本发明涉及一种田间排水建筑物，尤其是一种稻田田间蓄雨自动控制排水口门，属于农田水利灌排领域。
背景技术：
：我国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，导致水体环境恶化。近年来，河海大学、武汉大学等开展水稻蓄雨控灌和水稻沟田协同控制灌排技术研究应用项目，提出稻作区蓄水控灌和沟田协同控制灌排技术，即在保持较低灌水下限的同时，提高雨后蓄水深度，以充分利用水稻的抗旱、耐淹特性，提高降雨利用效率，同时利用农田、农沟对排水拦截，利用农沟和农田的湿地效应，减少排水量及氮磷浓度，降低污染物负荷，成果已在我国水稻区大面积推广应用，各地应用结果表明：灌溉定额较常规淹灌减少20～55％，排水定额减少25～70％，降雨利用效率增加30～50％，灌溉水生产效率提高45～85％，单位面积农田的氮磷负荷降低70％，起到良好的节水减污、防污、优质、高效的作用效果。但是，水稻蓄雨控灌和水稻沟田协同灌溉技术作为目前我国南方十六省水稻种植区推广的先进节水减排技术，在推广应用过程中发现，现有的稻田田间排水口门一般采用dn100～dn300砼预制管、pvc管或直接开挖畦田梗排水到腰沟、毛沟，目前国内尚无自动控制水稻田间排水设施，在降雨时放水员或农户根据稻田排水经验决定打开或堵塞排水口，导致推广区不能严格按照蓄水控灌灌排制度，实现精确控制排水，不利于水稻节水减排高产的水分管理；且在长历时雷暴雨时，放水员或农户野外冒雷雨排水，排水工作量大和作业的危险性高。技术实现要素：为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种稻田田间蓄雨自动控制排水口门，能够实现水稻田间蓄雨排水指标的自动控制，可以填补田间自动控制排水建筑物的空白。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：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，其中，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，b为溢流薄壁堰宽度，溢流薄壁堰高度和溢流薄壁堰宽度由设计排涝标准、临时蓄水上限和稻田面积计算确定；所述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。相比现有技术，本发明的一种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，根据稻田面积和不同生育期的临时蓄水上限与蓄水上限计算确定闸门槽和溢流闸板的尺寸及相对位置关系以及溢流闸板上排水孔的数量、孔径和位置，从而实现了以下目的：(1)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；(2)在允许滞蓄时间内(雨后24小时)，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；(3)在允许滞蓄时间结束时(雨后24小时)，稻田蓄水位控制在蓄水上限位置。本发明不需暴雨期人工野外作业，可以按照设计排水指标实现稻田自动控制排水，可减少稻田灌排次数和灌排水量,提高雨水利用效率和水分生产效率，达到节水、减污、高效、省工的目标。本发明还结构简单，制作方便，成本低，无需动力，无需人工值守，适用于广大的水稻种植区田间应用，具有广阔的推广应用前景。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明一个实施例的结构示意图。图2是图1中孔塞的结构图。图中，1、闸门槽，2、溢流闸板，3、闸板拉手，4、排水孔，5、田埂，6、孔塞、7、连接绳。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。在图1和图2所示实施例中，包括闸门槽1和n个不同规格带排水孔4及孔塞6的溢流闸板2，闸门槽1安装在稻田与排水沟之间的田埂5上或田间排水管前部，闸门底槽(闸门底槽是指闸门槽1埋入田面下的部分，它的上部是闸门净高的底部，闸门插入闸门底槽内)上部所在的平面(即图中a处所在的平面)与稻田田面平齐，闸门槽1顶部所在的平面(即图中d处所在的平面)与田埂5平齐或略高于田埂5；溢流闸板2安设在闸门槽1内，其中，溢流闸板2上的排水孔4下边缘所在平面(即图中b1处所在的平面)与底槽上部(田面)所在平面(即图中a处所在的平面)的垂直距离等于水稻某个生育期的蓄水上限深度h2，溢流闸板2顶部所在平面(即图中c处所在的平面)距闸门底槽上部(田面)所在平面(即图中a处所在的平面)的垂直距离等于生育期的临时蓄水上限深度h1；闸门槽1顶部所在平面(即图中d处所在的平面)至溢流闸板2顶部所在平面(即图中c处所在的平面)的垂直距离为溢流薄壁堰高度，b为溢流薄壁堰宽度，溢流薄壁堰高度和溢流薄壁堰宽度由设计排涝标准、临时蓄水上限和稻田面积计算确定；所述溢流闸板2上排水孔4的数量、孔径和位置根据稻田面积和某个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。作为进一步的改进设计，所述孔塞6的一个端部设有与闸板拉手3相连的连接绳7。在所述溢流闸板2的顶部还能安装有闸板拉手3，以便在水稻不同生育期时，更换溢流闸板2。在本实施例中，所述的孔塞6可以选用橡胶、木材、pvc或混凝土等材料制作。所述溢流闸板2上排水孔4的形状可以为圆形、矩形、正方形或三角形等多边形。所述闸门槽1和溢流闸板2的形状一致，为矩形、梯形或三角形等。所述的溢流闸板2及闸门槽1选用pvc、钢材、木材或混凝土材料等制作而成。本发明主要为推进水稻蓄雨控灌和沟田协同控制灌排技术推广应用而发明，其主要控制指标为：表1水稻沟田协同控制灌排技术的田间水分控制指标在水稻沟田协同控制灌排技术推广应用中，为严格落实水稻各生育期的蓄水控排指标，需解决现状有排水口门但无法自动控制排水指标，或无田间控制排水口门随意开挖田埂5排水的问题，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。