农田排水沟除草护坡及生态净化研究综述

对农田排水沟除草护坡及生态净化等方面的研究进行了综述,并对目前主要使用的除草技术,生态护坡技术,以及发展前沿的生态净化技术等方面的国内外相关成果进行总结归纳。然而这些方法都存在技术单一、影响环境等缺点,在对各影响因素的协同作用进行综合系统分析的基础上,提出新的解决思路。对沟道运行面临的问题与需解决的科学问题进行了探讨,旨在为现代农业灌溉排水区域建设提供参考。

不同排水再利用措施对土壤水盐运移的影响

为了探明盐碱地不同农田排水再利用措施对区域水盐运移转化的影响,以河套灌区永联试验区为研究区,对研究区2017-2018年夏灌秋浇期明沟排水、集水井水水质进行定位监测,采用SWAP-WOFOST模型对土壤0~40 cm水盐量和大田玉米、向日葵产量进行校核与验证,根据研究区灌排条件设置明沟排水再利用情景(渠水∶井水∶沟水=4∶3∶3、5∶3∶2、6∶3∶1)与集水井水再利用情景(渠水∶机井水∶集水井水=4∶3∶3、5∶3∶2、6∶3∶1),以土壤脱盐率(SDR)和水分生产率(WIDP)为评价指标对情景模拟结果进行评价。结果表明,SWAP-WOFOST模型能较好地模拟河套平原土壤水盐变化与作物生长过程,R2分别大于0.73、0.63、0.65。明沟上下游水体缺乏连通性,其水质空间差异性较大,研究区不同土地利用蒸散发量、产量及盐分浓度受灌排措施与地下水埋深影响显著,在灌水不利的区域土壤盐分浓度较高,地下水埋深较浅,蒸散量较大,是导致作物产量降低的主要原因。情景模拟结果表明,集水井水再利用相较于明沟排水具有更好的积极作用,随着明沟排水再利用的比例增加,土壤含盐量成上升趋势,分别增加3%、6%、11%,同时DIWP无明显变化,表明明沟排水基本不适用于农田回灌;集水井水再利用降低了农田地下水埋深,有利于降低耕层土壤EC(R2=0.81),土壤脱盐率可提升至36.2%~41.8%。

考虑外包滤料影响的暗管排水工程设计与计算

针对农田暗管排水工程设计中忽略外包滤料影响的实际情况,以宁夏银北灌区暗管排水项目为背景,依据Widmoser提出的“有效半径”理念,计算了考虑外包滤料暗管的水力要素,对比分析了考虑外包滤料与不考虑外包滤料的暗管间距计算结果,通过渗流槽物理模型试验并构建数值模型进行模拟分析验证。在此基础上,采用相关分析法给出暗管工程设计参数与暗管排水流量之间的灰色关联系数。结果表明:在工程案例的非稳定渗流计算中,考虑外包滤料影响的暗管间距较未考虑外包滤料的暗管间距相差27.239%;外包滤料厚度、暗管间距与排水流量的灰色关联度分别为0.741和0.739,外包滤料厚度与排水流量间的相关性更为显著。在回归水再利用背景下,设置复合型外包滤料的农田暗管排水工程水力计算中,建议应计入外包滤料的影响。

用DrainMOD模型模拟稻田排水与氮素流失

稻田排水伴随的氮素流失是造成当前农业面源污染的主要原因之一。DrainMOD排水模型和DrainMOD-N氮素运移模型是模拟田间尺度下土壤水氮运移的有效工具。该文将模型应用于湿润的水稻种植区,对湖北漳河灌区稻田排水和氮素流失过程进行了模拟。结果显示,水稻全生育期模拟排水总量、硝态氮和铵态氮流失总量与实测值吻合较好,相对误差分别为4.6%、16%和2.8%,但从各生育阶段分开的模拟结果来看,还存在较大的误差。经初步分析,观测资料有限,模型参数率定不充分是主要原因。研究总体表明,DrainMOD模型可以有效地描述稻田排水排氮过程,对提高水肥效率,预防面源污染具有重要意义。

