半干旱黄土丘陵区梯田集水增产效应研究

研究表明,半干旱区梯田平均可拦蓄入渗92.4%的雨水径流及泥沙,正常年份2 m土层有效贮水量比坡地多112~184 mm,可基本满足当地春小麦160.7 mm的亏缺水分的补给;增加土壤水分的高峰期主要在3~5月和7月份,增加量为9.15~46.41 mm,对本区土壤水分的快速补充恢复和缓解5,6月份的“卡脖旱”具有极其显著的作用;建成3年以上的梯田较10°以上的坡地增产幅度可达27.07%~52.78%,水分利用效率也高1.01~3.38 kg/(mm.hm2)。在限量供水条件下,相应的水分利用效率平均达17.9 kg/(mm.hm2),比旱作提高14.42%。因此,是半干旱区聚水增产的重要措施之一。     

亚热带喀斯特森林的水土保持效益研究 ——以贵州茂兰国家级自然保护区为例

茂兰喀斯特森林是亚热带地区幸存下来的一片面积最大,分布最集中,原生性最强的喀斯特森林.通过一年多时间的连续观测发现在1 593.2 mm的年总降雨量中,有207.4 mm被林冠截流,占13%;有119.1 mm为树干径流,占7.5%;森林穿透雨为1 266.7 mm,占79.5%.枯枝落叶的最大持水率可达235.67%,岩面苔藓的最大吸水率可达650.35%,腐殖土的最大持水率为64.43%,而钙质土的最大持水率仅为45.25%,腐殖土比钙质土的持水性高12%～22%.在自然失水过程中,失水速度为岩面苔藓＜钙质土＜腐殖土＜枯枝落叶.同一场降雨非森林喀斯特地区比森林区更易形成地表径流,且无森林覆盖区的地表径流的含沙量很大,森林区的含沙量只有非森林区的5.57‰～13.74‰,为此喀斯特森林具有很强的保护水土能力.     

人工模拟降雨装置的设计及其参数率定

[目的]针对水环境领域中地表径流的水质研究所需的降雨特点,设计了一种人工模拟降雨装置。[方法]该模拟降雨装置采用3个规格不同的喷嘴式喷头,利用不同喷头的启闭与组合实现不同雨强的模拟。[结果]经率定,此装置降雨强度可达0.3~2.0mm/min,在此范围内降雨均匀系数均在85%以上,雨滴中数直径的范围为1.09~2.25mm,最大雨滴直径不超过6mm,雨滴终点速度可达到2~2.9mm/s。[结论]该装置模拟降雨与天然降雨的相似程度较高,可用于模拟真实的降雨情况。     

改性水溶性聚氨酯的固沙促生性能及其机理

为探明改性水溶性聚氨酯(W-OHC)固沙促生机理,采用室内试验,研究其固沙的渗透性能、抗压性能、表面硬度、抗风蚀性、抗冻融性、保水性能等基本性能,并开展室外试验进行验证。结果表明,W-OHC在沙表面具有良好的渗透性,当W-OHC浓度为3%时,渗透厚度可达到14 mm。固沙层抗压强度随着浓度增加逐渐增大,最大可达到1.27 MPa,表面硬度随着W-OHC浓度增加呈增大趋势,可达到23.2 mm以上,且抗风蚀效果良好,浓度为3%、喷洒量为3 L/m2时,固沙层可抵抗25 m/s的风速侵蚀而7 min内表面基本不发生变化,在50次冻融循环条件下,抗压强度和表面硬度的损失率10.2%和6.5%。W-OHC溶液固化后形成空间网状结构,可以起到很好的保水促生作用,相同条件下的水蒸发率降低50%以上,可大大延长干旱条件下植被的生长周期,提高植被恢复的效率。室外验证表明,3%W-OHC喷洒的试验区2 a后的植被覆盖率可达85%。研究为W-OHC在防风固沙方面的规模化应用提供理论和技术支撑。     

