平原湖区外江水位变化对排涝流量的影响

为准确模拟排区涝水产汇流过程及水量,以湖北省四湖流域螺山排区为例,通过耦合SCS和MIKE11模型来建立排区尺度的涝水产汇流模型,分别采用1980年、1983年和1991年、1996年螺山泵站站前的实测水位数据对模型进行率定和验证,并通过设置不同设计暴雨和外江水位的组合,以评估外江水位变化对排涝流量的影响。结果表明:率定期1980年和1983年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.20%和-0.40%,相关系数分别为0.980和0.952,效率系数分别为0.949和0.849;验证期1991年和1996年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.10%和1.70%,相关系数分别为0.919和0.967,效率系数分别为0.782和0.906,表明耦合模型模拟效果较好,适用于螺山排区产汇流模拟。根据5年一遇、10年一遇3日暴雨与5年一遇、10年一遇汛期最高5日平均水位、泵站设计外江水位组合下排涝流量的模拟可知,在相同的设计暴雨下,外江水位越高,泵站的抽排流量越小,并且对内涝造成的不利影响越大。如按排涝泵站水泵的性能曲线进行模拟,精度将提高19.6%~53.8%。     

上湾煤矿井田小流域水土保持技术与治理效果

红石圈渠小流域雨季产生的水土流失直接对上湾煤矿安全生产构成严重威胁。通过实施治沟与治坡、造林与管护相结合的治理水土流失技术措施,水保工程有效地拦截住130年一遇特大暴雨形成的洪水,治理小流域水土流失获得显著防洪护矿、保持井田水土的生态经济效益。     

黄土丘陵沟壑区小流域水沙侵蚀过程的情景模拟分析

在黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀水沙耦合数学模型基础上,以黄河中游典型流域岔巴沟流域为研究对象,根据工程水文学设计暴雨的方法生成各种假设暴雨过程,在固定下垫面不变的条件下,进行模拟计算并分析流域100年一遇、50年一遇和10年一遇设计暴雨的产流产沙效应。在几种不同的假设植被覆盖度下,分别模拟计算同一场典型暴雨在不同植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程。模拟结果表明：1）根据岔巴沟流域100年一遇（P=0．01）、50年一遇（P=0．02）和10年一遇（P=0．1）设计暴雨3种情景下的水沙计算特征可知,100年一遇降雨（P=0．01）对应的洪峰流量和沙峰分别为805m^3／s和77．5万kg／s,50年一遇降雨（P=0．02）对应的洪峰流量和沙峰分别为595m^3／s和50．2万kg／s,10年一遇降雨（P=0．1）对应的洪峰流量和沙峰分别为108m^3／s和12．1万kg／s,根据以上计算结果可大致推断1970-2000年的绝大多数侵蚀观测场次的水沙重现期在10年一遇和50年一遇之间;2）该流域植被覆盖度的减水减沙效应显著,增加25％植被覆盖将减少水量73％和沙量84％,而减少25％的植被覆盖将增加29．9％的径流和18．6％的泥沙。不同降雨和植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程情景模拟分析结果可为黄土高原丘陵沟壑区流域水土保持工程规划与设计提供依据。     

甘肃西峰地区“1988·7·23”特大暴雨灾害与水保措施调查评价

作者通过对甘肃陇东黄土高原沟壑区1988年7月23日发生的特大暴雨灾害(300年一遇,中心点的降水量210～240mm)的调查,根据实地获取的资料,分析了该次暴雨系由局部地热对流而形成,由700hpa的“人”字型变所触变。降雨历时仅2h5 min至2h35min,但成灾是严重的。本文分析了暴雨在塬区造成灾害的自然原因和人为原因;分析评价了本区水土保持工程措施,如条田、沟头防护、库坝、造林等的优点与不足。提出了塬、坡、沟综合防治体系思想,并针对黄土高原暴雨多系局部地热对流所形成和降雨量大、降雨强度大的特点,建议提高水保规划、设计和施工的抗灾能力。     

