雨水集蓄方式和利用研究

随着全球性干旱加剧与水资源问题的日益突出,雨水利用已成为世界范围内的一个课题。采取定位观测的方法,在山西省岚县香沟小流域研究集雨场的规划设计,地表处理技术,观测其集流量和集流效率,并对梯田作物有无补灌措施的生产效益进行对比试验研究。结果表明,集流量与降雨量和降雨强度之间是乘幂关系,降雨量越大,集流量越多;降雨强度越大,集流量也越多。水泥硬化小区的集流率较高;节水措施生产效益明显。雨水集流技术已成为解决水土流失和提高旱作农业生产力的一个结合点。     

吉林省雨水资源化利用探讨

从吉林省水资源特点分析入手,提出了雨水资源的有效集蓄利用是补充流域水资源总量不足的重要因素,探讨了在吉林省雨水资源主要利用途径是首先在小流域规划中作好雨水资源利用规划;其次是建设以水土保持治沟骨干工程为主的沟道坝系,强化坡面集雨工程和林草植被建设,增大贮水空间;第三是充分利用田间工程和水利工程集雨蓄水,使降雨就地就近被拦蓄,最终使水环境得以修复。     

白银市雨水集蓄利用与社会经济效益调查

通过调查雨水集蓄利用与社会经济现状,分析了白银市雨水集蓄利用工程的实施现状和社会、生态效益,总结了雨水积蓄利用的经验,包括集蓄雨水是发展旱作农业的关键,集流场建设是集雨节灌的保证,科学种植是提高旱作农业产量、加快脱贫致富的重要途径,坚持集雨节灌与水土保持生态建设相结合,修建"121"雨水集蓄利用工程等,并指出了雨水积蓄利用工程建设和运行管理中存在的问题。     

彭阳县姬阳洼小流域雨水资源高效利用实践

雨水资源是宁夏南部山区唯一的水资源。在彭阳县姬阳洼小流域,水资源高效利用所采取的措施主要有:结合小流域综合治理,大力建设水平梯田、改造坡耕地,就地拦蓄降雨径流;建设集雨工程,拦蓄利用庭院、道路、荒坡产生的降雨径流,发展高效节水设施农业;推广作物关键期补灌技术,结合微集雨技术,发展高效种植业、庭院经济、养殖业;推广利用库、池、窖水资源联合调度技术,利用水保骨干工程拦蓄的水资源,发展补充灌溉农业。这些措施有效提高了水资源的利用率与利用效率,取得了良好的实践效果。     

集雨利用是生态建设与经济建设的结合点

雨水资源是黑龙江省干旱半干旱地区农田生产的主要水源。由于降雨、大风及蒸发量三个气候因素的影响,该区域春旱机率为65.7%,夏秋旱的机率为34.3%。因降水时空分布不均,“易失多变”,水土流失和干旱问题严重,降水利用率仅为20%~30%。通过对降雨、作物供需错位、土壤干旱、水分的生产潜力、依据雨水自身特性分析,得出实施集雨利用的必然性。通过典型实例证明集雨利用是生态建设与经济建设的结合点。     

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.     

山西省可利用雨水资源量化分析

山西省地处黄土高原，山丘陵面积大，水土流失严重，水资源十分缺乏，可利用雨水资源量化分析对开展集雨节灌工程建设，提高水资源的利用率具有重要的意义。全省多年平均降水量506mm，呈东南向西北递减的趋势，受季风环流影响，降雨主要集中在6月-8月，分析表明：全省可利用雨水资源量平均为56.7mm，最少的是永定河流域和黄河干流的河口-龙门区域仅为34.0mm，最多的是黄河干流三门峡-沁河流域达115.9mm。     

辽西半干旱地区雨水资源的调节与开发利用

辽西地区较干旱 ,自然环境条件较差 ,但光热资源充足 ,土地资源丰富。水资源具有分布地匀时差、耕地占有雨水资源较丰富、雨热同季、降雨集中、降雨期与作物生育期吻合较好、非耕地涵养水源能力差等特点。结合辽西地区的具体情况 ,建议增强非耕地雨水的涵养能力 ;完善现有蓄水工程 ,充分发挥工程的经济效益 ;以小工程为主加快雨水集聚工程的建设 ;发展节水农业 ,经济利用雨水资源 ,提高旱地农业生产力。     

