节水防污型农田水利系统方案设计及应用研究

鉴于我国传统的灌排模式及粗放型水稻种植方式,未经任何处理的稻田排水携带高浓度氮磷元素直接排入下游,引起水质恶化,造成水稻灌区严重的农业面源污染。基于农业面源污染的研究现状,构建了由田间水肥综合调控-田间草沟-湿地-骨干生态沟"四道防线"组成的净化农田排水的节水防污型农田水利系统,为验证该系统的净化效果,在广西桂林市青狮潭灌区及桂林灌溉试验中心站开展对比试验研究。试验表明,氮磷排放负荷指标沿程逐级下降,通过"四道防线"后,总氮、铵态氮、总磷负荷分别削减了70.4%、83.5%、61.0%,净化效果明显。研究内容不仅丰富了农业面源污染治理的控制方法和管理措施,也对我国南方水稻灌区面源污染治理具有现实意义。     

漳河灌区塘堰灌溉作用研究

为了了解漳河灌区塘堰的灌溉作用,更好地利用塘堰水资源,结合国际合作项目对漳河灌区三干渠上、中、下游4个村36口塘堰的管理员进行了问卷调查,并对调查结果进行了统计分析。分析结果表明:税费改革后,农民更多地依赖于塘堰水进行灌溉,塘堰在灌溉中发挥着越来越重要的作用。充分利用塘堰水可以减少渠系渗漏、降低灌溉成本,利用得当,既能节约水资源,又能提高灌区抗旱能力。因此,大力发展塘堰工程是当前和今后一个时期农村水利建设的重点。对塘堰利用中存在的主要问题:水源不稳定且保证率低,塘堰的容量有限等进行了分析,并提出了相应的解决措施。     

水稻再生水灌溉下的节水减排效果

为探明水稻再生水灌溉下的节水减排效果,在国家农业环境大理观测实验站开展了水稻再生水灌溉试验研究.试验设淹水灌溉(Flooding Irrigation,FI)及间歇灌溉(Alternate Wetting and Drying,AWD)两种灌溉模式,F1(全生育期清水灌溉+施全部化肥)、F2(分蘖期、拔节孕穗期再生水灌溉+施部分化肥)及F3(返青期、分蘖期、拔节孕穗期再生水灌溉+施部分化肥)3种施肥模式.分析了再生水灌溉下稻田田面水、不同深度地下水氮磷及化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)浓度变化及其流失负荷量,并研究了稻田的氮磷消纳能力及再生水对清水、肥料替代率.结果表明,再生水灌溉下田面水氮素浓度峰值出现次数多但峰值均较小,氮、磷径流损失负荷量平均值分别为2.65及0.62 kg/hm2,比清水灌溉增加了26％及28.6％.地下水氮、磷浓度整体上呈随深度的增加而减小趋势,再生水灌溉下氮素淋溶损失比清水灌溉少11％.AWD下氮、磷径流、淋溶负荷较FI均减少,返青期灌再生水在淋溶损失方面与其他再生水灌溉处理相比没有明显差异.稻田对所灌的再生水中氮、磷的消纳能力分别为92％及81％;灌再生水后4～5 d,COD的去除率可达78.2％.采用再生水灌溉几乎不会对环境造成负面影响.再生水灌溉替代清水效率可达75％左右,FI模式下再生水带入肥量较AWD大,75％水平年氮素替代化肥效率达35.8％,而磷素的带入量和替代率均较小.     

塘堰湿地对农田排水氮磷净化效果试验研究

为了研究不同塘堰湿地与稻田面积比β以及湿地水滞留时间对稻田排水中氮磷污染物净化效果的影响,在江西省灌溉试验中心站针对以白莲为湿地植物的塘堰开展了原位试验.试验以TN,NH⁺₄-N,NO^-₃-N,TP去除率为判别指标,结果表明,白莲塘堰湿地对稻田排水中氮、磷具有较好的去除效果.排水进入湿地后的前3~4 d,各项指标随水滞留时间的延长上升较快,之后并没有随水滞留时间延长而明显提高,即湿地最佳水滞留时间为3 d.不同β湿地对氮、磷的去除效果在白莲成苗期和花果期明显好于成藕期.以成苗期和花果期去除率为辨别标准,不同β湿地对TN,NH⁺₄-N,NO^-₃-N的去除率从大到小依次为SD1,SD2,SD3,其中SD1与SD2之间差异不大,但均显著大于SD3.不同β湿地对TP的去除效果差异不明显.综合考虑经济及对农田排水中氮磷的去除率,最佳β为SD2湿地的1∶6.SD2湿地成苗期和花果期第3天对TN,NH⁺₄-N,NO^-₃-N,TP的平均去除率分别为72.5%,71.7%,55.6%,69.5%.     

