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。     

基于GIS技术规划城市节水型绿地系统的研究

为实践海绵城市理念,充分利用雨水资源,为哈尔滨市松北区核心区规划具节水功能的绿地系统,该文利用GIS技术,结合彭曼公式,计算研究区可收集雨水资源量和绿地植物需水量,并定位节水绿地位置和规划节水绿地系统。研究区降水量在485～671 mm间,6—8月降雨量占全年降水量的66.4%;研究区年可利用雨水量512.68万m3,雨水资源潜力巨大;5—10月研究区绿地植物需水总量639.71万m~3,同期可收集雨水总量456.17万m~3,满足植物需水量的71.31%。建立研究区DEM模型,将坡度3°～15°间的绿地确定为渗透绿地,坡度3°以下的绿地确定为集水绿地,确定了研究区节水绿地分布图,可建节水绿地面积1 664.19 hm~2,占研究区总面积的37.10%;以节水绿地为主体,结合了水利科学和地理信息科学理论知识,优先规划了能利用城市雨水资源的节水绿地系统,使远期绿地率达43%。     

西南丘陵区小流域蓄水池优化选址(英文)

该文以保证蓄水池合适的汇水面积和实现最大程度自流灌溉为目标,同时考虑了丘陵地区地形高差的"天然优势",提出了丘陵地区蓄水池选址的方法。在研究区地形数据和研究时段降雨数据的基础上,以保证200 m3蓄水池汇流量和流域作物7至10月份灌溉需水量为目标,通过设置合理的集水工程选址约束条件,利用Arc Gis水文分析、叠置分析及空间查询等空间分析工具筛选出65处适合修建200 m3蓄水池的位置。经计算得到蓄水池平均汇水面积为0.31 hm2,在当地降雨条件下能够保证200 m3蓄水池的汇水量。选址优化后蓄水池能够对流域内近50%的农田进行自流灌溉,较好地实现了保证蓄水池灌溉效用和降低灌溉成本的统一。该选址方法可指导丘陵地区土地整理项目规划阶段不同规格蓄水池的选址,也可为其他类型雨水集蓄工程选址提供借鉴。     

椰糠条栽培番茄的蒸腾反馈智能灌溉系统研制

为满足番茄椰糠条栽培条件下自动精量灌溉的需要,该研究研制了一套蒸腾反馈智能灌溉系统,包括蒸腾检测组件、通信组件、决策组件和灌溉组件。蒸腾检测组件基于压力传感器测定番茄蒸腾量;决策组件基于椰糠条的持水特性和番茄蒸腾量的变化建立了灌溉精量控制模型,精确控制水泵启动和关闭,使灌溉量根据作物蒸腾量的多少变化,并根据回液量及其电导率(Electrical Conductivity,EC)值变化判断调用正常灌溉模式或淋洗模式,使椰糠条始终处于适宜的含水量范围内,保持一定的水气比,以利于番茄根系生长和吸收营养液,解决灌溉不足造成的干旱胁迫和灌溉太多造成的营养液浪费和回液处理量大的问题;通信组件用于各模块间信号的传递。以荷兰RIDDER公司研发的基于光辐射积累量控制的灌溉系统为对照,检验该蒸腾反馈智能灌溉系统的应用效果。结果表明,在番茄盛果期,该系统的灌溉量比对照增加9.4%,回液量减少18%,且回液EC值比较稳定;与定时灌溉相比,减少灌溉量32%,减少回液量57%,有更多的营养液被植物吸收利用。栽培效果显示,使用该系统灌溉的番茄产量、株高、节数与使用荷兰RIDDER公司研制的灌溉系统的没有显著差异,取得了与之相同的灌溉效果;而且,在5 000 m~2温室内设备设计使用年限10 a条件下,该智能灌溉系统年运行成本与之相比还降低了20.8%,并能够满足自动精量灌溉的需求。若根据基质类型不同调整灌溉控制模型参数,该系统也可应用于岩棉条栽培、混合基质盆栽等其他无土栽培的智能精量灌溉。     

