基于生态混凝土的农田生态排水沟构建与环境效应

针对我国农业生产中面源污染严重的问题,以多孔生态混凝土为基质构建农田生态排水沟,研究新型农田生态排水沟对稻田排水中氮磷的去除效果及机制。结果表明,基于多孔生态混凝土技术构建的生态排水沟对稻田排水中TN、TP的去除率大于土质及混凝土排水沟,有效增强了对稻田排水中氮磷的去除效果。稻田施肥后10 d,生态排水沟对稻田排水中TN的去除率均值为86.57%,分别较土质(82.05%)及混凝土排水沟(83.55%)增加4.52%及3.02%;对稻田排水中TP的去除率均值为37.86%,分别较土质(25.62%)及混凝土排水沟(33.53%)增加12.24%及4.33%。研究结果完善了农田生态排水沟的构建技术,可为农业面源污染防治提供技术指导。     

水田控制排水技术的环境效益初探

稻田排水是南方地区氮磷损失和面源污染的主要途径。农田氮磷通过降雨击溅侵蚀、排水沟坡面和沟底冲刷进入地表径流。控制排水可减少地面排水量和排水中氮磷浓度，尤其是降低径流中氮磷浓度，从而减少稻田氮磷损失。土壤颗粒沉淀、硝化、反硝化反应以及作物吸收是排水中氮磷浓度降低的主要原因。通过控制涝水在稻田和排水沟中的滞留时间，增加排水沟口溢流堰高度，降低径流水力坡度和抉沙能力是控制排水的主要手段。最后提出了稻田控制排水需要进一步研究的问题。     

灌溉回归水利用

<正> 灌溉回归水,指稻田流经地表和地下进入排水沟最终回到河流中去的水。这里研究的对象,是指未回入河流之前灌区内部从排水沟直接引用的水。回归水利用是灌溉水的重复利用。营口地区位于渤海湾辽河三角洲下梢,由于缺少淡水源,每年在辽河枯水期提引大量回归水进入灌溉     

引黄灌区不同肥料类型和施肥技术对稻田氮磷流失的影响

为减少引黄灌区稻田退水导致的农业面源污染,寻找水稻稳产和环境友好的最佳结合点,研究了大田示范条件下不同肥料类型和施肥技术对稻田田面水和排水沟退水氮磷变化特征的影响。结果表明,与常规施肥处理比较,优化施肥和侧条施肥均可以显著降低稻田田面水和排水沟中TN质量浓度,其中以侧条施肥处理效果最好,田面水和排水沟中TN质量浓度仅为常规施肥的47.4%和34.3%,各施肥处理间田面水和排水沟中TP质量浓度变化差异不显著。优化施肥和侧条施肥处理在肥料减量的条件下水稻产量并没有降低,其中有机种植处理产量最低,相对产量仅为常规处理的73.5%。综合考虑水稻产量和环境因素,优化施肥和侧条施肥技术可以作为环境友好型施肥技术在引黄灌区进行推广。     

基于湿地和生态沟处理的稻田排水水质模拟

由于化肥、农药的过量施用,加之传统的淹灌稻田排水量大,导致随稻田排水流失的污染物量大,加剧了农田面源污染,因此,在农田排水的设计中不仅要控制涝渍危害,也要控制排水中的水质。【目的】减轻农田排水对下游及承泄区造成的污染。【方法】以湖北省襄阳老河口市仙人渡镇的新增粮食生产能力项目区为对象,以生态排水沟和人工湿地作为稻田排水水质处理的手段,以总氮作为排水水质控制指标,建立了生态排水沟和人工湿地的水质模拟模型,选定不同的生态沟和人工湿地的组合方案进行了水质模拟。【结果】采用生态沟和人工湿地共同作用的排水系统在满足传统除涝排渍要求的条件下,可以有效地削减稻田排水中的总氮;人工湿地布置在干沟出口时的水质净化效果最好。采用"等效替代法"计算了生态沟和现有湿地、新建人工湿地对水质净化效果的等效性,结果表明,就处理水质的效果而言,当水平投影面积相同时,干沟出口的湿地效果最好,其次是与排水沟相连的现有湿地,最后是排水沟,三者的面积等效比为1∶8.4∶938.5;优选方案中生态沟、现有湿地和新建人工湿地对水质净化的贡献率分别为2.9%、30.3%和66.8%。生态排水沟的纵坡、糙率在设计范围内(坡度在1/2 000~1/5 000之间、糙率在0.025~0.04之间)变化时,对于水质处理效果几乎没有影响。【结论】考虑单一净化水质的目标时,将现有湿地改造为耕地,同时在排水系统出口处新建人工湿地更节约土地。     

