山丘区蓄水坑灌田间工程规划设计——以山西省太谷县节水灌溉示范园为例

[目的]对蓄水坑灌田间工程规划设计进行研究,解决蓄水坑灌未来推广运用中的问题,为推动山丘区蓄水坑灌的规模化、产业化发展奠定基础。[方法]以山西省太谷县节水灌溉示范园区为背景,将蓄水坑灌田间工程基本要素与微灌工程技术和低压管道输水灌溉工程技术相结合,因地制宜地对蓄水坑灌田间工程进行设计。[结果]采用水平集雨沟整地方法;每株果树布置4个蓄水坑,蓄水坑深度40cm;在降雨径流蓄滞能力设计为5a一遇24h最大暴雨量标准下,蓄水坑设计直径为30cm;坑内布置一体化设计的底板、固壁和顶盖;环状沟深度20cm,宽度30cm,半径50cm;输配水闸管系统包括干管、支管、毛管3级,管材为聚乙烯;四孔出流毛管沿环状沟内径呈环形绕树布置;给出了各管道管径、长度及进口工作水头的计算方法,以及系统工作制度的确定方法。[结论]对整地技术、蓄水坑设计与布置技术和低压管道系统设计技术的规划设计,能够满足山丘区蓄水坑灌的特殊灌溉要求。     

蓄水坑灌法及其水土保持作用

根据我国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题，提出了一种适用于果林灌溉的蓄水坑灌法。与传统灌溉方法比较，该方法不仅具有节水灌溉、保水抗旱等特点，而且能截蓄当地降雨径流，有效防止水土流失，促进良性水循环。主要阐述了蓄水坑灌法的原理、水土保持作用及其田间工程内容。     

入渗水头对土壤水平一维入渗影响初探

蓄水坑灌法是一种适用于我国北方山丘区果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤水分入渗是在变水头条件下进行的。本文着眼于研究蓄水坑的侧向水平入渗,通过室内试验,对水平土柱在不同水头作用下的土壤入渗状况进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,对入渗指数有一定的影响,入渗系数和入渗指数均随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势。这一研究成果对进一步研究蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性具有重要价值。     

均质土非恒定水位单坑入渗的分析

蓄水坑灌法是适用于干旱、半干旱地区果园灌溉的一种新方法，其灌溉理论有待于进一步研究。针对均质土非恒定水位蓄水坑入渗问题进行了研究，建立了均质土非恒定水位蓄水坑入渗的数学模型，并通过物理模型试验求得了入渗参数，还对影响非恒定水位蓄水坑入渗过程的主要因素进行了分析。研究结果将对蓄水坑灌法的进一步研究具有重要的价值。     

蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法.蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的.该文通过室内试验,对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势;入渗水头对入渗指数也有一定的影响,但其变化范围较小.这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值.     

蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的。该文通过室内试验，对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究，结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响，入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势；入渗水头对入渗指数也有一定的影响，但其变化范围较小。这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值。     

蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟

为了提高蓄水坑灌条件下土壤氮素的利用率,建立了蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型,利用有限体积法进行了求解,并利用室内蓄水单坑灌施尿素条件下土壤水分和氮素运移转化实测数据进行了验证。结果表明,蓄水单坑灌施尿素1 700 mg/L条件下,土壤铵态氮主要分布在20～70 cm深度范围内,1～3 d内土壤铵态氮含量明显增大,7 d后开始减小;土壤硝态氮主要分布在湿润锋附近,1～7 d内硝化作用逐渐增强,20～70 cm范围内硝态氮浓度不断增大。土壤含水率、湿润锋、铵态氮、硝态氮含量计算值与实测值吻合较好,说明所建立的蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型是正确的,采用有限体积法求解是可行的。该模型可较好地模拟蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的动态变化。     

单坑变水头入渗条件下均质土壤水分运动的数值模拟

变水头入渗条件下的土壤水分运动是蓄水坑灌的基本理论问题。该文根据土壤水动力学的基本理论，分析了蓄水坑变水头入渗的复杂边界条件，并推导了其坑水位变化与坑壁变水头入渗关系的数学表达式，进而建立了蓄水坑灌单坑变水头入渗及土壤水分运动的数学模型。采用ADI交替方向隐式差分格式将土壤水分运动方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程，实现了单坑变水头条件下的土壤水分运动的数值模拟。实验验证表明，数值计算结果与实测值有着较好的一致性。     

蓄水坑入渗表层土壤体积质量和饱和导水率的变化

表层土壤体积质量和导水率是影响土壤入渗及水分运动的重要物理参数。该文采用土壤切片技术和数字图像分析技术,分析了蓄水坑灌条件下入渗水头对砂壤土表层土壤体积质量的影响,进行了不同入渗水头、土壤体积质量对砂壤土表层土壤饱和导水率的试验研究,并对蓄水坑侧向水平入渗湿润锋变化的试验结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明：该研究试验条件下（土壤体积质量为1.345 g/cm3）,入渗水头对土壤体积质量和表层土壤饱和导水率有较明显的影响。随着入渗水头的增大,其作用下的表层土壤体积质量趋于增大,土壤结构趋于密实,表层土壤的饱和导水率趋于减小;表层土壤饱和导水率与入渗水头和土壤体积质量之间呈乘幂关系,且表层土壤饱和导水率对土壤体积质量的变化较为敏感,当土壤体积质量达到某一程度时（1.466 g/cm3）,入渗水头对表层土壤饱和导水率的影响甚微。研究成果揭示了入渗水头影响蓄水坑土壤入渗的微观机制,为进一步研究蓄水坑灌法提供了理论依据。     