基于无线传感网络与模糊控制的精细灌溉系统设计

为准确判断作物需水量并确立合适的灌溉控制策略,实现作物的自动、定位、实时与适量灌溉,设计了基于ZigBee无线传感网络与模糊控制方法的精细灌溉系统。该系统通过ZigBee无线传感器网络采集土壤水势与微气象信息（包括环境温度、湿度、太阳辐射与风速等）,并传输灌溉控制指令;结合FAO56 Penman-Monteith公式计算农田蒸散量,并将农田蒸散量和土壤水势作为模糊控制器的输入量,建立了多因素控制规则库,实现了作物灌溉需水量的模糊控制。试验结果表明该系统经济实用、通信可靠、控制准确性高,特别适用于中小型灌溉区域的精细灌溉。     

灌木式屋顶绿化设计及对屋面初期雨水的净化

[目的]探讨灌木式屋顶绿化屋面承载力及对屋面初期雨水径流污染物的净化效果,为屋顶绿化设计及雨水资源化利用提供一定的理论指导。[方法]根据屋面所能承受承载力大小及屋面雨水径流的特点设计灌木式屋顶绿化结构,采用蛭石、珍珠岩作为吸水剂,与红壤土、腐殖土按一定比例复配为屋顶灌木绿化的种植基质。通过将收集到的屋面雨水模拟降雨,淋洒屋顶灌木,对其干、湿重荷载和对雨水去除效果进行研究。[结果]1m3复配的人工土壤的饱和吸水量为0.65m~3,种植基质湿容重为1 190kg/m~3,灌木式屋顶绿化的干、湿重荷载分别为261,529kg/m~2。对屋面初期雨水中的SS,COD,TN,TP的削减量分别在60.1%~71.3%,50.0%~61.8%,49.2%~53.2%和55.6%~67.7%之间。[结论]灌木式屋顶绿化能满足一般建筑物屋顶的荷载要求,同时对初期雨水径流具有较好的净化效果。     

基于模糊控制的精确灌溉系统

设计了基于模糊控制的节水灌溉系统，由作物蒸腾量和土壤水势为输入，以作物需水量为输出，通过对输入变量的模糊化、模糊推理和反模糊化，获得了作物的需水量，采用三星单片机为核心，由作物蒸腾和水势变送器分别测量作物蒸腾量和土壤水势，使用分段模糊控制策略构成灌溉系统。试验结果表明：该系统能快速准确地计算出作物的需水量，有效地实现了节水灌溉。     

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。     

民勤三项农业节水措施的相对潜力估算

该研究利用FAO-56推荐的灌溉指标法,计算民勤农田灌溉需水量,并通过设定情景,在可比条件下探讨《石羊河流域综合环境治理规划》中提出的3项措施在压缩农业用水方面的潜力。结果表明,在相同气候条件和传统灌溉方式下,民勤县主要农作物2006年灌溉需水量比1973年增加0.22亿m3;其中播种面积增加与种植结构调整都是促进用水因素,种植结构调整的贡献率高于60%。在相同气候条件和不改变种植结构的情况下,玉米和棉花采用膜下滴灌方式可压缩用水0.55亿m3。基于规划目标和情景分析,仅依靠压减耕地面积达不到规划要求的节水目标;具有节水潜力的是膜下滴灌等节水灌溉技术。     

节水灌溉自动控制系统的研究

为了节约植物灌溉用水，提高水资源使用效率，该文采用单片机、传感器、RS-485网络、无线通讯以及变量控制等技术，设计了一套闭环控制的精准灌溉控制系统。该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、土壤水分传感器和阀门控制器组成。其中，底层传感器和阀门控制器通过RS-485总线连接至灌溉监测控制器，灌溉监测控制器通过无线通讯模块与中央监控计算机相连。该系统实现了土壤含水率的在线自动监测，并依据植物的土壤含水率灌溉阈值自动控制灌溉系统。试验表明，该系统可以达到精准灌溉的要求，结合植物的土壤含水率生存阈值和最大生物量     