其他水稻、水田、旱田灌排制度或蓄水池、塘坝排水制度等，均可参照本发明的设计理念。技术原理：(1)设计排涝标准本发明的稻田田间蓄雨自动控制排水口门，按照高标准农田排涝设计标准：日雨200mm雨后1天排出。(2)溢流闸板2上排水孔4孔径的设计本例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f(m2)；溢流闸板2上排水孔4需要在雨后24小时，排出水稻某生育期临时蓄水上限h1与蓄水上限h2之间的水深h0，h0＝h1-h2(m)；共需排出临时滞蓄水量为w＝f*h0＝f*(h1-h2)(m3)；溢流闸板2的排水孔4可以为一个或n个，最下方排水孔4下缘的高度等于水稻蓄水上限，本实施例取一个排水孔4设计；排水孔4与田面高差为h2，高于下游排水沟水位，为自由出流，其流量公式为qt为孔口流量(m3/s)；a为孔口面积a＝πd2/4(m2)，d为孔口直径(m)；ht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；对于薄壁圆形小孔口，ε＝0.63～0.64，μ＝0.60～0.62；t为排水历时，t＝1～24(h)，其它符号同前；qt为某时段闸板排水孔4的平均流量，(m3/s)；ht为某时段田间水位与闸板排水孔4中心点的高差，(m)；由以上公式，可以假定闸板排水孔4孔径为d，通过excel表分时段计算出某个时段的ht和qt，通过累计24小时流量总和等于设计排水量w，试算出闸板排水孔4孔径d值，确定排水孔4的孔径d；也可以通过田块排水试验观测法确定。现以稻田面积：20*50m2＝500m2，返青期临时蓄水上限100mm，雨后蓄水上限70mm，须经排水孔4排出的水量为w＝500m2*(100mm-70mm)/1000＝15m3，排水时间为雨后24小时。通过下表试算，确定孔径为29mm。表2溢流闸板上排水孔孔径d与设计排水量试算表通过以上方法可以试算出不同稻田面积、不同生育期排水指标下的排水孔4孔径，如下表：表3水稻田块面积与闸板排水孔径关系表注：如稻田面积1000m2，返青期5*25，其中5代表5个排水孔4，25代表孔径为25mm。由上表可以看出，当稻田面积小于500m2，1个排水孔4即可；当稻田面积大于500m2，一个排水孔4的孔径可能大于临时蓄水上限与雨后蓄水上限之间的距离，需要布置多个排水孔4，如稻田面积为2000m2，返青期溢流闸板2可以按4个500m2田块开4个￠29mm孔，或按5个400m2田块开5个￠25mm孔，或按8个200m2田块开8个￠18mm孔。表4溢流闸板的净高l和排水孔位置溢流闸板标号1#闸板2#闸板3#闸板4#闸板溢流闸板的净高h(mm)100150150200排水孔下缘距田面高度h2(mm)7080100150(3)闸门宽度b的设计本发明设计成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2上方与闸门槽1构成的矩形薄壁堰自由出流排入毛沟或腰沟。1)设计暴雨大于临时蓄雨上限的径流深及排水量径流深：r稻＝p-s-e稻式中：p——设计雨量，p＝200mm；s——稻田临时滞蓄水深，取s＝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150mm，假设雨前水层深度为10mm，s＝140mm；e——稻田耗水强度(mm/d)；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。设计溢流排水量：w＝r稻*f/1000式中：w——溢流排水总量，(m3)；f——稻田面积，(m2)。2)溢流闸板2的溢流排水时间稻田为减少排水，提高降雨有效利用率，雨前溢流闸板2的排水孔4为孔塞6封闭状态，若发生设计暴雨，雨后再打开闸板排水孔4排水，设计暴雨时，按照平均降雨强度和稻田耗水强度计算溢流闸板2的溢流开始时间。溢流闸板2的溢流开始时间t1＝24s/(p-e稻),(h)；溢流排水总时间t2＝24—t1，(h)。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2上方与闸门槽1构成的矩形薄壁堰自由出流排入毛沟、腰沟，适用于有侧收缩矩形薄壁堰自由流流量公式，公式为：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,可由保谷一手岛公式确定:b0为田面宽度，(m)；p为田面与闸板顶的高差，(m)。4)现以稻田面积20*50m2为例：设计暴雨为日雨200mm，假设雨前稻田水层深度为10mm，e为稻田耗水强度4mm/d；按排水量最大的返青期临时蓄雨上限100mm；径流深：r稻＝p-s-e稻＝200-100-4＝96mm设计溢流排水总量：w＝r稻*f/1000＝96m3；①溢流闸板2的溢流排水时间溢流闸板2的溢流开始时间t1＝24s/(p-e稻)＝24*100/(200-4)＝12.24(h)；溢流排水总时间t2＝24—t1＝11.76(h)。②溢流排水流量按照降雨产生的径流集中在1小时内排出的较不利条件下计算排水流量q：q＝p1*a/3600＝96*1000/1000/3600＝0.02667m3/s；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2上方与闸门槽1构成的矩形薄壁堰自由出流排入腰沟、毛沟，排水时段内，适用于有侧收缩矩形薄壁堰自由流流量公式，平均流量公式为：式中：h为堰顶水头，由于田埂5净高一般为0.30m，返青期闸板净高0.10(m)，为避免稻田水位溢出田埂5，闸板上最大允许水头为0.20m；b为堰顶宽，即闸门净宽，(m)；m0为流量系数，可参照保谷一手岛公式计算，取近似值:m0＝0.41；返青期闸门净宽其它生育期设计排水量均小于返青期，因此田间排水口闸门净宽以返青期确定，500m2以下田块，溢流排水闸门净宽取0.15m，即能满足排水需要；其他稻田面积的溢流排水闸门净宽，见表5。表5不同水稻田面积与闸门净宽b的关系表以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。当前第1页12