排水沟断面设计
当排水沟的设计流量和设计水位确定后，便可确定沟道的断面尺寸，包括水深与底宽等。设计时，一般根据排涝设计流量计算沟道的断面尺寸，如有通航、养殖、蓄涝和灌溉等要求，则应采用各种要求都能满足的断面。
1.根据排涝设计流量确定沟道的过水断面
排水沟一般是按恒定均匀流公式设计断面，但在承泄区水位顶托发生壅水现象的情况下，往往需要按恒定非均匀流公式推算沟道水面线，从而确定沟道的断面以及两岸堤顶高程等。推算水面线的方法已在水力学中详述，这里从略；但对于排水沟道的断面因素如底坡i、糙率n及边坡系数m等应结合排水沟特点进行分析拟定。
表8-8 允许不冲流速表
而在排灌两用沟道内有反向输水出现的情况下，则沟道比降宜较平缓，其方向则以排水方向为准。对于有些结合灌溉、蓄涝和通航的沟道，其比降也有采用平底的情况。为了便于施工，同一沟道最好采用均一的底坡，在地面比降变化较大时，也要求尽可能使同一沟道的比降变化较少。
（2）沟道的边坡系数m。这主要与沟道土质和沟深有关，土质越松，沟道越深，采用的边坡系数应越大。由于地下水汇入的渗透压力、坡面径流冲刷和沟内滞涝蓄水时波浪冲蚀等原因，沟坡容易坍塌，所以排水沟边坡一般比灌溉边坡为缓。设计时可参考表8-9。
表8-9 土质排水沟边坡系数表
（3）排水沟的糙率n。对于新挖沟道，其糙率与灌溉渠道相同，约为0.02～0.025，而对于容易长草的沟道，一般采用较大的数值，取0.025～0.03。
2.根据通航、养殖要求校核排水沟的水深与底宽
按除涝设计流量确定的排水沟水深h（相应的排渍水深为h0）及底宽b（图8-10），往往还不一定是最后采用的数值。考虑到干、支沟在有些地区需要同时满足通航、养殖要求，因此还必须根据这些要求对沟道排渍水深h0及底宽b进行校核。
图8-10 排水沟横断面图
沟道通航水深决定于通航船只的吨位。干沟一般要求通航50～100t的船只，支（斗）沟通航50t以下的船只，相应要求的通航水深见表8-10。养殖水深一般要求1.0～1.5m，干、支沟都一样。
通过校核，如果按排涝设计流量算出的沟道水深与底宽不能满足在排渍水位下通航、养殖和控制地下水位的要求，则沟道应按要求拓宽加深。在排涝流量和排渍流量相差悬殊且要求的沟深也显著不同的情况下，可以采用复式断面。
表8-10 通航、养殖对排水沟的要求
3.根据滞涝要求校核排水沟的底宽
平原水网圩区的一个特点，就是汛期（5—10月）外江（河）水位高涨、关闸期间圩内降雨径流无法自流外排，只能依靠抽水机及时提水抢排一部分，大部分涝水需要暂时蓄在田间以及圩垸内部的湖泊洼地和排水沟内，以便由水泵逐渐提排出去。除田间和湖泊蓄水外需要由排水沟容蓄的水量（因蒸发和渗漏量很小，故不计）为
式中 P——设计暴雨量（一日暴雨或三日暴雨，以mm计），按除涝标准选定；
h田蓄——田间蓄水量，水田地区按水稻耐淹深度确定，一般取30～50mm，旱田则视土壤蓄水能力而定；
h沟蓄——沟道蓄水量；(https://www.daowen.com)
h抽排——水泵抢排水量；
h湖蓄——湖泊洼地蓄水量，根据各地圩垸内部现有的或规划的湖泊蓄水面积及蓄水深度确定。
h沟蓄、h抽排、h湖蓄均为折算到全部排水面积上的平均水层，mm。
由式（8-8）可见，只要研究确定了P、h田蓄、h湖蓄、h抽排等值，便可求得需要排水沟容蓄的涝水量，这部分水量就蓄在各级沟道（干、支、斗）的滞涝容积V滞内，即图8-11中最高滞涝水位与排渍水位（或称汛期预降水位）之间的阴影部分。沟道滞涝水深h一般为0.8～1.0m，排水沟的滞涝总容积（V滞）可用下式计算，即
式中 b——各级滞涝河网或沟道的平均滞涝水面宽度，m，如图8-11所示。
l——各级滞涝沟道的长度，m；
∑bhl——各级滞涝沟道的bhl之和，m3。