杨凌农业高新产业示范区雨水资源化探索

雨水是一种宝贵的资源，雨水资源化是解决水资源短缺的有效措施之一。在分析杨凌水资源利用现状的基础上，从科技优势、土壤条件、降雨总量、公共面积等几个方面分析了雨水利用的可行性，探讨了雨水在杨凌区有效利用的途径，提出了强化制度建设、提高政策引导、加强统一管理、引入市场机制等雨水资源化的保障机制。     

宁南山区经济林降雨集流机理试验研究

[目的]探究宁夏回族自治区固原市原州区彭堡镇红梅杏经济林降雨集流渗灌系统的雨水收集能力,明确当地红梅杏经济林降雨分配特征,为降雨集流的定量研究和该地区集雨农业的发展提供科学依据。[方法]以当地红梅杏为研究对象,采用对比观测的方法,以天然降雨和人工模拟降雨相结合的方式,对红梅杏降雨集流过程进行观测与模拟。[结果] 2019年7—9月在彭堡红梅杏基地观测到的总计19场降雨数据,天然降雨中5 mm以下的降雨次数占到天然降雨总次数的83.3%,天然降雨与人工模拟降雨的相似系数为0.91,总体的集流率为61.29%,渗灌系统截留率为27.12%,林冠截留率为11.95%。[结论]试验地小降雨频率大,两种降雨方式具有较高相似性,降雨集流渗灌系统集流效率高,渗灌系统的集流量与降雨量成线性关系(R~2=0.995 5),集流率与降雨量成对数关系(R~2=0.693 9)。     

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。     

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。     

人工生物土壤结皮特性及其集雨潜力的研究

为探讨在太行山半干旱区利用人工土壤生物结皮进行集雨的潜力和可行性,以自然生长的生物土壤结皮为种子,通过培育建立人工土壤生物结皮和生物结皮集雨,对人工土壤生物结皮建成后土壤物理性状、渗透率的变化及人工生物结皮集雨面的集流效率进行了研究。结果表明,人工土壤生物结皮与自然生长的生物结皮一样,可显著改变土壤的颗粒组成,使0~1 cm表层土壤的小颗粒物质含量增加、大颗粒物质减少,但对0~5 cm的土壤容重影响不显著。对土壤入渗速率的测定结果表明,人工培育的土壤生物结皮具有降低入渗速率的作用,与自然土壤相比,生物结皮的土壤初始入渗速率和稳定入渗速率分别下降59.1%和44.4%,达到稳定入渗的加水量也减少50.0%。人工营建的生物结皮集雨面的平均集雨效率达60.86%,与自然土面相比,提高23.0%。对集雨面效益分析表明,生物结皮集雨面不仅具有较高的集雨效果,且使用年限较长,并具有明显的减少地表径流沉积物含量,提高土壤抗蚀性的作用。综上结果可以看出,人工土壤生物结皮是一种极具潜力的绿色环保型集雨材料。     

干旱半干旱区集雨绿化系统优化模拟模型的设计

从土壤水资源的角度对集雨绿化系统进行了初步的分析,建立了绿化系统模型。该系统以集雨、提高雨水利用效率为核心,运用种植区水量平衡方程初步解决了干旱半干旱区绿化缺水的问题。以中国科学院寒区旱区环境与工程所野外实验站为例,针对抗旱树种柽柳进行集雨绿化的问题进行实例分析。在可靠的理论和方法的基础上建立模拟模型,对造林具有一定的通用性、实用性和指导性,为干旱半干旱区进行集雨绿化提供了理论依据、系统模式及规划设计的实用性。     

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。     

Developing reservoir tillage technology for semi-arid environments

Arable farming on suitable land in semi‐arid environments is hampered by low and erratic rainfall and droughts. To use this land effectively, techniques, such as water harvesting may improve soil water storage and increase agricultural productivity. Laboratory experiments were conducted to assess two reservoir tillage methods under different slopes, rainfall intensities and soil densities. A commercial trailed tillage tool (Aqueel) was used to form discrete soil depressions by compression of the soil and a soil scooping device with similar dimensions was used to make depressions in shear by lifting the soil out. The results show that, for the sandy loam used in this study, reservoir tillage is an effective method of harvesting water under high‐intensity rainfall of short duration common in semi‐arid areas. It reduced surface run‐off by 95% on 10° slopes when depressions were staggered and positioned with their long axis across slope. However, high initial soil bulk densities lead to a significant reduction in the volume of the depressions formed in compression and to internal compaction. Increasing vertical load on the Aqueel resulted in an increase in depression volume without an increase in internal compaction but at high bulk densities the depression volumes remained small and high implement load damaged the depression function and stability. This suggests a need for a pre‐loosening tillage operation for compacted soils and the need to design new implements to form depressions in shear.     