黄土高原暴雨产沙路径及防控——基于无定河流域2017-07-26暴雨认识

黄土高原大规模生态建设显著降低黄河输沙量,但暴雨条件下,黄河典型支流输沙量仍然维持在高位。2017年7月26日无定河普降暴雨,白家川站洪峰流量达4 480 m~3/s,最大含沙量达837 kg/m~3,为1975年建站以来最大洪水。暴雨后,笔者对典型小流域侵蚀输沙特征进行调查,暴雨情况下,小流域土壤侵蚀模数仍然很高,但是由于坝系拦蓄,流域泥沙输移比显著降低。暴雨条件下,黄土高原丘陵沟壑区产沙路径为梯田下部田坎寅坡耕地寅土质道路寅沟壁寅淤地坝垮坝寅沟道及河道堆土。针对产沙路径,笔者提出新形势下黄土高原土壤侵蚀5条防治对策:1)完善小流域寅一级支流寅黄河干流三级输沙通道,保障排沙畅通;2)持续推进退耕还林(草)和坡改梯工程,加强坡耕地治理;3)加强农村道路建设和坡面径流调控能力建设,防治道路和沟壁侵蚀;4)加强梯田管护;5)加强生产建设项目监管,管控建设项目弃土。     

台风“利奇马”暴雨引发的土壤侵蚀调查研究——以山东省临朐县为例

[目的]实地调查极端降雨事件下的土壤侵蚀特征,探寻水土流失治理中存在的问题,为人类应对极端天气灾害提供科学依据。[方法]以受2019年8月9号台风"利奇马"暴雨影响较大的山东省临朐县为调查区域,采用资料分析与野外调查相结合的方法,分析曾家沟、耿家沟典型小流域的坡面侵蚀、道路侵蚀及弥河上游各级河道的冲淤情况。[结果]"利奇马"台风过境期间,暴雨中心的雨量站降雨量达到50 a一遇标准;林草地、撂荒地基本无细沟侵蚀发生,坡耕地细沟侵蚀模数为4 560～19 500 t/km~2,梯田田面上细沟集中于承接上方汇水的位置;受植被保护或石坎梯田的田坎完好,而其他类型田坎滑塌严重。调查样地滑塌侵蚀模数301～36 321 t/km~2,田坎滑塌最为严重;河岸尤其是弯顶处冲刷严重,河道回流区、两河交汇处、拦河坝以及桥梁上游等淤积量较大。[结论]小流域的水土保持措施可减少暴雨造成的土壤侵蚀量。建议针对不同部位和利用类型的土地设计修建适宜的蓄排水和保土措施,并加强对农民的水土保持型农艺培训,提升极端暴雨下的水土流失防灾减灾能力。     

西黑岱沟流域坝系相对稳定性分析

 为给小流域坝系工程建设的前期规划工作与科研提供科学依据,根据西黑岱沟流域治理现状及影响坝系稳定有关因子的实测资料,对坝系的相对稳定性进行分析。结果表明,小流域坝系实现相对稳定,其淤地面积虽是最基本条件之一,但不是唯一的条件。衡量坝系是否实现了相对稳定性,必须同时满足以下4个条件:一是每km2的坝控面积范围内应有坝地7.8hm2,坝地面积与坝控面积的比值,即坝系相对稳定系数达到1/12.7;二是坝系运行15a后,每隔3～5a要对坝体进行维修加高,使坝系防洪能力长期保持100年一遇或大于100年一遇的防洪标准;三是在每km2的控制范围内,要有骨干坝0.3座、淤地坝1.0座,坝系的整体布局与结构要达到合理,使暴雨洪水达到均衡分配;四是坝系的安全系数小于1。建设目标实现后,坝系进入相对稳定状态,在设计频率100年一遇的暴雨洪水标准下,坝系安全系数等于0.94,坝地种植的高秆作物可以达到保收,此时,坝系安全和坝地保收能力可趋向于统一。     

陕北子洲县“7·26”特大暴雨引发的小流域土壤侵蚀调查

[目的]2017年7月25日20时到26日8时陕北榆林地区突降了一场特大暴雨,造成了严重的洪水灾害与经济损失。通过考察该次暴雨造成的土壤侵蚀危害,旨在为今后该区水土流失治理及暴雨灾害的防御提供依据。[方法]于2017年8月2—6日赴暴雨受灾区子洲县,选取了清水沟、马家沟、蛇家沟3个典型小流域作为重点调查区域,对该次暴雨下流域内坡耕地、退耕林草地、梯田、填沟造地、淤地坝、道路等的土壤侵蚀特征进行了调查与分析。[结果]在"7·26"特大暴雨洪水下,坡耕地细沟发育明显,甚至产生小切沟;而2000年退耕的林地和自然恢复草地以面蚀为主,无明显细沟产生;新修梯田连接两阶田面的道路及承接路面来水的田面冲毁严重,田埂部分区段被冲开,田坎发生塌落;在削坡填沟造地区域,不仅农作物和坝体遭到严重破坏,而且残蚀了田旁新修道路,切割裸露沟壁多处发生土体塌落;淤地坝或轻或重都存在损毁与隐患,但在该次暴雨中滞洪拦沙作用明显。同时,在调查中发现该区陡坡耕种现象依然存在,小流域蓄排水系统缺乏,部分水土保持工程管理与维护不到位,经济发展水平低,农民水土保持意识淡薄。[结论]"7·26"特大暴雨洪水造成的土壤侵蚀依然很严重,而退耕林草地的土壤侵蚀轻微,证明水土保持工作在该区依然十分重要。在生态环境脆弱的陕北黄土高原地区,应该继续加强环境保护措施,加大水土保持治理力度,特别是陡坡退耕。同时,专业设计并实施小流域蓄水、引水、排水网络系统十分必要。     

沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除试验

为研究原位状态下灌区沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取农沟-斗沟尺度的3段典型排水沟渠和一处塘堰,分别于2009-2010年5—9月水稻生育期在沟渠和塘堰进出水口采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,灌区农沟-斗沟尺度典型排水沟渠对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷整体去除率分别为44．6％、9．9％、37．3％、35．1％;塘堰对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷的平均去除率分别为15．2％、15．6％、30．2％、-6．5％。典型沟渠和塘堰对氮磷污染的去除表现出一定的抗冲击自修复性。原位条件下,由于排水沟中水力停留时间都不长,使得种植不同植被的沟段之间对氮磷的去除效应差异性不明显。塘堰湿地系统中植被的选育及其管理对去除稻田排水氮磷污染具有重要意义。     

小流域典型暴雨实测洪水对榆林水文手册中计算方法的验证

在建设工程设计时,经常需要进行水文计算,其结果正确与否对设计标准和概算投资影响很大,关系着工程安全。利用桥沟小流域1994年8月4日典型暴雨洪水实测资料,比对用《榆林地区实用水文手册》及《水土保持治沟骨干工程技术规范》中的方法计算设计洪水,发现采用最大24 h暴雨时段设计洪水的拟合效果,以《榆林地区实用水文手册》中的推理公式法计算结果最为理想,洪峰流量、洪水总量、涨水历时的拟合精度分别达99.0%、98.0%和98.5%。研究认为,在榆林地区工程设计的水文计算中,应用《榆林地区实用水文手册》中的推理公式法较为合理。     

排水沟塘分布特性及与农田水力联系对水质净化能力的影响

湿地是一种能够有效治理农业非点源污染的生态设施;在一些无法建设人工湿地的地区,现存的排水沟塘系统具有类似湿地的水质净化效果。为研究排水沟塘的分布以及其与农田水力联系对其水质净化能力的影响,该文以扬州市江都区昭关灌区为例,首先通过实地调查,明确研究区不同形式沟塘的分布规律,确定沟塘与农田逐级详细水力联系,然后建立理论分析模型,分别计算考虑与不考虑水力联系2种情况下,沟塘的污染物去除能力。结果表明,考虑水力联系后,污染物去除能力为不考虑水力联系的70%~84%;水质净化作用主要集中在一些面积较大的支沟和池塘。从农田排水的角度考虑,尺寸较大沟塘会出现一定的水力冗余,但是从水质改善的角度看,则有必要保留。研究区可通过较为简单的工程措施来优化水力联系,提高其污染物的去除能力。     

兼顾排涝标准与水质净化要求的农业圩区最优水面率确定

针对农业圩区的排涝以及水环境问题,该研究以江苏里下河地区为研究对象,以满足里下河圩区设计排涝标准与水质净化要求为目标,构建农业圩区坑塘-排水沟道湿地系统最优水面率数学模型.模型以工程系统总费用现值最小为目标函数,以泵站涝水外排能力与圩内水面率、水面率上下限、水环境容量与圩内坑塘与排水沟道系统的关系(主要包括圩内坑塘沟道...     

华北低平原农田排水沟平填及洪涝灾害风险分析

近20 a来,华北平原普遍出现平填农田排水沟现象。为分析排水沟平填状况及平填后洪涝灾害的发生风险,该研究基于土地利用调查数据库,以地处华北低平原的河北沧县为例,运用Arc GIS10.2分析1992-2010年间沧县排水沟面积变化情况,采用实地调查法来验证和分析排水沟平填现象,并从降水量、地下水位、土壤水、上游来水等方面对排水沟平填后可能发生的洪涝灾害风险进行分析。研究结果表明:1992-2010年间,排水沟面积减少了37.73%,其中农田末级排水沟平填最为严重,排水体系贯通性下降;通过水文要素分析得出沧县地区洪涝灾害的发生风险有所降低,平填末级排水沟对洪涝灾害的发生影响不大。基于此,该文认为华北平原的不同区域,应根据所处地形地势、地下水位、土壤状况来重新设计排水体系,通过土地整治,使其既能增加耕地面积,又不致引发洪涝灾害。该研究结果可为土地整治规划及农田基础设施建设提供参考。     

