Page 7 - 水利学报2021年第52卷第11期

当含水层较薄时，即 L≥2T，渗流阻抗系数 Φ 可表示为：
位氏：
æ π(h - r ö ) 1 2
ç sin d 0 ÷ ÷
ç
Φ = 1 arthç 2T ÷ （4）
π ç ç π(h + r ÷ ) ÷
ç sin d 0 ÷
è 2T ø
努氏：
π(h - r )
d
sin 0
Φ = 1 arth 2T （5）
π πh d
sin
2T
式中，r =d/2，r 为吸水管半径，m。
0 0
从式（1）可以看出，暗管排水能力大小，与排水地段含水层的平均渗透系数 K 和作用水头呈正相
关关系，与排水地段的渗流阻抗系数呈负相关关系，增大 K 和 H-H ，或减小Φ，都可提高暗管排水
d
能力。对于不同类型的涝渍地区，田间土壤渗透性能是客观存在的，无法改变，通过耕作对表土进
行深松改变土壤 K 也有一定限度。通过加大暗管埋深 h 提高作用水头，可以使暗管的排水流量增
d
大，但会提高施工成本并增加施工难度。
渗流阻抗系数Φ受多因素综合影响，采用实例分析计算排水地段各项几何参数对Φ的影响，暗管
（含外包料）直径分别取目前市场上广泛应用的 d=2r =0.08 m 和 0.1 m，暗管中心埋深取 h =0.5 m 和 1.0 m，
0 d
当含水层较厚（L≤2T）时，用式（2）或（3）计算不同暗管间距条件下的Φ；当含水层较薄（L≥2T）时，
用式（4）或（5）计算不同含水层厚度条件下的Φ值。由于位氏和努氏公式两种方法计算的Φ值很接近，
相差不到 1%，表 1 仅给出位氏计算结果。

表 1 排水地段几何参数对阻抗系数Φ的影响

L/m（L≤2T） T/m（L≥2T）
h d/m d/m
5 10 20 30 5 10 20
0.08 0.522 0.515 0.513 0.512 0.513 0.512 0.512
0.5
0.10 0.487 0.479 0.477 0.477 0.478 0.477 0.476
0.08 0.662 0.633 0.625 0.624 0.628 0.624 0.623
1.0
0.10 0.627 0.597 0.590 0.588 0.592 0.588 0.587
从表 1 可以看出，随暗管直径 d 增加，Φ值减小，随暗管埋深 h 增加，Φ值增大；当间距和含水
d
层都增大到一定程度时，L 和 T 对Φ的影响都很小。例如，当暗管间距从 5 m 增加到 10 m 时，两种埋
深和管径条件下Φ值减小 1.47%～4.7%，从 5 m 增加到 20 m 时，Φ值减小 1.85%～5.94%；当含水层厚
度从 5 m 增加到 10 m 时，两种埋深和管径条件下Φ值减小 0.2%～0.7%，从 5 m 增加到 20 m 时，Φ值减
小 0.2%～0.9%，含水层厚度对Φ值的影响很微弱；暗管埋深越小，间距的变化对Φ的影响越小，总
体来说，暗管间距变化对Φ值的影响也较小，可以忽略。当暗管管径从 0.08 m 增加到 0.1 m，即增加
25%时，两种埋深条件下Φ值减小 5.4%～7.0%，暗管埋深越小，管径增加对Φ值减小的影响越大，但
暗管管径对Φ值的影响也不大。当埋深从 1.0 m 减小到 0.5 m 时，Φ值减小 17.9%～22.4%。总体来
说，对Φ值影响大小的顺序为：暗管埋深>暗管管径>暗管间距>含水层厚度。

3 暗管排水能力提升方法及试验验证

3.1 暗管排水能力提升方法 暗管埋深对排水能力的影响反应在对作用水头和Φ值的影响，是所有

影响排水能力因素中作用最显著的一个因素。增大暗管埋深，则加大了作用水头，使排水能力增
大，同时也增大了渗流阻抗系数，使排水能力减小，最为关键的是增大了铺管的开挖工作量和成
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