彭阳县雨水集蓄利用技术模式与集雨节灌工程类型

根据彭阳县自然和社会经济特点,结合生产技术研究和推广应用实际,提出了6种雨水集蓄利用技术模式:小流域集雨综合调配利用模式、坡面集雨与林草建设利用模式、道路路面集雨补灌农田利用模式、土圆井节灌工程节水利用模式、庭院经济集雨利用模式和旱作农田微集雨高效利用模式。在此基础上,提出6种集雨节灌工程:人工集水场集水、水窖蓄水节灌工程,水保骨干坝拦蓄、扬水站提水节灌工程,天然坡面集雨、拦引渠导引、水窖蓄水节灌工程,道路路面集雨、拦引渠导引、水窖蓄水节灌工程,土圆井水源节灌工程,田间微集雨节灌工程。     

定西市安定区退耕还林地径流聚集工程的土壤增墒效果

[目的]分析退耕还林地径流聚集工程的土壤增墒效果,为改善林地土壤水分供给研究提供依据。[方法]通过对甘肃省定西市安定区退耕还林地中径流聚集工程形式和造林模式的调查研究,分析半干旱地区隔坡水平阶、隔坡反坡台、正方形聚流坑、燕尾式聚流坑不同整地方式下林地增墒效果及其林草的生长发育状况。[结果]径流聚集工程具有明显的土壤增墒效果,在径流聚集工程作用下乔木树种单株水分供给总量达2.54~4.29m~3/(株·a),灌木树种单株水分供给总量达1.42~1.79m~3/(株·a),2m土层内含水率达到8.76%~11.40%,土壤水分基本满足了林草植被的正常发育需求,林草生长旺盛。[结论]在同类地区的人工林建设中可选择适宜的树种与相应的径流聚集工程结合,改善林地土壤水分供给状况。     

官厅水库上游水土保持措施的减水减沙效益

采用北京延庆上辛庄径流试验站的裸地鱼鳞坑、侧柏鱼鳞坑、裸地水平条、板栗水平条、板栗树盘和休闲地坡面径流试验小区2001—2006年58次降雨的径流泥沙资料,分析北京山区官厅水库上游常用水土保持措施的减水减沙效益和水土保持措施因子值。研究结果表明：裸地鱼鳞坑、侧柏鱼鳞坑、裸地水平条、板栗水平条、板栗树盘的多年平均减水效益超过60％,减沙效益超过90％;鱼鳞坑、水平条和树盘的多年平均工程措施因子值分别为0．08、0．09和0．10,侧柏和板栗的多年平均生物措施因子值分别为0．41和0．48,且降雨量对水土保持措施的减水减沙效益以及水土保持措施因子值都存在明显影响。研究结果可为官厅水库上游地区．土壤侵蚀防治效益定量评价和水土资源管理提供重要参考。     

黄土高原旱作农区非耕地径流高效利用研究

提出了黄土高原旱作地区非耕地径流高效利用的基本原则,研究了径流补灌水在果树、温室蔬菜、大田粮食上的补灌效应和效益,认为非耕地径流水应优先用来补灌价值较高的经济作物,其次是大株稀植作物的点浇抗旱保苗。     

黄土丘陵区降雨后鱼鳞坑土壤水分动态模拟研究

为了明确鱼鳞坑措施下降雨后土壤水分再分布过程及范围的变化,以汇流面积2 m²,径流系数0.3为试验条件,选取规格为60 cm×40 cm×10 cm(长×宽×深)的鱼鳞坑,通过灌水试验研究了降雨强度分别为60,30 mm/h、历时1 h后连续7 d的土壤水分动态。结果表明:(1)降雨强度60,30 mm/h时灌水后第1天水分入渗深度为60,50 cm,第2天达到最大值,分别为80,60 cm,水分最大入渗深度随降雨强度增加而增大; 灌水后第1天水分水平入渗距离达到最大值40 cm,水分水平入渗距离随土层深度增加而降低。(2)灌水后7 d内,降雨强度60 mm/h时水分主要储存在深度10—80 cm距离鱼鳞坑中心0—40 cm的区域内; 降雨强度30 mm/h时,水分主要储存在深度10—50 cm距离鱼鳞坑中心0—40 cm的区域内。(3)深度10—30 cm处土壤水分在灌水后第1天达到最大值,30—50 cm处土壤水分在灌水后第3天达到最大值; 距离鱼鳞坑中心0—20 cm处土壤水分在灌水后第1天达到最大值,距离20—40 cm处在灌水后2～3 d水分达到最大值; 达到最大值后土壤水分逐渐降低至稳定。鱼鳞坑措施下降雨水分入渗深度可达80 cm,且随降雨强度增加而增大,水分水平入渗距离与降雨强度无明显关系。     