不同绿化屋面对雨水调蓄能力的影响

[目的]为了分析不同基质层厚度的绿化屋面对雨水的调蓄作用。[方法]通过搭建绿化屋面装置,采用人工降雨模拟器开展试验,在不同基质层厚度和降雨条件下,对绿化屋面的降雨—径流过程、持蓄雨水和减滞洪峰能力进行了研究。[结果]基质层厚度在一定的范围内时,绿化屋面出水的洪峰过程具有很高的相似性;绿化屋面基质层厚度与降雨持蓄率呈指数函数的关系;洪峰削减率与降雨强度无明显关系,主要由基质层厚度决定。[结论]绿化屋面能在一定程度上降低雨水的径流峰值,减少总的径流量,延缓产流时间,且随着基质层厚度的增加,绿化屋面对雨水的调蓄能力越好。     

雨水花园对实际降雨径流的调控效果研究

基于海绵城市倡导的雨水自然积存、自然渗透、自然净化理念,根据西安地区降雨特征,设计建造了入渗型和防渗型两套雨水花园。2015~2017年对33场次降雨事件径流调控效果进行了监测分析。结果表明:(1)以原状土为填料的防渗型雨水花园设施水量削减率为11.2%~100%(中位数=69.14%);(2)污染物浓度超越概率分析结果显示,径流雨水经过雨水花园系统后,总氮、氨氮、总磷和化学需氧量出流浓度超过地表水环境质量标准Ⅳ类限制的概率,与入流浓度超过地表Ⅳ限制的概率相比,分别降低了58.57%,2.71%,20.57%和29.71%;(3)雨水花园设施场次径流水量削减率与污染物负荷削减率的相关关系在0.857以上;(4)通过监测的场次降雨量及系统进水和出水水质水量,估算的雨水花园系统年径流污染物浓度去除率为11.93%~60.97%,径流污染物年负荷削减率基本在70%以上。     

超纤渗灌对绿色屋顶土壤水分和蒸散发的影响

为研究超纤渗灌对绿色屋顶土壤水分及蒸散发的影响，以金鱼草、七里香、罗汉松、太阳花、多肉及佛甲草为试验材料，观测有无超纤渗灌处理下的绿色屋顶土壤含水率，并通过三温模型及蒸渗仪法测算不同植物的蒸腾速率及蒸散量，评估超纤渗灌对绿色屋顶蒸散发的影响。结果表明：超纤渗灌处理下的七里香、金鱼草及裸土种植盆内的平均土壤含水率分别比无超纤渗灌处理提高27%，18%及47%，超纤渗灌能增加土壤含水率，减少水分胁迫情况的发生。在夏季（雨季），超纤渗灌处理的植物蒸腾速率总体显著（P<0.01）大于无超纤渗灌处理，且气温越高，植物冠层温度与气温温差越大。在冬季（旱季），超纤渗灌能使屋顶基底温度平均高出0.25 ℃，减小温度变化振幅；超纤渗灌处理能使佛甲草夜间蒸散量增加0.14 mm，但白天有超纤渗灌的蒸散量比无超纤渗灌低了0.57 mm，总体减少了9.3%。超纤渗灌能提高绿色屋顶土壤含水率，在夏季增加植物蒸散量，在增加冬季夜间屋顶蒸散量的同时，也有利于绿色屋顶白天吸附空气湿气，促进这一部分非降水资源的利用。     