不同处理牛粪对黑土团聚体组成与稳定性的影响

施用有机肥是循环农业的典型措施,能够净化环境、加强土壤的可持续利用。通过盆栽试验,研究了施用不同处理牛粪后黑土团聚体的组成与稳定性。研究结果显示:与施用化肥比较,施用不同处理的牛粪后,土壤中>5 mm机械稳定性大团聚体增幅显著,>0.25 mm机械稳定性团聚体含量均在74%以上,最高可达89.66%,>0.25 mm水稳定性团聚体含量均在34%以上,最高可达42.05%;施用不同处理的牛粪提高了土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径、孔隙度,降低了土壤团聚体不稳定团粒指数、分形维数和土壤容重,其中施用腐解牛粪处理效果显著。研究结果表明:施用牛粪比化肥更有利于土壤团聚体的组成与稳定性,比较3种不同处理的牛粪,腐解牛粪不仅有利于土壤中大团聚体的形成,还有利于改善土壤团聚体结构及其稳定性。     

马齿苋提取物对大肠杆菌的体外抑菌作用探究

为研究不同萃取剂萃取马齿苋有效成分以及不同浓度马齿苋提取物对大肠杆菌的体外抑菌作用,采用水、乙醇、石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、马齿苋余下水层6种不同的提取溶剂,分别对马齿苋的有效成分进行提取,并浓缩提取液,过滤药液,采用纸片法观察马齿苋提取物对大肠杆菌的抑菌作用。结果表明:不同溶剂的提取液均有抑菌效果,其中马齿苋乙醇提取物的抑菌效果最好,抑菌环可达10.93 mm;水提取物的抑菌效果次之,抑菌环可达9.53 mm。不同浓度乙醇提取液水溶剂提取液中,以50%的乙醇提取液的抑菌效果最好,抑菌环可达12.33 mm。马齿苋乙醇提取物与抗菌药的联合作用中,以马齿苋乙醇提取物与头孢噻呋、痢菌净的联合抑菌效果最好。     

地表覆盖种植与节水增产

对当今我国广泛应用的覆盖种植技术─秸秆覆盖免耕和薄膜覆盖栽培研究表明,在这两种耕作栽培措施下每年可节水20～40mm.节水数量虽然不大,但苗期的土壤水保持着较高能量水平,为提高产量打下良好基础,而从水利用效率角度分析,实际节水每年可达60～200mm,效益更为显着.     

栗钙土水肥耦合效应的田间研究

高寒半干旱栗钙土农田水肥耦合效应明显。供水量为250～450mm 条件下,氮磷合理配施改善了地上部生物学性状,促进了地下部根系发育;供水350mmN120P90处理0～40mm 根重密度最高,达1.317mg/cm3 , P45较N60根重密度增加0.067～0.375mg/cm3。供水为150mm的干旱年型,水分是限制作物生产的主导因素,而供水250～450mm年型主导因素则是土壤营养不足。供水量350mm N120P90处理作物水分利用效率最高,可达7.27kg/(mmhm2), N60P90氮肥利用率最高,子粒和植株分别为48.18%和88.17%,N120P45磷肥利用率最高,子粒和植株分别为21.13%和30.42%。水肥合理耦合有效地提高了作物产量和水肥利用率。     

祁连山大野口流域降水-土壤水-河川来水相关性分析

[目的]对祁连山大野口流域降水、土壤水和河川来水的相互关系进行分析,旨在为掌握流域水文过程及河川径流形成机理提供理论支持。[方法]运用祁连山大野口流域18a人工和2a自动监测的38万多个数据,采用特征参数算法、相关和多元回归等方法进行分析。[结果](1)降水量、空气湿度和河川径流18a平均为374.06mm,60.91%,166.73mm。降水的44.57%最后形成了河川径流。降水和河川径流上升率均为18mm/10a,空气湿度上升率约为1.2%/10a。(2)降水、空气湿度、土壤水、河川来水在一年中的变化步调基本一致。(3)在森林高度范围内,距地面越高,空气湿度越大,受降水的影响越小;在0—80cm深度范围内,土壤越深,降水对土壤水分的影响越小。(4)降水、空气湿度、土壤水、河川来水的相互关系较紧密,建立的回归模型可预测降水、土壤水、河川来水量变差的95.2%,88.8%,97.6%,准确率可达93.4%,84.6%,96.7%。[结论]降水、土壤水、河川来水的分配比例可量化和可调控流域水资源需水量方面的分配比例;将人工观测和自动监测数据同化分析,解决了流域生态水文过程研究中的数据短缺问题。     

