屋顶花园雨水利用系统设计与实践

该文意在探讨利用屋面雨水对屋顶花园进行灌溉的可行性。以北大荒集团某酒店屋顶花园为例,从植物需水量、雨水可收集量、蓄水池容量及雨水收集系统等方面进行屋面雨水回收利用设计,利用彭曼-蒙特斯公式计算屋顶花园植物需水量,结果表明:5-10月屋顶花园植物需水总量为3521.78m3,各月份间差异较大,10月份量最小仅为361.8m3,6月份量最大为729.6m3;同期可收集屋面雨水总量为2179.3m3,并据雨水径流总量与初期弃流量产生的径流量设计蓄水池容量为131m3;将收集雨水全部用于屋顶花园绿地灌溉,能节省61.88%灌溉用水;据此,采用工程技术为屋顶花园设计雨水收集系统及自动灌溉系统,对屋顶花园雨水收集量与灌溉量的水量平衡分析结果表明:利用该自动灌溉系统可节约灌溉用水67.20%,雨水利用率可达54.55%,该设计对北方干旱地区屋顶花园雨水回用技术设计具一定的实用价值和应用前景。     

兰州新区土地利用现状调查及生态需水研究

借助ArcGIS软件对兰州新区2016年的遥感影像进行解译,提取研究区土地利用空间分布和植被覆盖类型数据,计算了研究区不同植被类型、绿化用地、水体的生态需水量。研究结果表明:①全区土地总面积80 645.29 hm~2,其中耕地面积最大,为31 378.43 hm~2;其次为荒地,面积为25 349.23 hm~2。②研究区年生态需水总量为2 157.50万m~3,其中上川镇86.50万m~3、秦川镇332.79万m~3、中川镇1 073.52万m~3、树屏镇359.65万m~3、西岔镇305.04万m~3、水阜乡0。③不同土地利用类型中,植被年生态需水量最大,为1 332.81万m~3,占总量的61.78%;绿化用地年生态需水量次之,为614.40万m~3,占总量的28.48%;水体年生态需水量较小,为210.29万m~3,占总量的9.75%。     

城市集雨及绿地节灌智能控制一体化系统研究

为有效减少城市公共区雨水径流量,减轻城市内涝排水的压力,减少雨污合流,实现绿地建设与地下蓄水池的有机统一,节约地面建设空间和水资源,保证城镇绿化景观的完整性和空间利用的整齐划一,达到节约利用水资源和园林人力管护成本的目的,以城市雨水收集和利用为研究对象,在城市绿化区建造地下蓄水池,结合5G技术、传感器技术、嵌入式技术、自动控制技术,集成开发一套雨水自动收集和绿化自动浇灌控制系统,可实现城市雨水自动收集和储量的检测、浇灌绿地土壤湿度检测,同时记录蓄水池水位信息、土壤湿度信息、绿地喷灌状态以及储存历史数据,以便回溯和分析。     

宁南山区小流域雨水资源潜力与供需分析

根据宁南山区典型小流域土地利用现状和相关雨水集蓄资料,计算了彭阳王洼小流域雨水资源潜力,结合小流域节水农业发展规划,对雨水资源开发利用潜力及其供需关系进行了初步评价。结果表明:(1)示范区雨水资源最大理论潜力为7682598m3,就地利用、异地利用和叠加利用3种利用方式的比例分别为50.96%,7.16%和41.88%。(2)示范区雨水资源可实现潜力量为7164885m3,占全流域雨水资源理论潜力的93.26%。(3)目前示范区小流域的需水总量为3739352m3,仅占可实现供水量的52.19%,从示范区小流域雨水资源的可实现潜力来看,还有较大的开发利用潜力。(4)示范区小流域雨水资源利用评价结果表明小流域所制定的雨水利用规模对雨水资源的利用还很不充分,应适当地扩大雨水就地利用规模。     

成都市生态需水量研究

为了解成都市生态需水量变化规律,从城市生态需水量的概念出发,对生态需水量进行分类,总结出成都市生态需水量主要包括生态基流需水量、绿地需水量和环境卫生需水量。以2010年为计算水平年,经计算成都市生态需水总量达55.54亿m~3,其中河道内生态需水量每月基本保持稳定,河道外生态需水量与绿地需水量呈正相关关系;从生态需水量年内变化趋势来看,当年年末至翌年年初,需水量增加较快,而区外来水、区域降水与生态需水量变化趋势存在一定的时间差,在年初和年末水资源不能满足生态用水需求,可能存在缺水情况。     