黄河三角洲暗管排水土工布外包滤料的试验研究

黄河三角洲地区多为近代黄河泥沙淤积形成的粉细砂土,其质地均一、结构松散,在农田排水明沟建设中边坡不稳定的问题突出。近年来该地区大力开展了暗管排水系统建设,但当地砂滤料来源不足,因此,迫切需要筛选出适合当地土壤特点的土工布外包滤料。该文在对研究区土壤特性分析的基础上,利用自制水力渗透仪,通过理论计算和渗透试验观测,研究了所选择土工布的反滤、透水以及防淤堵性能。结果发现,在满足测试条件的2种型号土工布中,Typar 3201G能够满足防淤堵与透水要求,但是有一定的淤堵风险;另一型号土工布(Typar SF20)则能较好的满足研究区暗管排水外包滤料的反滤、透水与防淤堵要求。研究结果表明,满足研究区特殊土壤类型的土工布外包滤料厚度不宜过大,土工布的开孔直径应符合选择标准。研究成果可为黄河三角洲地区暗管排水土工布外包滤料的选择提供技术支撑。

涝渍排水控制指标的初步研究

根据我国南方降雨和涝渍灾害的特点，提出必须将除涝和排渍统一进行考虑的观点，反映在排水工程的规划设计或排水系统建成后的水管理中，要把农田受淹和淹后受渍所造成的损失统一加以考虑．本文提出了两种排水控制指标与作物相对产量关系的形式．针对在安徽省水科院新马桥农田水利试验站的试验，建立了棉花相对产量与涝渍综合控制指标的关系．

花铃期高温受涝对棉花的交互效应及排水指标确定

湖北平原地区棉花花铃期恰逢强降水和高温易发期,棉田易遭受雨涝和高温热害双重胁迫,研究棉花对涝和高温及其复合胁迫的响应,可为该区棉花生产防灾减灾管理提供依据。2013和2014年在可控制灌排的有底混凝土测筒中于棉花花铃期设置持续受涝和高温+受涝处理,旨在研究江汉平原棉花花铃期持续受涝和高温+受涝对其形态、生理活动及产量的影响。结果表明:常温或者高温时,花铃期淹涝3 d棉花开始显著变矮、倒4叶可溶性糖和可溶性蛋白质含量开始显著增加;常温时淹涝6 d果枝数开始显著降低,倒4叶丙二醛含量开始显著增加,而高温时是3 d;常温或者高温时,淹涝12 d倒4叶叶绿素a含量才显著降低;常温时淹涝12 d倒4叶叶绿素含量才显著降低,而高温时是15 d;花铃期受涝、高温和高温+受涝均使籽棉产量显著下降,其影响程度顺序为涝+高温胁迫>涝胁迫>高温胁迫,主要原因是桃数和单铃质量显著下降。若以棉花减产20%作为排水标准,假设在受涝过程中出现连续4 d的高温,则应在3.4 d内排除田面涝水,田间涝水排除后应在3 d内将地下水位降到80 cm以下。

涝渍兼治农田排水标准的研究

涝渍型的农田 ,灾害发生在雨季 ,农田先受涝 ,地表水排除后 ,由于地下水回降过慢而受渍 ,因此 ,作物减产是由涝渍双重作用的结果 ,在经济评价中 ,既不能单纯按受涝减产或按受渍减产进行分析 ,也不能分别将两者造成的减产损失进行简单的叠加 .本文介绍了作者对在淮北地区开展棉花涝渍试验成果的分析 ,论证了以等效淹渍历时作为反映涝渍程度的综合指标的可能性 ,并提出确定涝渍兼治农田排水设计标准的新方法 .

排涝模数法的基本原理和适用条件

介绍了排涝模数法在中国产生的背景、排涝模数公式M=KRmFn-1的由来和公式中峰量指数m、面积指数n和综合系数K的确定方法。对流量过程线,着重介绍了概化过程线法的含意及制作方法。强调排涝模数的特点是充分考虑了平原河流调节作用对最大流量Qm的影响,故它只适用于平原河流的农田排涝计算,而不适用山丘地区的设计洪水计算和城市市区的排洪计算。