马铃薯组培苗气力引导式移植手设计与试验

多手并行移植作业可有效提高接种效率,而现有组培苗接种移植手结构复杂、占用空间大,不适于狭小空间内多移植手并行接种作业,且对组培苗个体差异适应性较差,存在夹苗不稳或伤苗的情况,针对上述问题该文设计了一种负压引导式气力把持移植手,通过负压气流对马铃薯组培苗进行引导与把持,强化对组培苗个体差异的适应能力,实现组培苗的柔性容偏把持。该文对移植手吸嘴进行了三维建模及流体仿真分析,确定移植手吸嘴形式为外径5 mm、内径4 mm圆管状,前端设置90°夹角引导翅,引导翅顶点间距为10 mm。针对移植手引导性能进行正交试验,结果表明:对于平均苗径为(1.23±0.21)mm接种期马铃薯组培苗,当吸嘴真空度为8.6×10~(-3) MPa时,对组培苗容偏引导半径为4 mm。在移植手吸嘴真空度为8.6×10~(-3) MPa条件下进行茎段切割及扦插作业性能试验,结果表明:当利用厚度0.3 mm、直径45 mm圆盘切割刀以7 r/s以上转速切割茎段时,保证正常切割效果的进给速度可达0.03 m/s;对于直径为(0.7±0.1)、(1.1±0.1)、(1.5±0.1)mm条件下茎段,扦插速度为0.01 m/s时,茎段扦插成功率可达100%。该研究可为马铃薯组培苗自动移植设备开发提供技术参考。     

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。     

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%。     

小流域雨水资源化潜力及其可持续利用分析

针对黄土高原地区水资源严重短缺的态势和生态环境建设的需要,基于可持续发展理念,以小流域作为研究单元,以雨水资源作为研究对象,提出小流域雨水资源化潜力的概念,分析不同层次的小流域雨水资源化潜力,探讨雨水资源可持续性与可持续利用的关系,建立了小流域雨水资源不同利用类型的判别模式,为黄土高原雨水资源的持续高效利用和流域生态环境健康发展提供理论依据。     

黄土高原水土保持与雨水资源化

在分析黄土高原水土保持工作难度的基础上,进一步研究区域水土保持的科学内涵,以及水土保持与雨水资源化的关系。认为：黄土高原水土保持的关键与核心在于如何实现雨水资源化;降雨径流调控与利用不仅可实现雨水资源化,而且可以同步解决制约该区发展的干旱缺水与水土流失并存2大难题。在此基础上,提出了黄土高原水土保持亟待研究的科学问题与技术问题,并初步构建了黄土高原水土保持与雨水资源化的技术体系框架。     

太行山小流域雨水集流与节水灌溉的研究

用H型量水堰和雨量计观测太行山小流域径流量、降雨量及可利用雨水资源结果表明，在太行山区实施小流域雨水集流投资少，可充分利用雨水资源，为山区经济发展创造了条件。太行山区雨水资源分配主要集中于5－10月份，200年日降雨量＞20mm的总降雨量达399mm，在研究的小流域年内可集流水量24.9万m^3，加之小流域与下游高差达30－100m，为发展自压微灌提供了有利条件，鉴于山区水资源缺乏，应因地制宜发展节水灌溉技术如微灌、地膜穴灌、灌关键水、有限灌溉以及节水地面自流灌溉技术，并分析了在太行山区发展节水灌溉的可行性。     