郑州绿地雨水资源有效利用途径研究

城市绿地对雨水的流失有显著的缓解作用,城市绿地的合理规划与建设对雨水资源的有效利用有巨大的影响。以郑州市为研究对象,基于2011年8月份TM影像,分析不同高程区间内郑州市区绿地面积、绿地斑块数量与汇水面面积的相关关系,同时结合气象观测资料,道路、公园、防护绿地分布资料等,对城市绿地对雨水资源有效利用提出合理的途径。结果表明:绿地面积、绿地斑块个数与汇水面均呈极显著正相关。因此,建议郑州市在增加绿地面积的基础上提高绿地斑块数量,在城市绿地设计多目标中实现雨水资源利用多目标,最终达到改善郑州水环境和减轻城市内涝灾害的目的。     

基于LMDI的灌溉需水量变化影响因素分解

为研究灌溉需水量的驱动因素,该文以甘肃省武威市为研究区,基于扩展的Kaya恒等式构建灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年总体及不同时段灌溉需水量驱动因子进行因素分解,并计算灌溉需水量的影响因素的效应值。结果表明:近18 a来,武威市各行政区以节水高效为目的对武威种植结构进行了大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积;在1995—2012年间,武威市灌溉需水量减少了5.023×108 m~3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108 m~3、?3.994×108 m~3、?1.286×108 m~3、?2.178×108 m~3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要影响因子;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应在不同时段均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。研究结果为合理调控农业发展规模,制定武威市灌溉用水规划提供参考。     

基于GIS和LID的雨水集蓄技术研究——以山东省滨河小镇营丘镇为例

[目的]研究山前冲洪积平原滨河中小型镇区洪涝灾害频发,排水不畅,雨水资源利用不充分等问题,为雨水集蓄设施在中小型镇区的合理规划和应用提供参考。[方法]选择山东省潍坊市营丘镇区为研究对象,根据研究区当前排水现状和土地利用情况,基于GIS技术提出了"汇水区划分、用地类型提取、计算调蓄容积、建立技术体系、确定施工时序"的规划步骤。[结果]综合采用"透水铺装+下凹式绿地+植草沟、简易生物滞留池+湿塘、雨水湿地"的雨水综合蓄集利用系统并规划其布局,通过引入水文敏感指数,规定了镇区汇水区海绵城市建设时序。[结论]探索性地将雨洪利用工程技术与镇区景观规划相结合,低影响开发综合设施的实际调蓄能力大于设计雨水调蓄容积,实现了镇区雨水资源的蓄集利用。     

设施农业雨水集蓄利用与番茄灌溉方案优化

为充分利用雨水资源,提高设施农业灌溉用水效率,该研究对雨水蓄水池容积和大棚番茄灌溉方案进行了优化。以天津市武清区一设施农业小区为研究区,根据2020年6个场次降雨,对蓄水池集雨情况进行分析,基于AquaCrop模型优化大棚番茄灌溉方案,最终设置3种集雨灌溉情景,采用水量平衡法,分别绘制不同情景的丰、平、枯水年雨水集蓄系统的评价指标变化曲线,综合分析其变化特征并确定雨水蓄水池最优容积。结果表明：研究区已建蓄水池集雨率约为57%,有较大改进空间;番茄优化灌溉方案与实际灌溉方案相比,在产量仅减少5.5%的情况下,可节省水量23.6 m3,水分利用效率和灌溉利用效率分别提高7.2%和39%,说明优化方案在保证作物产量的同时可有效节水;实际集雨率和实际灌溉情景下,雨水蓄水池的最佳容积平均值为362 m3,在优化灌溉方案和提高雨水收集设施集雨率后,容积平均值分别为298和288 m3,说明节水灌溉和提高雨水蓄水池集雨率等措施,对雨水蓄水池容积优化和提高复用率具有显著影响。该研究可为指导农业雨水集蓄利用工程建设、促进非常规水利用的推广、保障农业可持续发展提供参考。     

东北典型黑土区表层土壤有机碳储量及适宜样本容量

为了对典型黑土区土壤碳库有更加清晰与深刻的认识,并为其他地区土壤碳储量调查研究提供参考,利用典型黑土区2003—2004年收集的209个样点的实测数据,估算黑土区表层土壤平均有机碳密度及储量,研究碳密度的影响因素,探讨碳储量估算中的适宜样本容量。结果表明:(1)典型黑土区表层土壤有机碳平均密度为(5.75±0.33)kg/m~2,有机碳储量为(523.82±30.06)Tg。(2)表层土壤有机碳密度受气候、地貌、坡度、土壤类型和土地利用类型的影响。土壤碳密度与气温呈反比,与降水量呈正比;碳密度坡脚坡中下部坡上部坡顶宽谷平地;当坡度≥3°时,碳密度随坡度增加呈减小趋势;黑土、草甸土和黑钙土的碳密度小于暗棕壤和沼泽土;林地和草地碳密度大于农地。(3)在95%的置信度下,本研究对典型黑土区土壤有机碳储量的估算误差约为5%;要使估算误差分别为1%和10%,则所需样本容量分别为5 549和56。     