灌区沟水再利用泵站工程经济评价与结构模式探讨

在排水沟上建立不同型式的沟水再利用泵站是开源补灌的主要工程措施,为探讨灌区沟水再利用适宜的泵站工程模式,该文采用面上调查和理论评价分析相结合,对沟水再利用泵站的适宜规模、基本结构模式及布局形式进行了理论探讨和经济评价。结果表明,对于沟水补充灌溉泵站工程,1 500元/hm2左右的泵站投资规模易于推广和应用,对于纯沟水灌溉泵站工程,6 000元/hm2左右投资规模可以作为推荐采用类型;根据沟水流量大小和沟道规模,可采用跨沟式或旁侧式布局形式,对于纯沟水灌溉用水方式,为进行适时适量灌溉,以保证作物正常生长,宜采用能调控水位的跨沟式泵站工程。该研究为制订当地水资源合理利用规划提供了依据,并为今后进一步发展灌区沟水灌溉提供了理论基础。     

水库防渗措施及坝后排水沟距离对周边农田地下水埋深的影响

干旱区平原水库渗漏对下游农田土壤的水盐动态变化影响较大,易造成土壤的次生盐渍化和沼泽化。水库常采用"上防下排"措施来降低坝后农田地下水埋深,但排水沟参数如何选择,与坝基防渗体如何联合使用,治理效果如何等都值得深入研究。该文基于非饱和土体渗流理论,以恰拉水库周边农田为研究对象,针对"上防下排"措施进行数值模拟,分析恰拉水库采用水平铺盖、悬挂式防渗墙或无防渗措施时,坝后农田地下水埋深与坝后排水沟位置及深度的关系,并针对下游坝坡稳定及坝后积水进行分析,并通过田间试验进行验证。研究表明:在不同的渗流控制方案下,农田地下水埋深均以排水沟中轴线为对称轴呈现"漏斗形"降落趋势,排水沟前地下水埋深逐渐增大,排水沟后的地下水位有一小幅度的减小,因此,"上防下排措施"从"源头"处减小渗水进入坝后农田,增大农田地下水埋深。3种方案对比显示,不同"上防下排"渗流控制方案在遏制水库渗漏和减小坝后农田地下水的效果不同。悬挂式防渗墙和无防渗体工况不能有效减小水库的渗漏量,联合排水沟使用效果较差。22倍水头的水平铺盖在渗流控制方面优于悬挂式防渗墙和无防渗体时的工况,联合坝后排水沟及时排水后,可有效的将地下水埋深控制在2.72 m左右,大于当地的地下水临界水位2.45,有效遏制坝后土壤的盐渍化趋势。排水沟设置的位置和深度对大坝稳定存在一定影响,计算实际工况(22倍水平铺盖)时下游坝坡抗滑安全系数为1.358,大于下游坝坡最小抗滑安全系数1.242,下游坝坡处于安全状态。排水沟设置后,坝趾至沟间的积水长度是产生坝后沼泽化的主要原因。计算和实测实际情况下的积水长度为0.27 m,沼泽化面积较小。此外,计算还发现避免农田沼泽化对应的排水沟最小深度为5.18 m,实际工程中排水沟深度为6 m,可见当前的防渗形式以及排水沟至坝趾的距离及深度是合理的。库水位变动、排水沟排水的及时性对坝后地下水埋深也有较大的影响,排水沟作为辅助措施应与农田排水沟(渠)、水库防渗体以及农田灌溉制度配合使用,才能更加有效的发挥作用。     

