田-沟-塘系统纳洪减污效应研究进展

针对南方地区水资源时空分布不均、水旱灾害频发且极端气候加剧、农业用水效率不高且面源污染严重等水安全问题,探讨稻田、排水沟、塘堰组成的灌溉排水系统(简称田-沟-塘系统)的调蓄纳洪、协同减污效应,以期为灌区雨洪调蓄和节水减排提供理论参考。从灌区雨洪调蓄实际出发,对当前田-沟-塘系统的国内外研究工作和发展进行总结,对田-沟-塘系统承纳洪水、输水蓄水、优化调水、协同防控氮磷流失等基础理论和关键技术等问题进行阐述,提出了田-沟-塘系统的“虚拟水库”模式及其纳洪效应的模型模拟方法。目前关于田-沟-塘系统调水控水的研究还普遍停留在净化水质单方面效用上,水量调蓄方面则多以研究稻田、排水沟、塘堰单个体的水平衡过程为主,缺少田-沟-塘系统联合调度的系统研究,如何提高灌区粮食生产过程中雨洪调蓄利用仍缺乏系统思维和技术手段。未来的研究要进一步拓展和丰富田-沟-塘系统雨水调蓄利用和协同减污功能,揭示稻田作为“隐形蓄水池”的蓄水潜力以及田-沟-塘系统的调洪削峰减污能力。

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.

稻田退水沟渠去除氮磷的强化措施及其应用概述

在阐述稻田退水氮磷面源污染严重性及沟渠结构与功能的基础上,分析了沟渠底泥吸附、植物吸收、微生物分解和协同作用等主要净化机理,探讨了沟渠植物种类选取、沟渠基质类型筛选、沟渠结构的合理设计以及充分利用毗邻生态单元构建生态处理系统4种沟渠改造措施,指出在沟渠工程化建设的同时宜采用人工强化技术,可有效增强沟渠生态与服务功能;从生态学及景观生态学角度,提出生态拦截型沟渠、溪流式接触氧化沟渠、多级消减沟渠等3种新型生态型沟渠的应用。建议在沟渠的改造、利用、管理上要实施合理的监管制度,对新型沟渠的建设相关部门要出台相关法律法规及设计规范;同时,在理论研究的基础上进行实验室模拟分析,为实践工程提供数据支撑及科学指导。

灌排调控的稻田排水中氮素浓度变化规律

基于农田排水氮素浓度及湿地进出口断面总氮(TN)、氨态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)浓度的监测,研究了灌溉排水措施以及沟塘湿地对农田排水中氮素浓度变化的影响。结果表明,控制灌溉的水稻全生育期稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规灌溉处理低12.08%、20.33%和13.51%;控制排水处理下稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规排水处理低2.21%、7.08%和20.92%;湿地出口水体中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别比入口降低了16.8%、14.4%和50.9%,湿地水体中TN、NH4+-N、NO3--N浓度随时间近似服从指数函数衰减趋势。控制灌溉、控制排水及沟渠塘湿地系统的调控措施对农田排水中氮素的净化效果比较显著。

虹吸井子结构法在尾矿坝复杂渗流场求解中的应用

针对尾矿坝特有的防渗排水措施(如虹吸井、导渗盲沟、辐射井等)通常难以精细模拟其排水效果和整体三维渗流场,提出一种适合求解布置有复杂排水系统的尾矿坝三维渗流场的虹吸井子结构法。以某尾矿坝为例,采用虹吸井子结构法对尾矿坝三维渗流场进行有限元数值模拟分析,研究虹吸井和导渗盲沟联合作用的防渗效果以及虹吸井部分失效对渗流场的影响,为尾矿坝复杂排水系统的设计提供理论支持。

长江流域稻田-沟-塘系统中砷锑动态变化特征

农业重金属污染问题已成为影响农业可持续发展和生态环境质量的重要因素。砷(As)和锑(Sb)是动植物的非必需元素,但极具生理毒性和致癌性,且易被水稻(Oryza sativa L.)吸收富集。因此,深入了解稻作区内As和Sb的动态迁移特征对于重金属污染防控具有重要意义。为探究As和Sb在水稻植株中的迁移特征及通过农田排水造成的潜在风险,选取中国长江流域典型稻作区,采取原位试验比较了一次性施肥(SBA)和分次施肥(STA)处理下水稻植株及田面水中As和Sb浓度的动态变化差异,并分析了整个水稻季沟渠和水塘水中As和Sb浓度的动态变化特征。结果表明,SBA处理增加了As在水稻根系中的积累,而STA处理使更多根部附着的As被输送至茎叶。相比As,Sb较易被根系吸收,但不易在根、茎、叶及谷中转移。长江流域稻作区田面水中As和Sb浓度在施肥或喷施农药后,均有一定程度的升高,随后逐渐降低并在1—2周后降至较低水平。相比单一的稻田系统,稻田-沟-塘系统对As和Sb具有一定的净化能力。在整个水稻生长季,随水流从田面、沟渠到水塘的运输,As和Sb平均浓度分别降低了33.7%和28.1%。由此可见,该研究区稻田As和Sb流失的管控关键时期为施肥或喷施农药后1—2周,沟渠和水塘的存在能够显著降低稻田直接排水造成的重金属流失风险。在有条件的地区可以通过修缮和新建生态沟渠和水塘减少稻田直接排水造成的重金属污染。

洛惠渠二支渠灌区末级渠系工程改造与管理

末级渠系改造是灌区节水改造的重要组成部分,加强改造工程管理是保障其发挥工程效益的关键。文中客观介绍洛惠渠灌区二支末级渠系工程现状和存在问题,探索其改造措施和加强管理途径,总结了工程改造效益。