Page 8 - 水利学报2021年第52卷第11期

本；反之，作用水头减小，则渗流阻抗系数也减小，因此，作用水头和渗流阻抗是互为制约的两个
因素。利用浅埋暗管施工成本低、渗流阻抗小的特点，在不增加铺设成本的基础上，加大其作用水
头，从而提高排水能力是本研究的关键突破口。利用虹吸作用，在暗管出口处安装虹吸管，使其下
端出流口降低到一定深度，就能够显著提高作用水头，增大暗管排水流量，其工作原理如图 1 所示。

ΔH

h d
H d
h′
h
Δh

图 1 有和无虹吸管的浅埋暗管工作原理
3.2 模拟试验概述 采用室内砂槽模拟排水试验，参照野外田间工程，按 1∶20 的比例制作模型，砂

槽净尺寸为 50 cm×20 cm×30 cm（长×宽×高），沿槽长方向在底部铺设直径为 1 cm 的开孔紫铜管用以充
水排气，底部填 4 cm 厚的强透水材料利于快速进水，暗管采用外径为 6.35 mm、壁厚 0.7 mm 的开孔
紫铜管外包纱布制成，设浅、中、深三种埋深分别为 2.5、4.0 和 5.5 cm，相当于田间埋深 50、80 和
110 cm，砂槽的正视示意图如图 2 所示。试验目的是为了探讨浅埋暗管利用虹吸作用的增流效果，由
于土体渗透性能仅影响排水流量的绝对值，因此，对按有和无虹吸排水流量对比计算得出的增流效
果相对值没有影响。为方便填土和排气，缩短试验时间，上部砂槽整体填 22.5 cm 厚 80 ~ 120 目透水
性较好的石英砂作为土体介质。土体装填、排气饱和、测流等操作程序参见文献 ［14］ 。

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3
7

1

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2
1.土体介质；2.强透水材料；3、4.进水口；5.纱布；6.地表积水；7.排水暗管
图 2 砂槽排水试验示意
3.3 试验结果和理论公式计算对比 按照式（1），相关的计算参数为：浅暗管埋深 h =2.5 cm，积水
d
层深度ΔH=2 cm，则 H-H = h +ΔH=4.5 cm，浅暗管出口降到中埋和深埋时，H-H 分别为 6 和 7.5 cm；
d
d
d
d=0.495 cm； 石 英 砂 介 质 按 相 同 容 重 装 填 在 圆 土 柱 中 ， 并 按 达 西 定 律 测 得 的 土 体 渗 透 系 数 K=
0.002 279 cm/s，L=50 cm，T=30 cm。采用含水层较厚时的式（2）计算Φ，采用式（1）计算 Q，并转换为
20 cm 管长的总排水流量，计算结果如表 2 所示。
从表 2 可知，不同排水措施的排水流量理论计算和试验观测值彼此相当接近，相对误差大多数在
5%以内，拟合结果较好，表明排水试验条件合理可行，理论公式能够反映实际情况，可以用于指导
实践。以理论计算值为依据，浅暗管降低到中埋和深埋时，流量分别增加 33.3%和 66.7%，并且浅暗
管（中）与相同深度排水出口的中暗管相比，排水流量增加 16%，浅暗管（深）与相同深度排水出口的
深暗管相比排水流量增加 27%，试验条件下的浅、中、深暗管渗流阻抗系数分别为 0.479、0.555 和

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