塘堰调控对未来气候变化下典型灌区氮负荷排放的影响

基于SWAT模型建立了适用于漳河灌区杨树垱小流域水量平衡和面源污染模拟分布式水文模型,利用模型模拟分析了未来气候变化对灌区氮负荷排放的影响,以及增加塘堰汇流面积对未来气候变化下氮负荷的调控作用。结果表明,未来气候情景下,灌区氮负荷排放量明显增加;增加塘堰汇流面积,灌区产流量减少,并且氮负荷排放量能与现状条件下的持平甚至减少。增加塘堰汇流面积是未来气候情景下提高灌区水肥利用效率,削减氮污染排放的有效措施;为使总氮排放负荷不增加,未来气候情景下研究区塘堰汇流面积的合理增幅为30%。     

南方典型灌区节水灌溉的减污效应

由于其污染的严重性和控制的难度,农田氮磷流失造成的农业面源污染问题已经引起全球的关注。与传统灌溉相比,节水灌溉在减少农田氮磷流失方面具有一定优势。对湖北省漳河灌区2007-2008年试验资料进行分析,结果显示与传统灌溉相比较,节水灌溉能够节灌25%以上;排水量水稻减少45.0%,玉米减少11.6%,渗漏量水稻减少31....     

灌区水稻节水灌溉技术分类调查研究

阐述了灌区水稻各类节水灌溉技术原理 ,介绍具体的操作技术要点和配套技术要求。各类灌溉模式在各地较大面积上推广应用 ,都取得了不同程度的增产、节水、节能效果 ,可供相关地区推广应用时参考     

丘陵区稻田氮磷面源污染生态治理技术试验研究

针对丘陵区稻田排放的氮磷面源污染,在田间试验基础上,系统地分析了不同水生经济作物(茭白、莲藕、荸荠)、不同湿地配置比例(1∶5、1∶10、1∶20)对其的净化效果。综合2年的试验结果,针对丘陵区稻田氮磷面源污染,研究提出了适宜的生态治理技术模式,即构建1∶20配置比例的茭白湿地系统。     

生态灌区农田排水沟塘湿地系统的构建和运行管理

建设生态型灌区是灌区现代化发展的重要内容。针对传统灌区农业面源污染日益严重的现状,总结了当前利用农田排水沟渠塘堰系统去除农业面源污染的研究进展,探讨了减污型农田排水沟渠塘堰湿地系统的构建方法,其基本特征包括:水利工程属性(排渍排涝及水流的不冲不淤要求),沟塘末端修建控制排水闸(低坝),种植优势植被,生态护岸(护底)工程,排水闸(退水闸)等水工建筑物减污型工况设计。分析了该系统的运行管理方式。     

三江平原水稻水分生态效益试验研究

试验在三江平原宝清水利综合试验站进行,以空育131为试验材料,设置3个不同灌溉模式,研究了不同灌溉模式水稻的生育特性、产量和水量消耗。结果表明,从节水角度看,控制灌溉水稻田间耗水量最小,湿润灌溉比控制灌溉多达43.5%,淹灌最大;从产量角度看,控制灌溉产量不及湿润灌溉和淹灌,湿润灌溉比控制灌溉高23.4%。可以根据当地资源条件并综合考虑节水效益和产量效益,选用合适的灌溉制度。     

南方稻田灌排系统生态整治效应分析

【目的】探明稻田水肥调控和灌排系统生态整治效应。【方法】于2014年在江西省赣抚平原灌区选取典型村庄—礼坊自然村,进行了稻田水肥高效利用综合调控技术应用,并对排水沟塘进行了生态改造,分别对早、晚稻灌水、排水和产量以及生态沟塘进出水进行分析。【结果】水稻田间水肥高效利用综合调控技术较当地农民习惯水肥管理模式节水、减排、增产和灌溉水生产率分别提高10.58%、20.34%、6.52%和18.59%,总氮和总磷减排率分别达12.37%和14.98%;排水斗、支沟经生态改造后对总氮和总磷的综合去除率达25.42%和34.22%;生态塘对总氮和总磷的去除率达25.19%和30.42%;示范区生态改造一次性投资需1.15万元/hm^2,年运行管理费需0.18万元/hm^2,年产经济效益达0.55万元/hm^2。【结论】水稻田间水肥高效利用综合调控技术和生态沟、塘均有较好的氮、磷去除效果,并且建设运行经费投入少,建议当地加强技术的宣传示范推广,建立可持续运行的经费投入渠道。     

促沉装置净化稻田径流排水中面源污染物的效果研究

[目的]研究促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物的去除效果,探寻适合农田径流排水的原位处理技术.[方法]于2015年在上海市奉贤区青村镇种源研发基地内选取5块稻田,在每块田的排水口处修建一套容积约为1.9 m3的促沉净化装置,内部用多面空心球和沸石按1:2的体积比进行填充,在外围用沸石填充,分析每套装置进出水中的...     