内蒙古河套灌区粮食生产灰水足迹评价

随着面源污染和土壤盐渍化成为重要的环境污染源和粮食安全的制约要素，如何评价和量化农业生产的负面效应，成为亟需解决的问题。水足迹理论的出现使该负面效应的量化成为可能，水足迹包括蓝水、绿水和灰水足迹，灰水足迹可以表征不同类型负面效应的大小，粮食生产灰水足迹反映了单位粮食产量的负面效应。该文应用水足迹理论，以内蒙古河套灌区为研究区，给出粮食生产灰水足迹的计算方法，选取环境最大允许浓度Cmax和本底浓度 Cnat，逐项计算各项灰水足迹，并根据短板原理得出总灰水足迹，计算分析河套灌区粮食生产灰水足迹。结果表明：2005-2008年面源污染的灰水足迹为0.55～0.58亿m3；积盐的灰水足迹从2005年的4.570亿m3减少到2008年的1.825亿m3。总灰水足迹从2006年的5.872亿m3，减少到2008年的1.825亿m3，总灰水足迹在总水足迹中比例小于10%，有逐年降低的趋势。2005-2008年粮食生产灰水足迹分别为0.129、0.159、0.062和0.043 m3/kg，粮食生产灰水足迹有逐年降低的趋势，2008年的粮食生产灰水足迹仅相当于2006年的27.04%。节水灌溉等新技术的推广是其主要原因，节水灌溉可以减少无效灌溉水量和水分的无效蒸发量，从而减小粮食生产灰水足迹。在此基础上，给出减少粮食生产灰水足迹的措施，即节水灌溉、种植业结构调整、合理确定地下水位和合理使用化肥、农药。研究成果较好地量化了大型灌区粮食生产的负面效应和粮食生产灰水足迹，可为其他粮食主产区农业可持续发展及制定农业产业政策提供参考。

基于粒子群优化算法的农田多目标控制排水模型

该文研究内容包括2个方面:1)针对南方丘陵地区地表排水方式,通过田间排水试验,探求控制排水中氮、磷浓度的变化规律,拟合了累计入渗量Philip公式的参数,建立了排涝、除渍和减少氮、磷流失的多目标控制排水模型。2)在分析多目标优化问题Pareto最优解的基础上,运用MATLAB编制计算程序,针对控制排水模型的具体特点,分别定义了粒子的适应值、个体极值和全局极值的计算公式,利用粒子群优化算法对模型进行了求解。结果表明,运用基于粒子群的多目标优化算法求解农田多目标控制排水模型,所求得的控制排水时间与实际控制排水时间基本一致,为农田排水的科学管理提供参考。

生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素的去除效果

为研究灌排调控下生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素的原位削减效果,探讨低碳氮比对于系统氮素去除效果的影响.依据大田试验观测资料,分析了控制灌排模式下生态沟-湿地系统水体中氮素质量浓度变化规律和碳氮比分布特征.结果表明,控制灌排模式下生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素去除效果显著,施肥后排水中TN,NH4+-N和NO3--N质量浓度出现峰值,在农沟拦蓄后质量浓度大幅下降,氮素平均去除率分别为63.9%,67.8%和83.2%.进入湿地再次净化后,氮素质量浓度进一步降低,平均去除率分别为47.7%,44.3%和82.0%.控制灌排模式下系统水体中有机质对水环境影响较小,水体碳氮比水平总体偏低.控制灌排模式下生态沟-湿地系统很好地实现了对氮素的原位削减,低碳氮比对于系统氮素去除效果的影响不大.

排水权概念的提出及基本特征初探

从影响粮食可持续供给、引起不必要的水事纠纷、农田除涝排水的治理瓶颈角度探讨提出排水权概念的必要性,将界定排水权定义为对由暴雨洪水造成涝水的排放权利,提出排水权具有公益性、社会性、客体具有特殊的特定性和优先性等基本特征。提出排水权合理配置应遵循的基本原则,即可持续发展原则、公平与效率并重原则、强制与补偿并重原则和责权利一致原则。最后综合分析排水权合理配置需要考虑的6个方面的基本要素。

黄河下游灌区农田排水再利用效应模拟评价

在田间试验观测基础上,采用SWAP模型分析黄河下游簸箕李引黄灌区农田排水再利用下的土壤盐分季节性变化以及地下水位对土壤盐分剖面分布的影响,模拟农田排水补灌对作物产量的效应。研究结果表明,咸排水补灌引起的土壤盐分积聚主要在冬小麦生长期,夏玉米生长期内并不明显,有效地控制地下水位有助于减少土壤盐分累积量,维系作物根区的盐分平衡。利用含盐量为4mg/cm3以下的农田排水在冬小麦生长后期水分亏缺阶段进行补灌,可在基本不影响随后夏玉米产量的基础上,不同程度地改善冬小麦产量。对缺水严重的黄河下游引黄灌区,农田排水再利用是缓解水资源供需矛盾、改善作物产量的一种有效水管理措施。

