稻田田间蓄雨自动控制排水口门技术研究与应用

水稻生长期暴雨较多,稻田排水量大,高施肥量下的稻田易使大量氮磷随排水流失,导致河湖水环境恶化.水稻蓄雨控灌和水稻沟田协同控制灌排技术[1-3],提出了在保持较低灌水下限的同时,利用水稻的抗旱、耐淹特性,提高雨后蓄水深度和降雨利用效率,利用农田、农沟对排水拦截和湿地效应,减少了排水量氮磷浓度,降低了污染物负荷.但在推广应用中发现,现有的稻田田间排水口门一般采用DN100～DN300混凝土预制管或者PVC管,有的甚至直接开挖田埂排水进入腰沟、毛沟.降雨时,放水员根据稻田排水经验决定打开或堵塞排水口,导致推广区蓄水控灌灌排制度难以实现,且在雷暴雨时,野外排水作业危险性较高.

为此,本文拟进行稻田田间蓄雨自动控制排水口门的应用研究.通过本设施对水稻田间蓄雨排水指标的自动控制,有效地解决水稻节水减排高产的水分管理问题,真正实现稻田排水的精确控制.

1 技术原理

如图1所示:稻田田间蓄雨自动控制排水口门包括闸门槽和N个不同规格带排水孔及孔塞的溢流闸板,闸门槽安装在稻田与排水沟之间的田埂上或田间排水管前部,闸门底槽上部所在的平面与稻田田面平齐,闸门顶部所在的平面与田埂平齐或略高于田埂;溢流闸板安设在闸门槽内,溢流闸板上排水孔的下边缘所在平面与闸门底槽上部所在平面的垂直距离等于水稻生育期的蓄水上限深度,溢流闸板顶部所在平面距闸门底槽上部所在平面的垂直距离等于生育期的临时蓄水上限深度;闸门槽顶部所在平面至溢流闸板顶部所在平面的垂直距离为溢流薄壁堰高度.

  

图1 稻田田间蓄雨自动控制排水口门工作原理Fig.1 Wor king principle diagram of automatic control dr ainage gate for rainf all stor age in paddy field

 

1—闸门槽;2—闸门板;3—闸板拉手;4—排水孔;5—田埂;6—排水孔塞;7—孔塞与拉手连接绳

2 设计计算

水稻蓄雨控灌和沟田协同控制灌排,要求按设计水分控制指标控制水稻田间水层[1],为解决现状有排水口门但无法实现按照控制指标自动控制排水,或无田间控制排水口门随意挖填田埂排水的问题,而设计稻田田间蓄雨自动控制排水口门,以严格按照降雨蓄水设计指标,实现田间排水的精确自动控制.

一般而言，计算机系统都具备以下几点性质：可用性、机密性、完整性、可控性以及访问控制。可用性一般指的是服务器权限或是请求能够使得相关访问数据生成。机密性指的则是服务器实体授权未经批准就不会将系统内的重要资源展示给其他人。完整性则是指计算机内的数据或是相关文件能够保留最为初始的状态，其功能或是特性也能够保留初始状态。可控性指的是实体授权范围内的资源能够服从控制。访问控制就比较复杂，它指的是在计算机联网后，计算机能够自由使用互联网，但是一旦有网络下的访问请求，则需要经过计算机使用人的同意，这种防火墙屏蔽功能才能够在一定程度上加强计算机安全等级的架设工作。

稻田耗水强度E稻可根据试验资料或土壤的渗透系数确定(mm/d),由上述参数计算稻田产水量R稻.

2.1 溢流闸板上的排水孔

排水孔可以为一个或N个,形状为圆形、矩形、正方形、三角形或多边形.当稻田面积小于500 m2,溢流闸板上的排水孔数量可以取1个,当稻田面积大于500 m2,宜布置多个排水孔.

2018年在江苏省睢宁县庆安灌区杨圩村试验示范并开展降雨排水观测,效果良好.试验示范区面积24 667.79 m2,共布设12个处理、36个试验示范小区;布设3种规格的田间蓄雨自动控制排水口门36个,控制稻田排水面积690 m2、1 380 m2、2 070 m2均为12个.

 

设计溢流排水量:

 

水稻不同生育期采用的溢流闸板的净高H 1取值和排水孔下缘所在平面距田面高度H 2参照表1.

