收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

雨水就地利用及蓄水农用保障性机制

张卫华  
【摘要】:随着世界人口的日益增长,雨养农业在为人类提供粮食和生计方面起着不可替代的作用,并且这个作用将持续下去,因此,如何提高雨水的就地利用以降低农业风险是当前的急迫任务之一。很久以前,雨水的收集利用就在世界上许多国家得到了应用实践,尤其是在干旱半干旱地区,如中国的黄土高原地区,北美的西部地区,中东,撒哈拉大沙漠的干旱地区。但是,在湿润地区这方面的研究甚少,尤其是西南丘陵山地,几乎没有系统的雨水收集利用体系。另外,目前仅有的一些研究雨水收集利用体系,主要集中在农村生活和家庭用水方面,少有农业方面的应用,比如传统的格田,非洲的利用小型坑洼的耕作方式等;几乎很少研究是利用土壤的蓄水能力,并结合当地的地形特点及特殊的水文过程来对雨水资源进行利用从而减缓季节性干旱的。在西南丘陵山地的重庆地区,尽管年降雨量较丰富,但是由于其时空分布极不均匀,季节性和区域性干旱时有发生,给当地农业带来了巨大损失。因此,分析土壤水分的特性并重点利用土壤蓄水能力对雨水进行就地利用,在土壤水分无法满足作物需求情况下利用蓄水设施蓄积多余径流进行补充灌溉,对保障农业用水以及减低季节性干旱带来的损失具有重要的科学和现实意义。 通过利用实地监测的土壤数据及采集的土壤样品,分析了土壤的物理特性,尤其是那些影响雨水就地利用如下渗和蒸发特性及其影响因素、土壤水分随时间的变化特性等。然后结合GIS,基于SCS-CN的水文模型,对研究区的降雨径流过程进行了模拟,以此来获取径流收集潜力的相关信息。最后,根据不同的土地利用情况,计算作物需水,并与来水进行平衡计算,从而计算出收集径流的蓄水池尺寸来应对季节性干旱时进行补充灌溉。主要研究结果如下: (1)根据重庆近100年来的年降水量分析,以降水的距平百分比判断,2006年是干旱少雨年份,而2007年被认为是正常年份。对土壤水分的年际变异,如果按照变异系数CV10%为弱变异,10%CV30%为中等变异,以及CV30%为强变异来划分,2006年的0-10cm,10-20cm,20-40cm三个土层的土壤水分变异均为中等程度变异。而对于正常年的2007年,0-10cm土层为中等程度变异,另外两个土层为弱变异。因此,对于湿润地区,干旱年份土壤水分的年际变异较大,而湿润年份相对较小。对月际变化,土壤水分在2006年的总体趋势处于下降趋势,尽管在5月至6月份之间有稍微的恢复。这主要是因为高温、蒸发以及作物生长旺盛,降雨稀少不能有效补充土壤水分导致的。而在2007年,土壤水分变化像“W”型波动,从3月到5月,由于作物生长旺盛,土壤水分快速递减,从5月份到7月份,尽管作物生长依旧旺盛,但是随着降雨增多,土壤水分含量升高。从7月份起,水分又开始降低。总之,土壤水分的月际变化可以分为两个阶段:3月-5月作物耗水少雨阶段,以及6月到9月的波动阶段。对于旬际变化,无论是干旱年份还是正常年份,土壤水分变化都比较剧烈,但是由于2006年干旱的影响,该年的变化要远远比2007年大。 对于土壤水分的概率分布,无论是干旱年份还是正常年份,都出现单峰形状,只是峰值出现的位置及峰的阔度不同年份、不同土层有所不同。 (2)在土壤水分收支平衡的诸多影响因素中,砾石的出现改变了土壤物理性质如可利用土壤水分、土壤下渗、蒸发过程,而这些又是控制利用土壤水分的重要因素。本研究在实验室测定了研究区土壤的这些水力性质,不同砾石含量对三种不同紫色土的影响,尤其是砾石含量对土壤水分的补充和耗散参数,即下渗和蒸发的影响。结果表明:对于下渗率,无论是垂直下渗还是水平扩散,均是灰棕紫泥红棕紫泥棕紫泥;另外,随着砾石含量的增加,累计下渗量递减,而下渗时间先减后增。下渗率也随着距离变化,在0-5cm范围内,初始下渗率随着砾石含量的增加而升高,在5-10cm范围,下渗曲线的斜率随着砾石含量的增加而增大。然而,随着距离的增加,斜率逐渐递减直到最后达到稳定值。