河岸浸没预测及排水沟效果研究

针对浸没预测忽略上边界入渗补给和蒸发等问题的缺陷，利用Visual Modflow地下水模拟软件，建立了非稳定流数学模型，设定合理的边界条件，重点探讨了入渗系统和蒸发系统的确定方法和步骤。利用建立的数学模型，模拟计算浸没范围，并设置排水沟边界模拟排水效果。对多层地基，得出3.5m深排水沟可以将浸没范围控制在距堤脚100m范围内的结论。     

沙壤土地区排水沟道的沟深沟距试验研究

在低洼易涝地下水位埋深较浅地区,采用适宜的排水措施是排除涝水和降低地下水位的一项行之有效的工程措施。本文通过野外试验,进行水文地质参数(渗透系数和给水度)的确定,并从理论上分析了排水沟的沟深与沟距。根据试验与理论分析认为,在沙壤土地区,合理的沟深约为1.2m,合理的沟距以45～50m为宜。     

水稻灌区农业面源污染物迁移转化规律模拟研究

模拟水稻灌区中非自然水文过程及其驱动下的面源污染物迁移转化过程对了解水稻灌区面源污染形成机理以及污染控制具有重要的意义。将水稻灌区水文过程分为陆面水文过程和排水沟道水文过程,采用均衡法模拟陆面水文过程中稻田深层渗漏水量以及氨氮(NH4~+)、硝氮(NO_3~-)和磷酸根(PO_4~(3-))的渗漏通量,在此基础上,基于非稳定饱和渗流方程计算稻田深层渗漏过程所形成的侧向排水过程,作为排水沟道水文过程的输入项,基于动力波方程和一阶动力学方程描述了水稻灌区排水网络下的面源污染物运移和转化过程,提出了水稻灌区农业面源污染物迁移转化模型。根据前郭灌区2008—2009年的监测数据对模型渗流过程、主要面源污染物迁移转化过程参数进行率定,采用2010年的监测资料对模拟结果进行了验证。结果表明,基于所提出的方法模拟了稻田和排水沟道2个水文过程中NH4~+,NO_3~-和PO_4~(3-)的质量浓度峰值过程的差异,实现了水稻灌区陆面水文和排水沟水文过程的耦合。稻田水层中模拟NH4~+,NO_3~-和PO_4~(3-)的Nash-Sutcliffe系数分别为0.772、0.758和0.709,相对均方根误差(RMSE)分别为0.042、0.050和0.071,排水系统中模拟NH4~+、NO_3~-和PO_4~(3-)污染物的Nash-Sutcliffe系数分别为0.645、0.704和0.854,相对均方根误差(r RMSE)分别为0.072、0.060和0.031。所提出的方法可有效地模拟稻田渗流过程和排水过程中的面源污染物迁移转化过程。     

珠江三角洲沙围田地区的稻田适宜渗漏量问题

从1978年早造起,我们在南海县平洲大茧围佛山地区农业科学研究所场地,开展稻田适宜渗漏量试验.现根据几年试验成果初步小结如下.一稻田土壤基本情况株江三角洲沙围田地区水稻田的土壤粘重(小于0.05毫米的粉粒、粘粒占90%以上),地下水位高(距地而0一0.6米),通透性差,有机质丰富,生产潜力很大。群众在创高产经验中对稻田土壤要求是:     