校核计算时，可以采用试算法，即先按排涝或航运等要求确定的沟道断面计算其滞涝容积V滞，如果这一容积小于需要沟道容蓄的涝水量，除可增加抽排水量外则须适当增加有关各级沟道的底宽（或改为复式断面）或沟深（甚至增加沟道密度），直至沟道蓄水容积能够容蓄涝水量为止。
4.根据灌溉引水要求校核排水沟道底宽
当利用排水沟引水灌溉时，水位往往形成倒坡或平坡，这就需要按非均匀流公式推算排水沟引水灌溉时的水面曲线，借以校核排水沟在输水距离和流速等方面能否符合灌溉引水的要求，如不符合，则应调整排水沟的水力要素。
在一般工程设计中，对斗、农沟常常采用规定的标准断面（根据典型沟道计算而得），不必逐一计算，而只是对较大的主要排水沟道，才需要进行具体设计。设计时，通常选择以下断面进行水力计算：①沟道汇流处的上、下断面（即汇流以前和汇流以后的断面）；②沟道汇入外河处的断面；③河底比降改变处的断面等。对于较短的沟道，若其底坡和土质都基本一致，则在沟道的出口处选择一个断面进行设计即可。
排水沟在多数情况下是全部挖方断面，只有通过洼地或受承泄区水位顶托发生壅水时，为防止漫溢才在两岸筑堤，形成又挖又填的沟道。从排水沟挖出的土方，可用以修堤、筑路、填高农田田面和居民点房基，或结合灭螺填平附近废沟旧塘，不要任意乱堆在沟道两岸，以免被雨水冲入沟中，影响排水。通常堤与弃土堆距离沟的上口，不应小于1.0m，堤（路）高应超出地面或最高水位以上0.5～0.8m，堤顶宽取0.5～1.0m，如兼作各种道路，则结合需要另行确定。对于较大的排水干沟，有时为了满足排除涝水和地下水的综合要求，特别在排涝设计流量和排渍流量相差悬殊的情况下，排水沟可以设计成复式断面，这样可节省土方和减少水下的施工。
防止排水沟的塌坡现象是设计沟道横断面的重要问题，特别是在砂质土地带，更需重视。沟道塌坡不但使排水不畅，而且增加清淤负担。针对边坡破坏的主要原因，在结构设计中，除应用稳定的边坡系数外，还可以采取下列措施以稳定排水沟的边坡。
1）防止地面径流的冲蚀，如利用截流沟、截流堤或沟边道路防止地面径流漫坡注入沟道；或采取护坡措施，如种植草皮和干砌块石等。
2）减轻地下径流的破坏作用，排水沟与灌溉渠道如采取相邻布置的方式，则沟、渠之间可安排道路或使沟道采用不对称断面，即靠近灌渠一侧采用较缓的边坡。
3）对于沟道较深和土质松散的排水沟，采用复式断面，可以减少沟坡的破坏。复式断面的边坡系数m，随各种土质而定，可选用一种或几种数值。排水沟开挖深度大于5.0m时，应在沟底以上每隔3～4m设置宽度不小于0.8～1.0m的戗台。
图8-11 河（沟）道的滞水位和预降水位（单位：m）
在设计排水沟的纵断面时，一般要求各级沟道之间在排地下水时不发生壅水现象，即上、下级沟道在排除日常流量（排渍流量）时，水位衔接应有一定的水面落差（Δz），一般取0.1～0.2m，如图8-12所示。在通过排涝设计流量时，沟道之间产生短期的壅水现象，是可以允许的，但一般沟道的最高水位，尽可能低于沟道两侧的地面高程0.2～0.3m（受外河水位顶托和筑堤泄水的沟道除外）。此外，还须注意下级沟道的沟底不高于上级沟道的沟底。
图8-12 上下级排水沟之间沟底水位衔接示意图（单位：m）
图8-13 排水干沟纵断面图
下面结合图8-13说明排水沟纵断面图的绘制方法与步骤。通常首先根据沟道的平面布置图，按干沟沿线各桩号的地面高程依次绘出地面高程线；其次，根据干沟对控制地下水位的要求以及选定的干沟比降等，逐段绘出日常水位线；然后在日常水位线以下，根据宣泄日常流量或通航，养殖等要求所确定的干沟各段水深，定出沟底高程线；最后再由沟底向上，根据排涝设计流量或蓄涝要求的水深，绘制干沟的最高水位线。排水沟纵断面的设计和其横断面设计是相互联系的，需要配合进行。排水沟纵断面图的形式和灌溉渠道相似，但有时可绘成由右向左的倾斜形式，以便于从干沟出口处起算桩距，如图8-13所示。在图上应注明桩号、地面高程、最高水位、日常水位、沟底高程、沟底比降以及挖深等各项数据，以便计算沟道的挖方量。