砾石的出现也降低了土壤水分含量,最小值出现在当砾石在土柱的表层时;当砾石和土壤混合时,土壤水分含量随着砾石的增加而减少。在保持恒定温度情况下,当砾石覆盖在土壤表层时,累积蒸发量和蒸发率在最小;对其他样品,累积蒸发量随着砾石含量的增加而减少,而蒸发率在前四天随着砾石含量的增加而增加。 (3)本研究中利用GIS和SCS-CN耦合的水文模型来计算研究区子流域中的径流量。CN值是通过土壤类型,土地利用等信息用权重平均方法计算出来的,降雨是利用的2000-2005年的月平均降雨数据。计算结果表明:研究区径流集中在4月至10月份,这7个月的径流量占了全年径流量的90%以上,然而7月和8月的径流量只占了全年径流量的很小一部分,可能是和此间的蒸发、下渗和蒸腾有关。径流年内分配不均匀系数分别是0.97,1.25,1.15,1.10,1.24和0.97。而由六年平均月降雨计算出来的年内分配不均匀系数为0.9.明显低于任一年的值,这表明了每年的径流年内变化是不同的,2000年和2005年相对较小,而2001年和2004年相对较大。六年的平均径流系数是0.49,变差系数是0.27.较大的径流系数和南方湿润地区的产流规律吻合,然而,和重庆地区经常引用的0.51的径流系数相比,实际情况还是有所差异的,比如这六年中,最小的2001年的径流系数只有0.4,最大的2004年为0.54。因此对于要求较高的径流计算,需要比较详细的模拟降雨径流过程。 对丘陵区农业而言,局地径流调控和收集是一个关键问题。坡改梯工程可以提高雨水在土壤表面的停留时间从而增加下渗量。本研究中,通过降低三个不同范围的坡度,土层厚度增加了20cm至30cm。雨水停留时间也分别增加了2秒到60秒不等。土壤蓄水量也增加了168m3/hm2至245m3/hm2,这极大程度的帮助了降雨的就地利用程度。此外,根据现有的水库和蓄水设施,结合坡改梯工程,径流收集潜力分析和作物需水量,利用水量平衡法需要增加的蓄水设施来进行补充灌溉。 (4)为减轻干旱带来的影响,本研究从气象干旱和土壤干旱两个方面进行了分析,对不同程度的干旱概率进行了计算,结果表明春旱和伏旱的概率都超过了60%。对于不同土地利用方式和坡度来说,作物需水量和土地利用方式和坡度密切相关。由于土壤是作物需水的天然水库,因此对不同坡度、坡位的土壤水分特性和土壤水库容量进行了分析。通过对供水(如降雨、干旱特性、土壤水库)、需水(作物蒸散发)的分析,进行了水量平衡的研究。研究结果表明,对于荣昌县大坝村的旱地农业来讲,需要27个蓄水池来规避季节性干旱,其中8个容积为100立方米,19个为50立方米。对于稻田,需要修建5.05hm2的囤水田来蓄积1.57*104m3水量来进行补充灌溉。这些囤水田的布局应根据稻田分布情况及地形情况分散布局,以方便灌溉。 总之,雨水的就地利用是减轻季节性干旱的有效途径,可以提高农业用水的可靠性。降雨和径流的收集利用在干旱半干旱地区应用甚广,然而,近年来,在湿润地区也开始应用,即使是在有较好的灌排体系的地区。在重庆丘陵山地,季节性干旱频繁发生,并且农业供水设施不足。因此,对土壤水分动态及其影响因素的了解可以很好的帮助雨水的就地利用。降雨径流过程可以帮助计算径流收集潜力,坡改梯可以提高土壤蓄水能力和增加雨水下渗,从而提高雨水利用效率。除了下渗和蒸发外的降雨径流可以被收集于小型蓄水设施里用来短期干旱时的补充灌溉,这样就可以降低雨养农业由于缺水而导致的风险。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;碭山县农場棉花改碱盋缃涷?[J];安徽农业科学;1963年02期
2 阚丽梅,崔清涛,刘清泉;穴耕对干旱天然草场土壤水分的影响[J];内蒙古林业科技;1994年03期
3 程林梅,阎继耀,张原根,张和;土壤水分对谷子产量与生理特性的影响[J];山西农业科学;1996年03期
4 郭晓红,吕艳东,郑桂萍,李金峰,钱永德,李宏宇,陈书强;土壤水分对稻米品质影响的研究进展[J];黑龙江八一农垦大学学报;2005年02期