水稻灌区水质净化效果试验研究

稻田排水中携带的大量氮、磷元素造成水稻灌区严重的农业面源污染。提出运用稻田节水灌溉-田间排水草沟-塘堰湿地-生态骨干排水沟“四道防线”系统净化稻田排水水质,在湖北漳河灌区进行了对此系统的净化效果试验。试验结果表明,“四道防线”模式下的各子系统不仅在单独环节具有消减污染物效果,而且每道防线子系统协同运行,综合系统对改善水...     

不同水管理模式下稻田对养殖肥水的净化效果研究

利用配有相对独立的供、排水系统的测坑研究间歇灌排、间歇灌连续排、灌排平衡3种水管理方式下稻田对养殖肥水的净化效果。研究结果表明：①3种水管理方式下稻田对养殖肥水中养分均有显著的去除率,其中,对不同形态的氮而言,NH4^＋-N的去除率优于NO3^--N;对不同物质而言,对氮、磷的去除率优于CODMn;②对不同的水管理方式...     

暗管与鼠道组合排水改造渍害稻田试验

对湖积平原区的粘土渍害稻田,采用暗管与鼠道双层组合排水,在小麦、油菜生育期的雨季中,鼠道能有效地排除稻田的耕层滞水,减小田间地下水位上涨幅度;雨停后,在暗管排水作用下,地下水能迅速回降到离田面0.6～0.7m;稻田淹灌期,鼠道排水可增加两暗管之间的入渗强度,排泄土壤中有害物质。在渍害稻田改造中,适当加大暗管间距(24m),中间辅以鼠道排水,可起到工程投资省,改土效果明显,增产效益大的作用。     

Evaluation of the flood mitigation effect of a Paddy Field Dam project

To mitigate flood damage due to a recent increase in the frequency and magnitude of heavy rainfall events, the Kamihayashi district in Niigata prefecture, Japan, has undertaken flood mitigation measures using paddy fields by installing runoff control devices in drainage boxes of paddy field plots. The purpose of this study is to evaluate the flood mitigation performance of the Paddy Field Dam project in terms of a decrease in discharge volume, drop in channel water level and reduction of inundation damage using combined hydrologic analyses and flood routing. The model constructed for runoff analysis is composed of three modules: a hilly/residential area module in which the overland flow is estimated using the kinematic wave method, a paddy field module in which runoff from paddy fields is calculated using water balance analysis, and a channel network module in which flood routing is performed using a one-dimensional unsteady flow model. The outputs of the first two modules are the input of the third module. The result of the simulation shows the main channel discharge decreased by 26% and the water level dropped by 0.17 m in the case of the largest observed rainfall event. The simulated effect was larger for larger rainfall events. In terms of flood water volume, the runoff control devices have the effect of reducing the flood damage due to the 50-year return period rainfall event to almost that due to the 10-year return period rainfall event.     

促沉装置净化稻田径流排水中面源污染物的效果研究

【目的】研究促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物的去除效果,探寻适合农田径流排水的原位处理技术。【方法】于2015年在上海市奉贤区青村镇种源研发基地内选取5块稻田,在每块田的排水口处修建一套容积约为1.9 m³的促沉净化装置,内部用多面空心球和沸石按1∶2的体积比进行填充,在外围用沸石填充,分析每套装置进出水中的固体悬浮物、总氮和总磷的质量浓度。【结果】在整个稻季中,使用促沉净化装置对稻田径流排水中的固体悬浮物、总氮和总磷均具有较好的去除效果,其平均去除率分别达到61%、33%和34%。该装置对固体悬浮物或总磷的去除率与其质量浓度之间存在显著的对数正相关关系,即质量浓度越高,其去除率也越高;但对总氮的去除率与其质量浓度之间则呈一定程度的线性负相关关系。【结论】促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物均有较好的去除效果,使用促沉净化装置可在不影响流速的情况下,有效降低径流排水中污染物的质量浓度,改善周边水体环境,维护水体生态系统平衡稳定。     