晋西黄土残塬区人工集流场形式优化设计

在黄土残塬地区,旱井作为解决当地农业用水的一种有效途径,已被越来越多的人所认同。而在旱井集雨系统中,旱井集流场所汇集的降雨径流及其含沙率的多少,又直接关系到工程效益的发挥和寿命的长短。该文利用人工降雨试验,并辅以天然降雨观测,系统分析了旱井系统中人工集流场的产流量、产沙率、集流效率与下垫面材料、坡度、雨强的关系,最终遴选出适合当地条件的最优坡度及下垫面材料。研究认为在经济、便捷与高效的原则下,采用5°左右坡的裸露夯实黄土面,可有效利用当地有限的雨水资源。     

垄覆膜集雨对苜蓿草地土壤水分动态及利用效率的影响

我国西北黄土高原干旱半干旱区年降雨稀少和土壤水分周期性亏缺, 导致人工草地生产力低下、水分利用效率低。本试验在旱作条件下, 将垄覆膜集雨措施应用于紫花苜蓿种植, 研究了沟垄宽比和覆膜方式对2 年龄苜蓿草地土壤水分动态及水分利用效率的影响。结果表明: 垄覆膜集雨在集雨前期(4 月中旬至6 月上旬)显著提高0~20 cm 土层土壤含水量, 在集雨中后期(6 月中旬至9 月下旬)显著提高0~120 cm 土层平均含水量,越冬期增加土壤水分入渗能力, 提高20~120 cm 土层平均含水量; 且垄覆膜处理的集雨效率高于土垄处理。随着生育时期的延伸, 垄覆膜处理0~120 cm 土壤平均贮水量呈先降后升的趋势, 土垄处理0~120 cm 土壤平均贮水量呈由高到低的趋势; 在苜蓿生长后期垄覆膜处理的蓄墒能力显著高于土垄处理。垄覆膜处理的平均水分利用效率为34.91 kg·mm^-1·hm^-2, 为对照(平作, CK)的2.25 倍, 土垄处理的平均水分利用效率为28.47kg·mm^-1·hm^-2, 为CK 的1.83 倍, 垄覆膜相对土垄处理平均水分利用效率提高22.62%; 垄覆膜处理以沟垄宽比为60 cm∶60 cm 和60 cm∶75 cm 的水分利用效率最高。     

黄土塬区麦田水资源特征研究

利用当地农业气象观测资料研究了陇东塬区麦田晚秋土壤贮水与收墒期水资源关系、春季降水与春旱的关系、春旱特征,并利用世界粮农组织(FAO)公布的模式,计算了该区域冬小麦不同生长阶段需水量,分析了该区域冬小麦不同生长阶段水资源丰歉度、可生长季水资源构成和农业生产对策。分析显示:陇东塬区冬小麦冬前生长期水资源过剩,返青后生长期水资源短缺,短缺最严重的时段是成穗期,即4月中旬到5月中旬,水资源总量只占需水量的67%,80%保证率为31%,是影响冬小麦产量的关键时期。春、夏、秋三个可生长季节中,春季麦田水资源以早春土壤贮水为主,夏季以自然降水为主,秋季初秋土壤贮水和自然降水占水资源总量的比例接近。植株生长期水资源、成穗期水资源和全生育期耗水量和冬小麦产量相关程度较高,幼苗期和籽粒形成期水资源对产量的影响相对较小。农业生产上要根据不同时期水资源构成特征科学决策种植模式,并采取工程措施或生产措施有效降低越冬期土壤水分损耗、麦田冬前旺长水肥损耗、晚秋和早春秋白地水分无效损耗,提高水分利用率。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。