蓄水坑灌单坑土壤水分运动有限元模拟

为了合理设计干旱地区果树蓄水坑灌,该文根据土壤水动力学原理和单坑入渗土壤水分运动特点,建立了单坑二维土壤水分运动数学模型,采用有限单元法求解,并根据质量守恒原理建立了确定坑内水位变化过程的数学模型。室内单坑入渗土壤水分运动验证试验结果表明坑内水位变化过程、土壤含水率、湿润锋的实测值与模型计算值吻合较好,说明所建立的单坑二维土壤水分运动数学模型和坑内水位变化过程数学模型是正确的,采用有限元法对其求解是可行的,该模型可用于模拟单坑土壤水分分布规律。     

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。     

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.     

四川紫色土地区典型小流域分布式产汇流模型研究

针对日益加剧的四川紫色土地区水土流失情况,为定量分析紫色土地区小流域水土流失程度,选取四川省南部县鹤鸣观小流域为研究区,在蓄满产流模型的基础上,构建了适合紫色土地区小流域分布式产汇流模型。该模型以地块为计算单元,在每个地块上输入参数,然后依据流域产汇流机制计算每个地块的产汇流量,并用递归算法将计算结果推算到流域出口,得到流域径流总量。该模型能评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响,模拟每个地块次降雨产汇流过程。在鹤鸣观小流域进行了模型的检验与应用,模拟过程与实测结果符合较好。该研究为四川紫色土地区水土保持治理提供了科学依据。     

水稻蓄水－控灌技术初探

该文提出了水稻"蓄水-控灌"的灌排新模式,即在保持较低灌水下限的同时,提高雨后蓄水深度,以充分利用水稻的抗旱、耐淹特性,提高降雨利用效率.以杂交水稻"K优818"为试验材料,采用小区试验,研究了蓄水-控灌模式对水稻耗水量、灌溉定额、排水定额、降雨利用效率以及对水稻农艺指标和产量的影响,并与淹水灌溉和控制灌溉试验结果进行了比较分析.结果表明,蓄水-控灌耗水量较淹水灌溉减少15.0%,而较控制灌溉增加20.4%;与淹水灌溉和控制灌溉技术相比,蓄水-控灌水稻本田期内灌溉定额分别减少了20.8%、46.9%,排水定额减少了83.9%、87.2%;降雨利用效率增加36.84%、48.02%.蓄水-控灌模式下水稻的株高、有效穗数均高于淹水灌溉,叶面积指数低于淹水灌溉,经济产量高于淹水灌溉和控制灌溉.上述结果表明水稻蓄水-控灌是一种节水高效的灌溉模式.     

硬地面产汇流特征模拟实验研究

土路面、场院以及原土夯实地面是干旱半干旱山区群众汇集雨水的一类集流场。因此,研究其产汇流特性可对该类下垫面汇流参数。该文在室内人工降雨的实验基础上,分析了雨强、坡度、密度等因子对硬地面产流时间、产流初损雨量、汇流过程及汇流量的影响及变化过程,结论对实践具有一定的指导意义。     

不同下垫面降雨产流与旱地小麦集水补灌的产量及水分利用效率研究

在山西洪洞建立了农膜、公路、农田小路、农田下垫面产流场,对不同下垫面的自然降雨产流及早地小麦集水补灌的产量和水分利用效率进行了研究。结果表明：在观测的27次降雨中。不同下垫面的产流量存在较大差异,农膜、公路、农田小路和农田下垫面的产流系数分别为81．4％,73．6％,41．6％,2．7％。旱地小麦集水补灌研究表明：早地型品种应作为集水补灌早地小麦的主干品种;补灌量愈大产量愈高。拔节期补灌优于扬花期;同一补灌量集中补灌优于分次补灌;不同播期密度在集水补灌条件下其产量和水分利用效率存在差异。该项研究为开展集水工程及集水补灌提供了理论和技术依据。     

黄土高原地区的山坡地降雨径流利用与节水灌溉技术

黄土高原地区年降雨量大多在350～450mm,干旱是限制山坡地农业生产的主要因子之一,该区群众在多年实践中总结出一套行之有效的雨水利用与节水灌溉技术措施,有效地保护了山坡地土壤资源,提高了水资源利用率,总结分析这些措施的技术特点、条件、效益及应用前景,对黄土高原地区山坡地水资源利用和生态农业建设具有十分重要的意义.     