基于水文水动力耦合模型的平原湖区土地利用变化对排涝模数的影响

为准确模拟平原湖区土地利用变化对排涝模数的影响,选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究区,利用构建的SCS-MIKE11耦合模型计算不同时期土地利用类型下的排涝模数,分析土地利用变化对排涝模数的影响,并通过设置不同水旱比、水面率和地面硬化率的组合,对土地利用变化条件下的排涝措施进行模拟优化。结果表明:在10 a一遇的1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的标准下,2011年土地利用方式下求得的排涝模数比1994年求得的排涝模数大,分别增加了159.3%和33.6%;在保持水旱比和水面率不变的情况下,地面硬化率每增加1%,1 d和3 d暴雨下排涝模数分别增加0.005 m^3/(s·km^2)和0.003 m^3/(s·km^2);在保持水旱比和地面硬化率不变的情况下,水面率每增加1%,1 d和3 d暴雨下排涝模数分别减小0.016 m^3/(s·km^2)和0.012 m^3/(s·km^2);在保持水面率和地面硬化率不变的情况下,水旱比每增加0.1,1 d暴雨和3 d暴雨下排涝模数分别减小0.004 m^3/(s·km^2)和0.003 m^3/(s·km^2)。因此,除了增加排涝泵站的排涝流量外,减少地面硬化率(例如采用透水路面)、增加水面率和水旱比也是除涝减灾的有效措施。研究成果可为土地利用变化条件下平原湖区排涝模数的确定和排涝措施的制定提供参考。

基于多属性分析的农田排水标准

农田排水标准是确定农田排水工程规模、布局的重要依据之一。近年来,农田排水的环境、生态、社会效应日益凸显,由此带来的诸多问题逐渐受到重视。在制定农田排水标准时,如何充分考虑农田排水的多种效应,进而客观评价排水工程效益,合理确定排水工程规模和布局,是新时期农田排水标准研究中急需解决的问题。从经济、环境、生态及社会等方面总结了农田排水标准的研究现状,对农田排水标准的经济、环境、生态及社会属性进行分析,指出单纯依靠经济评价确定排水标准的不足,提出研究、建立农田排水综合控制标准的必要性和发展方向以及对此需要进一步研究的问题。

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。

银南灌区控制排水实施效果分析

阐述控制排水的定义、作用、适用条件和运行管理要求,以宁夏银南灌区为研究对象,对该灌区水稻田的控制排水试验资料进行分析,试验结果表明:控制排水可以较常规排水抬高地下水位1.8 cm,有效减少50%左右的总排水量和46%左右的地下排水量,在满足水盐平衡的同时,减少了硝氮的排放量,不会对环境造成危害。控制排水在许多国家的应用也取得了很好的效果,所以控制排水技术值得大面积推广。

暗管控制排水对棉田排水的影响

对几次较大规模降雨产生排水后排水量、排水氮素含量、地下水位等进行观测,结果发现暗管排水使得地表、地下排水量被重新分配,控制水位排水使地表排水量所占比例提高、而总排水量比常规排水减少36.4%～82.7%、地下排水峰值量较常规排水减少7.2%～85.4%。地表、地下排水硝氮质量浓度较低,一般低于4 mg/L;地表排水总氮质量浓度在2.3～11.5 mg/L之间,地下排水总氮质量浓度在0.6～9.1 mg/L之间。要减少氮素流失总量,减少排水量是关键。

农业小流域“田-沟”系统氮素时空变化分析

为研究农业小流域尺度上氮素的时空变化趋势,以夏作期内位于南京市溧水县白马镇的典型农业小流域为研究对象,通过野外监测和室内化验分析相结合,探讨了小流域内土壤氮素含量的时空变化,并分析了排水沟道中氮素质量浓度的时空分布特征.结果表明:夏作期小流域内土壤3种形态氮素质量分数时间上存在一定差异性,土壤全氮质量分数呈先增大后减小趋势,土壤硝态氮、铵态氮质量分数均呈总体减小趋势,降幅分别为37.1%,60.9%;小流域土壤全氮质量分数空间上分布趋势为中部较高,四周较低,南部相对于北部质量分数较大.夏作期排水沟道中总氮、硝态氮、铵态氮平均质量浓度依次为3.54,0.81,0.59 mg/L;在排水沟道的迁移过程中,3种形态氮素质量浓度均是沟道出口处大于沟道入口处.