人工模拟降雨供水水质对坡面产流产沙的影响

利用黄土高原2种典型的土壤类型(黄土和塿土),在2个降雨强度(45.5,95.5mm/h)和2个坡度(8.7%,25.9%)条件下进行了人工模拟降雨试验,研究了3种水质(去离子水、自来水、盐水)对坡面产流、产沙过程的影响。结果表明,2种土壤类型的产流过程差异显著,黄土条件下去离子水最先产流,但产流速率小于自来水与盐水;而塿土条件下去离子水的产流速率始终最大,自来水与盐水由于离子数量相当,产流速率差异较小。水质主要通过地表结皮的形成与发育影响径流,以总降水量45.5mm为例,径流深随供水电导率的增大而减少,与去离子水相比,黄土条件下自来水和盐水的径流分别减少了5.7 mm和1.5mm,而塿土条件下分别减少了7.2mm和9.8mm。受产流过程的影响,不同供水水质条件下产沙过程不一,产沙速率与产流速率变化同步。2种土质条件下产沙量均是去离子水最大,与去离子水相比,自来水和盐水分别减少了45.9%,35.8%(黄土)和65.6%,68.3%(塿土),结果显示模拟降雨水质会显著影响坡面产流产沙过程,为保证试验数据的准确性和可对比性,建议在进行人工降雨相关试验时均采用去离子水。     

水泥混凝土路面集雨产流特征研究

在我国雨水资源缺少地区,把雨水收集起来加以利用成为提高城市道路雨水利用效率的关键.作为雨水收集面的道路,其产流特性对于雨水收集利用起着重要作用.利用人工水泥混凝土处理集雨面进行了道路路面产流特性模拟试验研究.水泥混凝土路面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.55 mm,只有降雨量达到或接近1.55 mm,集雨面才会产生径流,次径流系数随着次降雨量增大而增大,产流时间与降雨时间相比存在着明显滞后性,并且径流强度明显小于降雨强度.     

温室农业雨水集蓄利用工程规模优化

为了优化蓄水池最佳工程规模,该文通过构建雨水集蓄利用工程规模优化原理和方法,即工程效益最优法,并以北京某温室农业雨水集蓄利用工程为例对该方法进行了论证。研究结果表明地区日降雨规律以及集雨窖的规模对工程的集雨效率有很大影响,在降雨量、汇流总面积确定的情况下,集雨窖规模越大,可收集的雨量越多,但单位容积可收集的雨量随之减少;工程成本效益分析表明,设计日降雨量为25～40 mm时,工程总效益/费用比值较高,全年可收集雨量与温室农业年用水量基本相当;在工程寿命期内,现有规模下的效益成本比值远低于最优规模时的效益成本比值。因此,适当降低集雨窖的规模可提高工程的经济性。该文论证的雨水集蓄利用工程规模优化方法能够为雨水工程的设计和应用提供理论依据和实践指导。     

区域雨水资源化潜力计算方法与利用规划评价

 雨水资源化潜力是雨水利用规划的基础,也是半干旱地区水资源开发和生态建设的基础,研究其计算方法十分必要。讨论并定义了雨水和雨水资源化潜力的概念,提出了影响雨水资源化潜力的地形特征因子、降水特征因子和利用方式因子的计算模型,建立了雨水资源化潜力、雨水利用程度的计算模型和计算步骤,并进行了雨水利用规划分析评价。     

肯尼亚雨水集流利用现状及思考

雨水集流作为一项古老技术,已有上千年的历史。由于干旱缺水和缺乏天然的储水介质,雨水集流在肯尼亚具有非常重要的特殊意义。本文从庭院集雨、农田集雨、流域集雨及集雨的区域差异等方面,对肯尼亚的雨水集流现状进行了分析;并从区域水循环与水量平衡的角度,探讨了降雨、入渗、径流及蒸发的关系。最后指出,通过不同形式的雨水集流,减少无效蒸发,特别是无效的水面蒸发,是增加水资源总量的关键;而科学利用天然的储水介质与合理开发人工的储水介质,是提高水资源可利用量的关键。雨水集流利用在肯尼亚生活用水方面已相当普遍,技术也相对较为成熟,但是在年降雨量不足500 mm的旱区农业生产方面,还有很大的发展空间,目前面临的主要问题是,如何解决旱区降雨集流效率偏低,以及有限降雨资源的合理储蓄与高效利用。鉴于农田土壤对降雨再分配调蓄能力较低的缘故,通过在农田内开挖沟槽,进行降雨资源的短期储蓄与调控,将生育期前段多余的降雨资源留到无降雨的后段使用,是实现作物生育期内水分供需平衡的关键。本研究为充分发挥雨水集流在肯尼亚旱区农业生产中的积极作用提供了参考。