5 常建国;刘世荣;史作民;康冰;陈宝玉;;锐齿栎林土壤呼吸对土壤水热变化的响应[J];林业科学;2006年12期
6 陈文霞;谈献和;;中药材栽培与土壤生态因子的关系[J];中国中医药信息杂志;2006年12期
7 姜东燕;于振文;;土壤水分对小麦产量和品质的影响[J];核农学报;2007年06期
8 张咏新;赵思金;杨晓菊;;章古台地区樟子松生长与气候、土壤因子的关系[J];辽宁农业职业技术学院学报;2008年04期
9 刘小飞;张寄阳;刘祖贵;孙景生;王景雷;孙磊;;喷灌大田土壤水分不同空间插值方法对比分析[J];灌溉排水学报;2008年04期
10 胡海英;包为民;王涛;瞿思敏;;土壤水中氢氧同位素变化模拟及实验[J];水电能源科学;2008年04期
11 宋红;;抗旱保水剂对促进玉米生长生理特性的试验研究[J];科技情报开发与经济;2009年20期
12 赵忠;李剑;袁志发;胡小宁;曹扬;王迪海;;黄土沟坡刺槐林地土壤水分垂直变化的数学模型[J];林业科学;2009年10期
13 杨直毅;汪有科;赵颖娜;黎朋红;段雪松;;树枝覆盖与保水剂对土壤水分的影响[J];灌溉排水学报;2010年01期
14 邰姗姗;张伟东;胡远满;;大连市丘陵区不同植被类型下土壤水分与养分状况[J];土壤通报;2010年02期
15 牛军生;温树影;王洪斌;;辽宁西部地区降雨规律与土壤水分变化研究[J];现代农业科技;2011年01期
16 王新路;冯丽宵;赵光辉;张立峰;;冀西北高原土壤冻融特征研究[J];土壤通报;2011年03期
17 付连双;王晓楠;李卓夫;谢甫绨;陈禹兴;冯玉磊;晁美丽;;土壤水分对冬小麦越冬期间植株电导率的影响[J];作物杂志;2011年03期
18 冯磊;王一鸣;杨卫中;石庆兰;;管式土壤水分传感器的性能测试[J];农机化研究;2011年10期
19 吕忠恕;陈邦瑜;田春如;;甘肃砂田改良的一种方法[J];土壤学报;1958年01期
20 ;水砂地耕作及灌溉的經驗[J];人民黄河;1959年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱保美;周清;;DZN1自动土壤水分观测仪的维护与维修[A];第28届中国气象学会年会——S1第四届气象综合探测技术研讨会[C];2011年
2 舒素芳;张育慧;王平;;DZN3型土壤水分自动站测墒质量分析[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
3 赵忠;李剑;袁志发;胡小宁;曹扬;王迪海;;黄土高原刺槐林地土壤水分垂直变化数学模型研究[A];全国水土保持与荒漠化防治及生态修复交流研讨会论文集[C];2009年
4 王宏周;孙广建;张玉平;雷铁栓;王哲武;吕丽萍;;不同土壤水分对旱地小麦产量的影响[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(下册)[C];2004年
5 陈怀亮;徐祥德;刘玉洁;厉王昇;邹春辉;翁永辉;;基于遥感和区域气候模式的土壤水分预报方法研究[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(上册)[C];2004年
6 李文龙;施维林;王刚;;沙坡头地区人工林植物的水分生态位适宜度与种间共存机制分析[A];生态学与全面·协调·可持续发展——中国生态学会第七届全国会员代表大会论文摘要荟萃[C];2004年
7 王季槐;沈海亮;杜茜;雷茜;;甘草生产与土壤水分关系模型的初步研究[A];第二届中国甘草学术研讨会暨第二届新疆植物资源开发、利用与保护学术研讨会论文摘要集[C];2004年
8 胡玲;彭世彰;丁加丽;徐俊增;;灌区土壤水分空间变异及监测方法研究[A];中国农业工程学会农业水土工程专业委员会第三届学术研讨会论文集[C];2004年
9 黄志霖;陈利顶;;半干旱黄土丘陵区不同土地利用类型对土壤水分的影响[A];地理教育与学科发展——中国地理学会2002年学术年会论文摘要集[C];2002年