农业排水沟塘系统污染物去除监测区代表性分析

农业排水沟塘的不均匀分布造成了不同沟塘单元在污染物去除能力上的差异,从而影响采用局部监测区推求系统整体去除污染物能力的代表性,合理选择监测区是正确评价其环境功能的关键。该文根据南方平原区一典型沟塘的分布情况,以江都昭关灌区作为研究区,针对表征污染物相对和绝对去除效果的指标,研究了由不同沟塘单元组成的监测区代表性问题;计算了不同监测区可能导致的误差,分析了影响代表性及误差的因素。结果显示,当降解系数r分别为0.01、0.05和0.10 m/d时,以沟塘系统整体的污染物去除效果作为参照,所有单元的去除强度比α平均值大于1,去除率比β平均值小于1;当降解系数r=0.05 m/d,池塘、支沟和农沟的去除强度比α平均值分别为1.90、1.11和0.64,去除率比β平均值分别为0.29、1.10、0.94。在沟塘分布不均及其水力关系复杂条件下,大多数水文单元或单个排水支路都难以精确地代表整个系统;一个特定监测区对于不同指标的代表性存在差异,监测区的代表性受到沟塘面积以及污染物自身降解能力的影响;对于表征污染物绝对去除量,如果污染物的降解能力较弱,监测区的选择余地较大,反之,则应避免面积较小的单元;水力停留时间越长,α值越小,而β值越大,水力停留时间较长的单元代表性更好。对于存在多个排水支路且农田和沟塘单元分布不均匀的情况,监测区则应尽量选为流量较大的支路,避免沟塘与汇流农田面积比偏大或偏小的支路。研究成果可为南方沟塘排水系统环境效益评价及农田面源污染监测提供理论依据。     

农田排涝模数计算方法的比较

正确计算排涝模数,对于确定排涝工程的适宜规模具有重要现实意义。该文以湖北省四湖流域螺山排区为例,根据排区下垫面条件进行产流计算,分别采用经验公式法和平均排除法计算不同排涝标准下的排涝模数,分析2种计算方法中排涝天数、排涝模数及排涝重现期之间的关系。结果表明:经验公式法对应于平均排除法的排涝天数为3.5d。当经验公式法求得的排涝模数小于平均排除法求得的排涝模数时(本区对应排涝天数小于3.5d),选用平均排除法计算排涝模数偏于安全;而当经验公式法求得的排涝模数大于平均排除法求得的排涝模数时(本区对应排涝天数大于3.5d),则选用经验公式法计算排涝模数偏于安全。此外,在排涝模数确定的条件下(即工程的排水能力一定),采用不同的排水公式校核排水标准时存在差异。一日暴雨时,采用平均排除法(采用三日排除)10年一遇和20年一遇的设计标准分别相当于经验公式法15年一遇和33年一遇的设计标准;而在三日暴雨下,平均排除法(采用五日排除)10年一遇和20年一遇的设计标准则分别相当于经验公式法4年一遇和7年一遇的设计标准。研究成果对合理选择排涝模数计算方法具有一定参考价值。     

节水防污型农田水利系统构建及其效果分析

不合理的农田水肥管理是造成农业面源污染的主要原因之一。为了探寻灌区水稻节水、增产和减污相统一的措施,提出运用由田间、草沟、塘堰湿地和骨干沟"四道防线"组成的系统净化农田排水,并在广西桂林市青狮潭灌区及广西灌溉试验中心站开展了系统的试验研究。通过站内不同水肥处理下对田间节水、水稻增产、氮磷流失减少指标的分析,优选水稻田间最优水肥管理模式,即采用间歇灌溉模式、施氮肥总量不变、适当减少氮肥基肥增加追肥用量;在站外根据现有的水系分布构建"四道防线"系统,分析了各道防线对农田排水的净化效果以及提高净化效果的主要措施。由"四道防线"构成的节水防污型农田水利系统对农田氮磷排放具有良好的净化效果,实现了减少农田面源污染和修复农田水环境的目的。     

排水循环灌溉驱动的稻区水循环模型与评价

排水循环灌溉可补充灌溉和减少涝水排放,具有缓解南方稻区旱涝急转和农业面源污染危害的潜力,但仍无有效的模型来模拟排水循环灌溉驱动下的水文过程。为此采用penman-monteith公式和作物系数法并考虑稻田渗漏与降雨有效性条件下应用水量平衡估算水稻灌溉需水量,改进SCS(soil conservation service)模型估算排水量,再以塘堰为对象建立调蓄排水和灌溉需水的水平衡演算模型。在漳河水库灌区应用该模型发现,水稻种植区存在大量的排水可供灌溉利用,而排水循环灌溉利用量受灌排面积比、塘堰容积率和塘堰初始蓄水率的影响;提高灌排面积比和塘堰容积率能明显提高补充灌溉率和排水再利用率,当两者达到一定值时补充灌溉率和排水再利用率便稳定在最高值,补充灌溉率高达20%;补充灌溉率随塘堰初始蓄水率的增加而缓慢增至20%,排水再利用率先随初始蓄水率的增加而稳定不变,随后逐渐降低。排水循环灌溉驱动的水循环模型为合理匹配排水循环灌溉的塘堰或排灌规模提供有效方法。