绿色屋顶降雨径流削减效果监测与过程模拟

选择平面、斜面、绿色、滞蓄4种不同形式屋顶,采用"液位计+三角堰"的径流测量方法,开展降雨径流对比监测。结果表明,相比平面与斜面屋顶平均径流系数(分别为0.68和0.84),绿色与滞蓄屋顶平均径流系数分别为0.41和0.43,均明显有所减小,并且数值相差不大,反映出相近的径流总量削减效应。比较分析绿色与滞蓄屋顶降雨径流过程,2类屋顶径流过程接近,产流后水流运动机制相似,均受上部积水水头作用影响,并以孔流(孔隙、孔口)形式出流,可以采用相似的水库概念模型进行简化模拟。根据土壤水饱和下渗理论,考虑到绿色屋顶基质层厚度有限,推导建立了描述绿色屋顶饱和产流后降雨径流过程的基本方程,并应用于模拟绿色屋顶降雨径流过程。结果表明,径流过程计算值与实测值间决定系数值为0.85、Nash-Sutcliffe效率系数值为0.84,初步验证了模型的合理性。研究成果有助于深入认识绿色屋顶对降雨径流的削减效应与出流机制。     

基于水量平衡的红壤丘岗坡地利用结构拟合

以集雨区水量平衡为基础,从分析坡地水文过程入手,以坡地不同生态系统雨水分配、降雨过程地表径流产量、径流过程的土壤及养分流失量为参数,以生产灌溉对集雨的要求、坡地不同生态系统对雨水侵蚀的承载力、坡地雨水运移过程对环境和区域洪涝灾害的影响为约束条件,拟合出红壤丘岗坡地农林复合生态系统构建适宜的土地利用结构:人工林占30%,人工草地占15%,果药茶园占30%,耕地占20%,自然保护区占5%。该用地比例(结构)既满足于地貌单元(集雨区)生态系统利用坡地集雨维持系统水循环平衡的要求,也满足于坡地农林复合生态系统的可持续性保护的要求。     

天台花园建造技术和设计的探讨

本文针对屋顶特定环境，探讨园林工程技术和设计问题。重点论述如何设计建造屋顶─天台花园的工程技术处理。考虑房屋整体的承载能力，减轻天台花园的总重量；注意解决平顶屋面的防渗、防漏问题，并做好花园的排水、灌溉、防风以及植物配置的材料选择等技术处理。进而分别简要论述大、中、小型的天台花园的设计、施工具体做法。     

A Field Evaluation of Rain Garden Flow and Pollutant Treatment

Rain gardens have been recommended as a best management practice to treat stormwater runoff. However, no published field performance data existed on pollutant removal capabilities. Replicated rain gardens were constructed in Haddam, CT, to capture shingled-roof runoff. The gardens were sized to store the first 2.54 cm (1 inch) of runoff. Influent, overflow and percolate flow were measured using tipping buckets and sampled passively. Precipitation was also measured and sampled for quality. All weekly composite water samples were analyzed for total phosphorus (TP), total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammonia-nitrogen (NH₃-N), and nitrite+nitrate-nitrogen (NO₃-N). Monthly composite samples were analyzed for copper (Cu), lead (Pb) and zinc (Zn). Redox potential was measured using platinum electrodes. Poor treatment of NO₃-N, TKN, organic-N, and TP in roof runoff was observed. Many Cu, Pb and Zn samples were below detection limit, so statistical analysis was not performed on these pollutants. The only pollutants significantly lower in the effluent than in the influent were NH₃-N in both gardens and total-N in one garden. The design used for these rain gardens worked well for overall flow retention, but had little impact pollutant concentrations in percolate. These results suggest that if an underdrain is not connected to the stormwater system, high flow and pollutant retention could be achieved with the 2.54 cm design method.     

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。     

绿化屋面的水文水质特征分析

通过人工搭建绿化屋面装置,重点研究了绿化屋面的径流削减率、产流过程和出水水质3个方面。结果表明,绿化屋面的径流削减率符合一定的阶段性计算公式;绿化屋面产流过程中的径流总量、前期削减量和后期削减量三者与基质层高度呈现不同的线性相关性;绿化屋面能够有效降低雨水中的总氮浓度和COD浓度,但氨氮浓度和总磷浓度有所升高;最后,综合水文和水质两方面,建议绿化屋面基质层高度范围是10—20cm。