 

式中:T为排水历时,T=1～24 h,其他符号同前;H t为某时段田间水位与闸板排水孔中心点的高差,m;

由以上公式,可以假定闸板排水孔孔径为D,通过Excel表分时段计算出某个时段的H t和Q t,通过累计24 h流量总和等于设计排水量W,试算出闸板排水孔孔径D值,确定排水孔的孔径D;也可以通过田块排水试验观测法确定.

2.2 闸门净宽

当暴雨产生径流深度大于临时蓄雨上限的水位时,水将在降雨时段内,通过溢流闸板上方与闸门槽构成的矩形薄壁堰自由出流排入毛沟或腰沟.

进行护理后，患者的住院时间、排气时间较短，血清胃泌素水平以及护理满意度情况均较为良好，患者的术后并发症发生率较低，所有患者经过治疗后均痊愈，无一例死亡情况出现，治疗效果显著。见表1。

 

式中:I为设计雨量,I=200 mm(采用江苏省高标准农田排涝标准日雨200 mm雨后一天排出);S为稻田临时滞蓄水深,取S=某生育期临时蓄雨上限—雨前水层深度mm;以分蘖中期为例,临时蓄雨上限150 mm,假设雨前水层深度为10 mm,S=140 mm;E稻为稻田耗水强度(mm/d);

“三合一”场所，是指住宿与生产、储存、经营等一种或几种用途混合设置在同一连通空间内的场所。此类场所大多建筑缺乏防火设计，建筑防火能力较低、消防设施设备配置等级较低、内部燃烧物较多、致火因素多，具有较大的火灾危险性，一旦发生火灾容易造成人员伤亡[1]。如2017年11月18日，北京大兴区发生一起“三合一”场所火灾，造成19人死亡、8人受伤。

溢流闸板净高和净宽由设计排涝标准、临时蓄水上限和稻田面积计算确定;溢流闸板上排水孔的数量、孔径和位置根据稻田面积和生育期的临时蓄水上限与蓄水上限及允许滞蓄时间计算确定;溢流闸板排水孔的下边缘所在平面与闸门底槽上部所在平面的垂直距离等于水稻生育期的蓄水上限深度,溢流闸板顶部所在平面距闸门底槽上部所在平面的垂直距离等于生育期的临时蓄水上限深度;闸门槽顶部所在平面至溢流闸板顶部所在平面的垂直距离为溢流薄壁堰高度.

溢流闸板的排水孔可以为一个或N个,排水孔下缘的高度等于水稻蓄水上限,取一个排水孔,排水孔下缘与田面高差为H 2,高于下游排水沟水位,为自由出流,其流量公式为

6) 磁通切换型电动机与其他电动机的比较研究。通过对功率密度、负载特性、电磁特性、控制策略、可靠性、温升、振动、电动机及控制器成本等诸多因素的比较，揭示各自的使用特点。

 

式中:w为溢流排水总量,m3;A为稻田面积,m2.

2)溢流闸板溢流排水时间T 1(h).稻田为减少排水,提高降雨有效利用率,雨前溢流闸板排水孔为孔塞封闭状态,计算溢流排水历时,按照平均降雨强度和稻田耗水强度计算溢流闸板的溢流开始时间.

 

则溢流排水总时间T 2(h)为:

 

3)溢流排水流量.当设计暴雨产生径流深度大于临时蓄雨上限的水位时,排水通过溢流闸板上方与闸门槽构成的矩形薄壁堰自由出流排入毛沟、腰沟,根据《灌溉渠道系统量水规范》(GB/T21303—2007),流量计算适用于有侧收缩矩形薄壁堰自由流流量公式,公式如下:

 

式中:H为堰顶水头,m;b为堰顶宽,即闸门净宽,m;m0为流量系数,用巴赞公式确定:

 

式中:B为田面宽度,m;P为田面与闸板顶的高差,m.适用范围:P≥0.5 H,b＞0.15 m,P＞0.10 m.