水稻灌区农业面源污染物迁移转化规律模拟研究

模拟水稻灌区中非自然水文过程及其驱动下的面源污染物迁移转化过程对了解水稻灌区面源污染形成机理以及污染控制具有重要的意义。将水稻灌区水文过程分为陆面水文过程和排水沟道水文过程,采用均衡法模拟陆面水文过程中稻田深层渗漏水量以及氨氮(NH4~+)、硝氮(NO_3~-)和磷酸根(PO_4~(3-))的渗漏通量,在此基础上,基于非稳定饱和渗流方程计算稻田深层渗漏过程所形成的侧向排水过程,作为排水沟道水文过程的输入项,基于动力波方程和一阶动力学方程描述了水稻灌区排水网络下的面源污染物运移和转化过程,提出了水稻灌区农业面源污染物迁移转化模型。根据前郭灌区2008—2009年的监测数据对模型渗流过程、主要面源污染物迁移转化过程参数进行率定,采用2010年的监测资料对模拟结果进行了验证。结果表明,基于所提出的方法模拟了稻田和排水沟道2个水文过程中NH4~+,NO_3~-和PO_4~(3-)的质量浓度峰值过程的差异,实现了水稻灌区陆面水文和排水沟水文过程的耦合。稻田水层中模拟NH4~+,NO_3~-和PO_4~(3-)的Nash-Sutcliffe系数分别为0.772、0.758和0.709,相对均方根误差(RMSE)分别为0.042、0.050和0.071,排水系统中模拟NH4~+、NO_3~-和PO_4~(3-)污染物的Nash-Sutcliffe系数分别为0.645、0.704和0.854,相对均方根误差(r RMSE)分别为0.072、0.060和0.031。所提出的方法可有效地模拟稻田渗流过程和排水过程中的面源污染物迁移转化过程。     

小区和田块尺度下水稻不同灌溉模式的节水减污效应分析

【目的】研究平原河网区不同尺度下水稻不同灌溉模式的节水和减污效应。【方法】于2017年在浙江平湖灌溉试验站选取水稻常规灌溉、节水灌溉、蓄雨节水灌溉3种模式在试验小区和田块2种尺度下开展对比试验,记录田间水量平衡过程并检测排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4^+-N、NO_3^--N的质量浓度变化。【结果】无论试验小区还是田块尺度,蓄雨节水灌溉的节水效果最好,较常规灌溉和节水灌溉减少了43.4%～87.7%的灌溉量,同时减污效果也最明显,TN排水负荷减少了22%～90%。不同尺度对比中,试验小区的田间管理水平更高,产量略高于田块尺度;小区田间水分控制更精确,灌排次数和水量较田块更多,蒸发蒸腾量和渗漏量则略少于田块。在减污效果上,单位面积下同种灌溉模式的田块的排水污染物负荷比试验小区低37%～57%,渗漏负荷比试验小区高4%～61%,由于排水污染物负荷要远大于渗漏污染物负荷,在总的污染物负荷上田块要小于小区。【结论】本试验中蓄雨节水灌溉模式取得了较好的节水减污效果,但是要注意蓄雨时间和高度,长时间的淹水可能会对水稻产量造成不利影响。     

不同灌排模式稻田排水中氮磷流失规律

为了研究不同灌排模式稻田排水中氯磷流失规律,以集成合理的节水灌溉与控制排水技术,在江苏高邮开展田间试验.试验区排水斗沟出口处设水位调控闸门,在水稻不同生育阶段对排水沟水位及田间水分进行控制,形成新型的控制灌排模式.与常规灌排模式进行对比,两年田间试验成果表明,控制灌排模式较常规灌排模式节水16.7%,增产7.1%,排水总量减少54%,水稻全生育期稻田排水中NH4+;-N、NO3-N与TP流失总量分别减少38.07%、82.29%和52.15%,节水减排和降污效果显著.采用控制灌排模式,通过实施灌水调控和排水管理.控制了氮磷流失关键时期的排水量.高效利用了水分和养分,取得了节水高产、减排控污的效果.