南方平原灌区稻田涝水过程模拟

基于高邮灌区典型区域降雨涝水过程监测,根据灌区特点对水箱模型进行改进,构建了适合于平原稻区稻田涝水过程模拟模型,采用自适应遗传算法对模型参数进行了率定,并对模型在水稻灌区的适应性进行评价.结果表明:稻田水箱模型对稻田涝水过程模拟具有较高精度.率定期,降雨径流模拟值与实测值均方根误差RMSE为0.17~0.28 mm/h,相关系数r大于0.95,模型纳什系数NSE为0.79~0.96.验证期,降雨径流模拟值与实测值之间均方根误差RMSE为0.06~0.29 mm/h,相关系数r超过0.88,模型模拟纳什系数NSE为0.73~0.93;对稻田蓄水深的模拟,均方根误差RMSE为15~20 mm,相关系数均大于0.95,纳什系数NSE为0.84~0.90.因此,改进的稻田水箱模型能够反映稻田的水循环过程,可为南方平原水稻灌区防洪除涝减灾对策的制定提供决策支持.     

基于SWAT和CLUE-S模型的不同土地利用方式对排涝模数的影响

【目的】研究土地利用方式变化对排涝模数的影响,优化区域排涝管理。【方法】选取湖北四湖流域螺山排区为研究区域,将流域水文模型SWAT和土地利用变化模型CLUE-S联合应用,设置了6种水旱比、5种水面率及5种城市化率的单因素变化(即其他2个因素不发生变化)条件下不同土地利用情景,应用CLUE-S模型模拟生成各情景下的土地利用空间分布图,建立了SWAT模型模拟不同土地利用情景的降雨径流过程,分析了不同土地利用方式对排涝模数的影响。【结果】在相同的设计暴雨、其他因素维持现状条件下:当水旱比由0增加到1时,排涝模数减小了0.117 m~3/(s·km~2);当水面率由0增加到20%时,排涝模数减小了0.111 m~3/(s·km~2);当城市化率由0增加到10%时,排涝模数增加了0.104 m~3/(s·km~2)。排涝模数随着水旱比和水面率的增大均呈减小趋势,随着城市化率的增大呈增大趋势。在相同设计暴雨、其他因素维持现状条件下:当水旱比由0增加到0.2时,排涝模数只减小了3.06%;当水面率由0增加到10%时,排涝模数减小了14.03%;当城市化率由0增大到10%时,排涝模数增大了16.67%。3种引起土地利用方式变化的因素中,排涝模数对水面率和城市化率变化的敏感程度相当,对二者的敏感程度明显大于水旱比。【结论】在未来区域规划中,可以通过增大水旱比、增大水面面积和限制城市扩张来减轻排涝压力,其中适当增大水面面积和限制城市扩张更加有效。     

水田灌排一体化系统的开发与应用

分析国内外农业灌溉和排水领域发展的研究现状和目前常见的灌排装置的特点,针对中国灌溉排水研究领域对节水灌溉、控制排水设施的迫切需求,提出了水田灌排一体化系统的设计方案.该系统能根据农作物不同时期对水位的需求,充分利用灌溉和降雨的水量,较为精确地控制水田的灌溉和排水水位,解决了原有灌排设备无法同时实现灌溉和排水自动控制的难题.实际应用结果表明,水田灌排一体化系统试验区和对照区相比,降雨量增加利用150 mm,降雨利用率提高21%,减少灌水量21%;水稻亩产量增加4.3%;提高肥料的利用效率,减少农业面源污染.该系统结构简单、操作方便,具有可观的经济、生态效益和广阔的应用前景.     

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。