西安市雨水花园蓄渗雨水径流的试验研究

雨水花园是结合城市景观,以滞留和净化雨水径流为主要功能的生物滞留处理系统,能够在一定程度上减轻城市化进程对城市水文和水质的负面影响。根据在西安市雨水花园蓄渗屋面雨水径流的现场试验,确定在各种暴雨条件下,花园设计及土壤入渗能力不同时,雨水花园拦蓄雨水径流的能力以及花园溢流的时间和溢流量。结果显示,黄土具有良好的入渗能力,达到2.346m/d;在较为湿润的2011年基本没有发生溢流,汇集的雨水径流全部入渗补给了地下水。对于某一重现期的暴雨,雨水花园溢流总量受到降雨强度和历时二者叠加效果的影响。     

折流式人工湿地对矿区降雨径流的净化研究

根据陕西省渭南市蒲白矿区降雨径流的水质和水量特征,采用新型折流式人工湿地对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行了对比,分析了COD_Cr,SS,TN,TP,NH₄⁺-N以及重金属Pb,Zn,Cu在湿地系统中的沿程变化,探讨人工湿地的主要去除机制。结果表明:人工湿地对COD_Cr,TP,TN,NH₄⁺-N,SS的平均去除率分别为82.3%,65.9%,71.2%,73.5%,94.8%,对重金属Pb,Zn,Cu的平均去除率分别为91.3%,94.5%,81.2%,对重金属的去除率基本高于对营养元素的去除率;除了TN外,折流式人工湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类质量标准,其中TN达Ⅳ类标准,出水重金属Pb,Zn,Cu均能达地表Ⅲ类水标准。降雨径流各污染物主要在人工湿地的第1格被去除,其中,COD_Cr,TP,SS和Pb均有一半以上的去除率发生在第1格。随着人工湿地沿程进水浓度的增加,其去除率逐渐下降。研究表明,折流式人工湿地系统对矿区降雨径流的净化效果显著,并且该湿地系统具有较强抗冲击负荷能力,可用于城市地面径流污染的控制和雨水利用。     

填料及降雨特征对雨水花园削减径流及实现海绵城市建设目标的影响

为了应对城市化对区域水环境的不利影响,我国各地都在积极倡导城市低影响开发(LID),鼓励建设海绵城市。城市雨水花园是目前国际上广泛推崇的一项措施,通过对雨洪的拦蓄,增加入渗,削减污染物的输出。为了研究填充介质以及降雨特征对雨水花园效果的影响,以砂、土分层以及均质黄土2种不同填料雨水花园2a的监测数据,研究了花园对雨水径流总量和洪峰的削减效果,并分析了雨水花园在海绵城市建设中的积极作用。结果表明:在2a监测期内,分层填料雨水花园对14场降雨的水量的削减范围为12.0%~85.9%,平均为44.3%;对径流峰值削减范围为11.2%~93.3%,平均为55.8%;均质黄土填料的花园水量削减范围为9.8%~79.8%,平均39.2%;峰值削减范围为20.3%~89.8%,平均50.5%,分层填料雨水花园对峰值和水量削减均都高于均质黄土填料雨水花园。2个雨水花园的水量削减均与降雨量呈负相关关系,对中小型降雨的水量削减效果更为显著。西安市年内降雨多以中、小型降雨为主,两者之和占总降雨量的69.8%。如果以目前研究区海绵城市建设目标中年径流总量消减80%为控制目标,分层雨水花园和均质雨水花园对小雨的海绵城市完成率分别为98.5%和92.5%;对于中雨,分层和均质填料雨水花园的海绵城市完成率分别为69.0%和62.3%。研究还发现,雨水花园对雨水径流的削减能力与降雨前期的干旱天数呈正相关关系;鉴于研究区——西安雨热同期,雨水花园内土壤水分疏干较快,且降雨间隔天数平均4.25d,此类气候特点有利于雨水花园在该地区高效运行。     