密云水库上游不同土地利用方式下的土壤侵蚀特征

[目的]为了合理配置北京密云水库水土流失重点治理区的水土保持综合措施。[方法]基于石匣小流域坡面径流小区定位观测资料,分析了不同土地利用方式及水土保持措施的坡面土壤侵蚀特征。[结果](1)5种土地利用方式的土壤侵蚀量差异明显,与裸地相比较,耕地、人工草地、封禁荒草地和林地的减沙率达63.88%~99.63%;(2)梯田比坡耕地措施小区的土壤侵蚀量减少了95.62%,起到了显著的水土保持作用;(3)采用水平条和鱼鳞坑措施林地小区的减沙率分别为83.56%和96.53%,具有十分明显的减蚀作用;(4)与人工草地相比较,封禁荒草地的侵蚀产沙量减少了98.25%,可以有效地控制水土流失。[结论]增加地表植被覆盖,减少人为干扰以及合适地配置梯田、鱼鳞坑和水平条等水土保持工程措施具有良好的水土保持作用。     

北京市门头沟地区不同水土保持措施的减水减沙效益

[目的]评价北京市门头沟区水土保持措施的减水减沙效益,为区域水土保持措施的环境效益评估和土壤侵蚀预报参数选择提供依据。[方法]根据2005—2009年北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园内8个径流小区的产流产沙数据,对不同水保措施的蓄水减沙效益进行分析。[结果]坡长不同的径流小区年径流深和土壤侵蚀模数差异显著;梯田和树盘都具有很好的水土保持效益,其减水效益分别达到77.6%和81.0%,减沙效益分别达到84.3%和77.4%;梯田和树盘的影响因子分别为0.17和0.23,玉米、大豆和京白梨的影响因子分别为0.97,0.35和0.85。[结论]研究区内工程措施较植物措施具有更好的水土保持效益,且两者相结合的水土保持效益最佳。     

水分调控对梨枣果实品质与投入产出效益的影响分析

本试验以梨枣为试验材料, 设置5 个灌水梯度(保持70%、60%、50%、40%的田间持水量和不灌水对照), 分别在梨枣萌芽展叶期、开花坐果期与果实膨大期各灌水2 次, 研究水分调控对梨枣果实品质的影响,并进行投入产出效益的比较分析。结果表明: (1)梨枣果实膨大期与开花坐果期是影响果实品质与经济效益的关键需水时期。(2)适当灌溉可以明显改善果实的风味品质与营养品质, 并显著提高梨枣树的果实单果重与果实收获数; 但灌水过多, 产量与品质未得到明显改善, 却增加了成本。(3)合理调控“高产”与“优质”的关键需水时期, 可以均衡达到“高产和优质”。综合分析认为: 对陕北梨枣树灌溉至田间持水量的60%比较适宜,既改善梨枣果实品质, 并显著提高经济产量。     

渭北旱塬红富士苹果需水量与限水灌溉效应研究

应用田测法,对渭北旱塬南部高原台塬过渡区,矮化红富士苹果需水量、需水规律及限水灌溉效应进行了研究。结果表明,该区矮化红富士苹果生育期总需水量为494.8～552.7 mm,其中干旱年份高于湿润年份;年生育期内以6月最大,7～8月次之,10月最小。果实膨大和花芽分化盛期需水量最大,占总需水量的41.4%～46.7%,新梢生长与果实发育前期次之,占总需水量的34.0%～34.2%;并得出了该区矮化红富士苹果生育期的作物系数KC值。对不同降水年型土壤水分盈亏状况与该区降水特点分析表明,该区50%年份降水能够满足     

Effective root growth zone of apple tree under water storage pit irrigation using stable isotope methodology

ABSTRACT

Ways of understanding and quantifying the effectiveness of new irrigation methods are required in order to more precisely evaluate them, including the effect of root growth on water storage pit irrigation (WSPI). In this study, the effective root growth zone (ERGZ) of 5-year-old apple trees under WSPI and traditional surface irrigation (CK) treatment was estimated using stable isotope technology during two seasons 2015 and 2016. The stable isotopes of water in stems and different soil depths were analyzed using four analysis methods (namely direct inference, the Romero-Saltos model, the IsoSource model and the coupled model). Results showed that the ERGZ depth under surface irrigation ranged from 10 cm to 60 cm, with the main contribution at 0–40 cm during the growth stage. Under water storage pit irrigation, the ERGZ depth for the apple tree was deeper and ranged from 20 cm to 100 cm, with the main contribution of ERGZ deepened to 20–100 cm after the earlier of shoot rapid-growing stage. The use of a water storage pit irrigation system on apple demonstrated improved root growth in the middle-depth soils, as compared to traditional surface irrigation.