天津市建设下凹绿地的雨水蓄渗效果分析

下凹绿地是一种简单的城市雨水蓄渗技术,该技术简单易行,工程投资少,效果好。下凹绿地的蓄渗量随下凹深度、绿地率增加而增加。根据天津市实际情况,经实验测试及理论计算得出,在绿地下凹100mm,绿地率为30%时,对1年一遇和2年一遇的雨水可达70%的蓄渗率,可以有效减少雨水洪峰量,增加地下水资源,同时减少绿地用水量。     

湿润地区连栋温室集雨量与蓄水容积计算

湿润地区降水量大,连栋温室集雨设计应以经济、适度集蓄为目标,需要确定合适集雨量和集雨池容积。为探明一种简便的计算方法,该文首先提出集雨容积模数用以描述雨水收集能力与收集程度,然后通过集雨量计算统计,选用origin8.0软件内含指数函数模型进行模拟,建立了集雨容积模数与雨水收集率的拟合方程,并提出集雨量计算式,且计算准确度不受降雨量大小影响。应用时,可利用公式和方程,测算任意集雨面积的全年可集雨总量,按集雨计划确定集雨容积模数,即可计算设计集雨池容积,计算方法对南方湿润地区的温室大棚集雨工程设计有广泛的应用和参考价值。     

基于叶面积指数改进双作物系数法估算旱作玉米蒸散

为准确估算和区分黄土高原旱作春玉米蒸散(evapotranspiration,ET),该文基于实测叶面积指数(leaf area index,LAI)动态估算基础作物系数,利用LAI修正土壤蒸发系数,并基于修正后的双作物系数法估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET,并以2012、2013年寿阳站基于涡度相关系统和微型蒸渗仪实测的春玉米ET和土壤蒸发(soil evaporation)对修正后的双作物系数法的适用性进行评估。结果表明:修正后的双作物系数法能够较为准确的估算春玉米ET,2012年春玉米全生育期ET估算值、实测值分别为365.3、372.6 mm,2013年分别为385.6、369.4 mm;2012年全生育期改进双作物系数法决定系数、均方根误差、模型效率系数和平均绝对误差分别为0.824、0.561 mm/d、0.817和0.449 mm/d,2013分别为0.870、0.381 mm/d、0.871和0.332 mm/d;同时,修正后的双作物系数法可对春玉米各生育期ET进行准确区分,土壤蒸发估算值与实测值有较好的一致性,2012年全生育期估算和实测土壤蒸发分别为0.98和0.99 mm/d,分别占ET的38.12%和37.08%;2013年估算和实测土壤蒸发分别为0.86和0.89 mm/d,分别占ET的33.59%和35.90%。因此,修正后的双作物系数法能够较为准确地估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET。该研究可为黄土高原区农田水分精准管理提供科学指导。     

不同空间布局对城市降雨径流的影响

[目的]探讨不同城市空间布局(包括分析绿地、建筑)分别到出水口不同水流长度、面积比等因素与降雨径流的关系,以优化城市典型下垫面的空间布局,实现城市雨水径流的控制。[方法]以漯河市中心城区为研究对象,基于2016年3月航拍影像,提取中心城区的土地覆被信息,利用SWMM模型分析研究区在不同降雨重现期的径流特征以及影响降雨径流的因素,并定量研究城市绿地、建筑不同空间分布格局对径流削减的影响。[结果]绿地、建筑面积比与径流系数呈极显著负相关,二者到出水口的水流长度对产流效应有较显著影响,绿地较建筑离出水口近的子汇水区径流系数较小,其中重现期为5a时,径流削减率最高可达到44.49%。[结论]结合水流长度、面积比等因素,合理安排绿地、建筑的规模及布局,可实现雨水空间再分配,从而达到削减径流的目的。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。     