强降雨条件下坡面流的水动力学特性研究

为了研究坡面水流的运动规律及水力特性,基于人工降雨系统试验装置通过系列恒定强降雨过程,研究了不同坡度条件下坡面流水动力学变化过程.结果表明:不同坡长处,流速随坡度的变化存在明显差异.但随着雨强的增大.坡长对流速的影响逐渐减小;相同雨强条件下不同坡度间的流量变化较小,流量随着雨强的增大而增大;相同坡度条件下,坡面流水深及单宽流量与雨强具有较好的函数关系.     

造林整地工程对人工幼林系统径流输移的影响

 为探讨造林整地工程对人工幼林系统坡面水沙输移中的作用及程度,从产流、汇流的机制与理论模型出发,对旱区人工幼林系统地表径流调控的关键途径进行了分析。结果表明,在降雨特性、地形、土壤3大影响坡面产流、汇流的因素中,地形因素是人工调控的关键。在当前技术、经济条件下,通过造林整地,改变微集水区坡长、坡度乃至坡形,是最简单而有效的人工调控手段。对20个不同整地方式人工幼林地田间径流小区和未整地空白对照径流小区的观测表明,鱼鳞坑、水平沟、反坡梯田3种造林整地工程,虽可有效地削减径流向系统外部环境的输移,但其调控径流能力远未达到工程设计要求,其地表径流输移的削减率,在39.92%～65.11%之间,削减率与集水坡长成反相关,3种整地方式中,以反坡梯田整地的削减率最大。造林整地径流小区与传统直线型坡面径流小区对比观测,难以揭示整地对微区坡面产流影响的实质;造林整地工程设计中所期望的拦泥蓄水作用,则因忽略了含沙径流入渗、整地对微区地形与产流、产沙的影响等而被大幅削弱。     

径流作用下泥石流固体物质冲刷速率试验研究

[目的] 探讨泥石流固体物质的冲刷深度随时间的变化规律,以及对应的冲刷速率与不同影响因素之间存在的关系,为泥石流规模预测及防治工程设计提供参考依据。[方法] 根据激光测距仪的历时测距原理,借助试验方法分析泥石流固体物质冲刷深度随时间的变化规律以及对应的冲刷速率与不同影响因素之间的关系,包括来流流量、水力半径、沟床纵坡以及细粒物质含量等。[结果] 冲刷速率与水力半径间呈指数关系,与来流流量间呈正相关关系,与能坡梯度间呈指数关系;若固体物质为均匀冲刷,冲刷速率与剩余切应力成线性正相关关系;对于初始含水率相对较低的固体物质,冲刷速率随着细粒物质含量的增大呈微小增大趋势。[结论] 在薄层径流条件下,能坡梯度对冲刷速率的影响高于水力半径。     

灌溉与施肥对稻田氮磷径流流失的影响

通过大田试验探索不同灌溉模式下氮肥分次施用对稻田氮磷径流流失的影响.结果表明,传统灌溉条件下,不同施肥处理总氦、总磷流失量分别约为4.4l～17.85 kg/hm2和0.28～0.44 kg/hm2,其氮、磷流失率分别为3.2%和0.17%.相对于传统灌溉,间歇灌溉模式下的氮、磷流失量分别降低了约22.99%和10.01%,其氮肥流失率降低了1%,磷肥流失率与其大致相当.通过研究得出,间歇灌溉各施肥处理下小区产量较传统灌溉的平均增产约7.35%.在间歇灌溉条件下氮肥分四次施用处理下的径流氮、磷流失量相对较低,且增产效果明显.     

波涌灌土壤的粒度组成研究

本文通过对宝鸡峡灌区波涌灌和连续灌前后大量土壤取样的粒度组成分析认为,灌水对农田土壤粒度组成的时空分布的影响是长期效应。波流灌灌水技术参数,除入沟、畦流量外,放、停水时间及循环率对土壤的粒度组成没有明显的影响。灌水过程中入渗携带的极少细颗粒并不是波涌灌表层土壤导水率降低的原因。