10 许秀英;甘龙辉;陶冶;黄操军;;基于遗传神经网络的土壤含水率预测[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张卫华;雨水就地利用及蓄水农用保障性机制[D];西南大学;2011年
2 蔡一霞;土壤水分对稻米品质形成的影响及其机理[D];扬州大学;2004年
3 王建明;基于ERS散射计数据的青藏高原土壤水分估算方法研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2005年
4 赵培培;黄土高原小流域典型坝地土壤水分和泥沙空间分布特征[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2010年
5 佘冬立;黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植被恢复的水土环境效应研究[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2009年
6 宰松梅;水肥一体化灌溉模式下土壤水分养分运移规律研究[D];西北农林科技大学;2010年
7 胡良军;黄土高原植被恢复的土壤水分生态环境[D];西北农林科技大学;2002年
8 赵燕东;土壤水分快速测量方法及其应用技术研究[D];中国农业大学;2002年
9 崔建国;黄土半干旱区林木水分生理特性与土壤水分关系研究[D];北京林业大学;2012年
10 黄操军;E形传感器机理及浅表地层含水率预测[D];东北石油大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛艳凤;两优培九的结实特性及其与温度、土壤水分的关系研究[D];扬州大学;2001年
2 孙中峰;晋西黄土区坡面林地土壤水分承载力研究[D];北京林业大学;2004年
3 张志勇;基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究[D];山西农业大学;2005年
4 高运青;冀西北高原林地水分动态与水资源适度利用研究[D];河北农业大学;2006年
5 王振凤;黄土丘陵半干旱区柠条林地土壤水分垂直变化分析与模拟[D];西北农林科技大学;2012年
6 王艳君;由潮滩土壤含水量反演露滩地形的遥感方法初探[D];南京师范大学;2003年
7 吴建虎;关于土壤有机质直接测定系统测量精度改进措施的研究[D];山西农业大学;2004年
8 张智韬;基于遥感技术的灌区动态信息监测[D];西北农林科技大学;2005年
9 高凤莲;农田土壤水分时空变异特征及水量平衡分析[D];中国农业大学;2004年
10 柴春山;半干旱黄土丘陵沟壑区不同植被类型水土保持效应及土壤水分研究[D];兰州大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张华 李航 林泽磊;我市自动土壤水分监测站网初步形成[N];青岛日报;2011年
2 记者 王建忠;我国将布设1500套自动土壤水分观测仪[N];中国气象报;2009年
3 张芳 仲维健;江苏启动土壤水分自动观测网建设[N];中国气象报;2009年
4 班胜林;山西引进新型土壤水分观测仪[N];中国气象报;2010年
5 通讯员 薛龙琴 师丽魁 陈海波;河南土壤水分监测仪通过验收[N];中国气象报;2010年
6 辜良昌;首套自动土壤水分观测仪落户石渠[N];甘孜日报(汉文);2010年
7 通讯员 林泽磊;青岛增建自动土壤水分站[N];中国气象报;2011年
8 王一;土壤水分快速测量技术获突破[N];科技日报;2003年
9 记者 陈星 整理;玉米苗期管理四注意[N];新疆科技报(汉);2007年
10 河北 王美娟;土壤有效水含量判断方法[N];中国花卉报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978