2.3 溢流闸板净高

式中:Q t为孔口流量,m3/s;A为孔口面积,A=πD 2/4 m2,D为孔口直径,m;H t为某时点孔口的水头,m,g为重力加速度;μ为孔口流量系数;采用薄壁圆形小孔口自由出流公式[4-6],

检验检测方式较为单一。现阶段，我国的食品安全检测渠道极为单一，在这种情况下，极大降低了食品安全审查的工作效率，并且一定程度上约束了查验过程，最终导致食品安全问题的发生。另外，我国食品安全检查方式也较为单一，这主要和我国的国情相关。由于我国每个地域经济发展不协调，每个地方的食品安全检测设备也参差不齐，落后地区的基础设施薄弱，有些地区甚至都没有食品安全检测设备，这对我国食品安全保障工作非常不利。

 

表1 水稻不同生育采用闸板净高和排水孔位置Tab.1 Net height of gate and location of drainage hole for different growth and develop ment of rice

  

排水孔下缘距田面高度H 2/mm 70 80 100 150

3 工程应用

设计计算时,采用平均降雨强度法计算稻田蓄水水位、蓄水量及排水量.稻田一般为格田或畦田,面积A(m2);溢流闸板排水孔需要在雨后24 h,排出水稻某生育期临时蓄水上限H 1与蓄水上限H 2之间的水深H 0,H 0=H 1-H 2(m);共需排出临时滞蓄水量为

1)设计暴雨大于临时蓄雨上限的径流深及排水量.径流深公式如下:

8月中旬,水稻处于拔节孕穗前期,根据水稻沟田协同控制灌排技术的田间水分控制指标,设计蓄水上限150 mm,临时蓄水上限200 mm,采用4#闸板.8月13～14日暴雨,8月14日,各试验小区水深均超过临时蓄水上限,溢流排水闸门开始溢流排水;雨后,打开排水孔塞开始排水观测,各试验小区均在23.1～24.7 h排水至设计蓄水上限.现以试验1～3#处理9个排水小区观测资料为例,见表2,均达到设计蓄雨排水效果.

浙江石化与霍尼韦尔签订《智能互联工厂建设合作谅解备忘录》，就浙江石化舟山4000万吨/年炼油与石化一体化项目达成新的合作意向，致力于打造更为现代和智能化的新一代互联工厂。

 

表2 试验小区降雨排水观测记录Tab.2 Observation recor ds of r ainfall and drainage in experi mental area

  

田块雨前水深/mm 13日降雨量/mm 14日降雨量/mm雨后水深/mm排水孔排水时间及平均值/h I 11(690 m2)31 141.8 32.8 200 23.1 I 12(690 m2) 35 141.8 32.8 200 23.6 I 13(690 m2) 33 141.8 32.8 200 23.5 23.40 I 21(1 380 m2)34 141.8 32.8 200 23.8 I 22(1 380 m2)37 141.8 32.8 200 24.3 I 23(1 380 m2)35 141.8 32.8 200 24.1 24.07 I 31(2 070 m2)36 141.8 32.8 200 24.1 I 32(2 070 m2)38 141.8 32.8 200 24.7 I 33(2 070 m2)35 141.8 32.8 200 24.5 24.43

4 结语

稻田田间蓄雨自动控制排水口门应用研究表明:当发生大于或等于设计排涝标准的暴雨时,高于临时蓄雨上限的水量,在降雨时段内,通过溢流闸板上部迅速排出;在允许滞蓄时间内(雨后24 h),临时蓄雨上限和蓄水上限之间的水量,通过溢流闸板上的排水孔排出;在允许滞蓄时间结束时(雨后24 h),稻田蓄水位控制在蓄水上限位置.

最后，我们还是要强调一点，那就是公民及部分领导干部法治意识淡薄。目前我国的法制教育稍显落后，家庭、学校与社会之间缺乏互动和配合，缺乏规范化的协作机制。

稻田田间蓄雨自动控制排水口门结构简单,制作方便,成本低,无需动力,无需人工值守,适用于水稻种植区田间应用.

参考文献:

[1]朱成立,郭相平,刘敏昊,等.水稻沟田协同控制灌排模式的节水减污效应[J].农业工程学报,2016,32(3):86-91.

[2]郭相平,袁静,郭枫,等.水稻蓄雨-控灌技术初探 [J].农业工程学报,2009,25(4):70-73.

[3]刘敏昊,任瑞英,朱振荣,等.水稻蓄雨控灌技术的环境效应[J].中国农村水利水电,2016(5):55-57.

[4]华东水利学院.水力学(下册)[M].2版,北京:科学出版社,1983.

[5]武汉水利电力学院.水力学[M].北京:水利电力出版社,1960.

[6]湖南大学,武汉理工大学.水力学[M].长沙:湖南大学出版社,2004.