪能力，確保農(nóng)田排出的水能夠順利流入河道，最終匯入下游水體，形成一個(gè)完整、高效的排水體系。

4.3 效果評(píng)估

經(jīng)過(guò)一系列科學(xué)改造后，該地區(qū)農(nóng)田排水系統(tǒng)的效能得到了顯著提升，取得了多方面令人矚目的積極效果。在排水能力方面，改造后的系統(tǒng)表現(xiàn)卓越。在與以往相同降雨條件下，田間積水時(shí)間明顯縮短。過(guò)去長(zhǎng)時(shí)間積水的狀況得到了根本性改善，積水深度能夠迅速降低到農(nóng)作物可承受的安全范圍內(nèi)，為農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)提供了良好的水分環(huán)境。地下水位也得到了有效控制。暗管排水系統(tǒng)與小型排水泵站的協(xié)同作用，使得過(guò)高的地下水位逐漸恢復(fù)到合理水平，土壤鹽堿化程度隨之有所減輕。這不僅改善了土壤質(zhì)量，也為農(nóng)作物生長(zhǎng)創(chuàng)造了更為適宜的土壤環(huán)境。農(nóng)作物產(chǎn)量因此得到了顯著提高。良好的排水條件和土壤環(huán)境促進(jìn)了農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)，農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入也隨之增加，切實(shí)提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活水平。值得一提的是，排水系統(tǒng)的改造還帶來(lái)了意想不到的生態(tài)效益。農(nóng)田周邊的生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善，水流的順暢和生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化吸引了更多的鳥類和昆蟲在此棲息，增強(qiáng)了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，為整個(gè)地區(qū)的生態(tài)平衡做出了積極貢獻(xiàn)。

5 提升農(nóng)田排水系統(tǒng)防洪減災(zāi)效率的策略

5.1 優(yōu)化排水系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

在規(guī)劃農(nóng)田排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?、土壤質(zhì)地、降雨特征和水文地質(zhì)條件。對(duì)于地勢(shì)低洼、降雨集中的地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加排水設(shè)施的規(guī)模和密度，提高排水能力。在平原地區(qū)，可采用網(wǎng)格狀的排水明溝與暗管相結(jié)合的方式，確保排水順暢；在山區(qū)，則需要根據(jù)山勢(shì)和水流方向，合理布置排水渠道，防止山洪對(duì)農(nóng)田的沖刷。根據(jù)不同的農(nóng)田用途和農(nóng)作物需求，選擇合適的排水系統(tǒng)類型。對(duì)于水田，應(yīng)以控制地下水位和排除田間積水為主，可采用暗管排水與明溝排水相結(jié)合的方式；對(duì)于旱地，可側(cè)重于地表徑流的快速排除，以明溝排水為主。要合理布局排水系統(tǒng)，確保排水通道的順暢和排水承泄區(qū)的合理選擇。

5.2 加強(qiáng)排水系統(tǒng)的維護(hù)與管理

對(duì)于明溝排水系統(tǒng)，要定期進(jìn)行清淤工作，清除溝渠內(nèi)的淤泥、雜草和雜物，保證排水通道的暢通。要對(duì)排水管道、泵站等設(shè)施進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)損壞的部件，確保排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。每年在雨季來(lái)臨前，對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查和維護(hù)，更換老化的管道密封件，調(diào)試泵站設(shè)備等。利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立農(nóng)田排水系統(tǒng)信息化管理平臺(tái)。通過(guò)安裝水位傳感器、流量傳感器等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，如水位變化、排水量等。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整排水泵站的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的智能化管理，提高排水效率。當(dāng)監(jiān)測(cè)到田間水位超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)排水泵站，確保田間積水及時(shí)排出[5]。

5.3 推廣生態(tài)型排水系統(tǒng)建設(shè)

在條件適宜的地區(qū)，推廣濕地型排水系統(tǒng)建設(shè)。濕地具有良好的水質(zhì)凈化、洪水調(diào)節(jié)和生態(tài)保護(hù)功能。通過(guò)在排水系統(tǒng)中設(shè)置人工濕地，讓農(nóng)田排水經(jīng)過(guò)濕地過(guò)濾和凈化后再排入承泄區(qū)。濕地中的植物可以吸收水中的污染物，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，同時(shí)濕地的蓄水作用還能調(diào)節(jié)洪水流量，提高防洪減災(zāi)能力。借鑒海綿城市的理念，建設(shè)海綿農(nóng)田。通過(guò)采用透水地面、雨水花園、蓄水池等設(shè)施，增加農(nóng)田對(duì)雨水的吸納和儲(chǔ)存能力。在降雨時(shí)，海綿農(nóng)田能夠減緩地表徑流的產(chǎn)生速度，減少水土流失，同時(shí)將多余的雨水儲(chǔ)存起來(lái)，用于干旱時(shí)期的灌溉。在農(nóng)田中建設(shè)雨水花園，種植耐水濕的植物，既美化了環(huán)境，又能起到調(diào)節(jié)雨水的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，農(nóng)田排水系統(tǒng)在防洪減災(zāi)中具有不可替代的作用，它不僅能夠調(diào)節(jié)地表徑流、降低地下水位，還能保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。通過(guò)科學(xué)合理地規(guī)劃與設(shè)計(jì)農(nóng)田排水系統(tǒng)，加強(qiáng)維護(hù)與管理，推廣生態(tài)型排水系統(tǒng)建設(shè)等措施，可以有效提升農(nóng)田排水系統(tǒng)的防洪減災(zāi)效率。在未來(lái)的農(nóng)田水利建設(shè)中，應(yīng)充分重視農(nóng)田排水系統(tǒng)的建設(shè)與完善，不斷提高其防洪減災(zāi)能力，為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

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