紫色丘陵区侵蚀性降雨与降雨侵蚀力特征

降雨侵蚀力（R值）的空间分布反映了区域气候对土壤侵蚀的作用。利用四川盆地紫色丘陵区多年实测降雨资料,应用频率分析法,推求该地区侵蚀性降雨的一般雨量标准,揭示该地区侵蚀性降雨及其侵蚀特征,进而运用降雨侵蚀力日降雨量计算方法,分析紫色丘陵区降雨侵蚀力时空分布特征。结果表明：1）紫色丘陵区顺坡休闲农耕地的侵蚀性降雨的一般雨量标准为11．3mm;2）紫色丘陵区多年平均总降雨量中有60％以上属于侵蚀性降雨,侵蚀性降雨主要集中于5—9月,其中7、8月年均侵蚀性降雨量和土壤侵蚀量最大,空间分布上表现为丘陵区边缘地区大于中部地区;3）紫色丘陵区年均R值介于5000～6500MJ／（mm·hm^2·h）之间,由丘陵区周边向中心逐渐减小,研究区北部的巴中、达县、阆中3站的年均降雨侵蚀力形成高值区,中部的遂宁站形成低值中心,北部大于南部,西部大于东部;4）紫色丘陵区R值主要由≥15mm的降雨构成,占76．9％-82．1％,年内集中度较高,主要分布在汛期5—10月份,占年R值的89％以上;5）R值的年际变化较大,达到中等程度变异,不同地区的R值年际变化差异较大,但并未表现出明显的随时间变化的增减趋势。     

模拟降雨条件下作物植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max）、谷子（Setaria italica）和冬小麦（Triticum aestivum Linn.）不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,研究采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数作物冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了作物不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了3者与作物叶面积指数和降雨强度的关系。结果表明：在40和80 mm/h降雨强度下降雨30 min,玉米、大豆、谷子和冬小麦冠下穿透雨率分别平均为65.15%、85.52%、80.05%和72.18%;在40和80 mm/h降雨强度下降雨10～20 min,4种茎秆流率分别平均为34.59%、13.58%、19.42%和26.34%;在0.3 mm/min喷雾强度下,作物冠层截留量相对较小,冠层截留率分别为0.26%、0.90%、0.53%和1.48%。随作物生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是2者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著（p＞0.05）。随着作物生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,具有趋于向行中汇集的趋势。该研究揭示了黄土高原地区主要作物对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

贵州省喀斯特阔叶林降雨截留分配特征

[目的]对贵州省喀斯特阔叶林降雨截留分配特征进行研究,为喀斯特地区水土保持和森林生态功能分析提供参考。[方法]以贵州喀斯特阔叶林的降雨分配特征为研究对象,利用2015年9月至2016年3月间野外实测的25场降水数据对森林林冠层、灌木层的降雨截留分配特征进行研究。[结果]观测期内降雨以小雨和中雨为主,降雨总量为208.25mm;树干流总量为21.83mm,占降雨总量的10.48%,变化范围为0~14.3%;林间穿透雨总量为186.89mm,占降雨总量的89.7%。灌木层截留总量为34.86mm,占降雨总量的16.74%;林冠截留的总量为22.58mm,占同期降雨的10.84%。当林外降雨量大于1.15mm时,研究区内开始产生树干流,且树干流与林外降雨量呈线性正相关关系;灌木截留量随着降雨量的增大而增大,但林冠层截留率与降雨量之间没有明显的相关关系。[结论]喀斯特阔叶林对降雨具有较强的截留和再分配作用,对区域水量平衡和水土保持具有重要影响。     

漓江上游典型森林群落内外降雨特征研究

2009—2011年,对漓江上游典型森林群落木荷(Schima superba)林内和林外降雨进行了观测,结果表明:试验区降水年内分配极不均匀,干旱与暴雨频发,雨季降水占全年降水的82.39%,旱季降水仅占全年江水的17.61%。2011年生长季节总体表现为极其干旱,但降水总量却高于前几年的平均值,5—6月降水总量占观测期间降水总量的63.59%。单次最大降雨16h达319.8mm,降雨强度达20.0mm/h;超过50mm的日降雨量占观测日降雨总量的65.25%。木荷林内外降雨联系紧密,林内穿透降雨量与林外降雨量存在显著线性相关,但降雨穿透率与林外降雨量及强度之间的关系复杂。在高雨量级或强降雨情况下,林内降雨穿透率大,变异小,小于2.5mm/h的降雨穿透率为60.96%,变异系数为39.81%;大于8.0mm/h的降雨穿透率为72.40%,变异系数为5.64%。本研究为正确认识流域森林生态水文功能,制定有效的水资源调配和水源涵养林管理措施提供科学依据。