蔡瑜[1]2003年在《坡地径流资源化工程技术研究》文中研究表明干旱缺水与水土流失并存是影响宁夏南部山区人民生活和农业生产发展的重要限制性因素，也是我国干旱、半干旱地区普遍存在的共性问题。一方面农村生活及农业生产严重缺水，另一方面强烈的水土流失又使得大量地表径流流失。宁夏南部山区经过几十年的发展和改造，现已成为宁夏农业经济和生态环境良性发展的重要组成部分，但长期以来干旱缺水与水土流失并存的问题还没有得到完全解决。随着西部大开发和山区节水工程的实施，干旱缺水与水土流失已成为影响宁夏南部山区经济可持续发展的最大障碍。合理利用坡地径流，遏制这种恶性局面，实现农业高效用水就成为该地区生态环境建设和农业生产协调发展的重要任务。 本课题通过研究坡地径流资源化潜力并在此基础上提出了一套较为完整的和适合于当地的坡地径流集水技术体系。对解决宁夏南部山区实际问题具有指导意义。 课题研究主要从坡地径流资源化潜力分析和集水技术两方面入手，以典型区域为代表，收集了该地区暴雨洪水资料、年降水年径流资料及水土保持资料，分析并引入了小流域洪径比系数、水土保持不产流系数、修正年径流深等新概念，建立了综合解决坡地径流资源化潜力计算模型，提出了集水技术的工程措施和方法。
田升[2]2005年在《宁南山区坡地径流开发利用的工程技术研究》文中研究指明干旱缺水与水土流失并存是影响宁夏南部山区人民生活和农业生产发展的重要限制性因素,也是我国干旱、半干旱地区普遍存在的共性问题。一方面,农村生活及农业生产严重缺水,另一方面,强烈的水土流失又使得大量地表径流流失。宁夏南部山区经过几十年的发展和改造,现已成为宁夏农业经济和生态环境良性发展的重要组成部分,但长期以来干旱缺水与水土流失并存的问题还没有得到完全解决。随着西部大开发和山区扶贫节水工程的实施,干旱缺水与水土流失已成为影响宁夏南部山区经济可持续发展的最大障碍。合理利用坡地径流,遏制这种恶性局面,实现有限水资源的高效利用就成为该地区生态环境建设和农业生产协调发展的重要任务。 本文以宁夏南部山区的彭阳县草庙乡为典型研究区,通过调研和实验示范相结合,研究分析了当地水资源的利用现状和存在的问题以及坡地径流开发利用的潜力,并结合当地实际就该地区如何高效利用有限水资源提出了一些自己的看法和技术改造措施,将“集水技术”、“蓄水技术”和“水土保持技术”优化组装集成,示范研究出了一套较为完整的适合于本地推广的坡地径流开发利用的工程技术体系,对解决宁南山区水资源的可持续发展和生态环境的改善,具有很大的指导意义。 本文在坡地径流资源化潜力的调研分析中,以典型区为代表,收集了该地区暴雨洪水资料、年降水径流资料和水土保持资料,分析并引入了小流域洪径比系数、水土保持不产流系数、修正年径流深等新参数,建立了综合解决坡地径流资源化潜力计算模型,提出了集水技术的优化措施和技术改造新材料,对有效提高宁南山区有限水资源的高效利用具有一定的推广价值。
郑畅[3]2008年在《四川盆地坡地径流及其调控》文中研究表明四川盆地坡地区域,地貌切割厉害,地块破碎,耕地保水性差,天然降水利用率低,且年内降水时空分布不均,夏季降雨量占全年的65%,易发生农业季节性、区域性缺水。与平原地区相比,四川盆地的特殊地形给水资源开发利用和调节造成极大困难,不利于大型水利设施的布设。特别是在局地范围,如何提高降水资源化,用好有限的水资源,已成为一个影响局地农业的重大问题。人类活动对降水径流资源化的影响最大,尤其是以改善农业生态环境为目的的土地整理,如通过维修山坪塘、修建蓄水池和囤水田等,提高对降水的拦蓄力和灌水的利用率,提高局地蓄水能力和可供蓄水量,以解决由于水资源的时空分布不均造成的季节性、区域性供水不足的问题。利用数字高程模型(DEM)是水文研究和水资源管理工作中的一个重要的手段,由DEM自动提取水系和集水区特征等是数字化的途径。近年来,学者多从流域尺度研究水文特征参数、SCS模型或DEM在水文上的单独应用、在流域范围应用GIS与水文模型研究降雨-径流关系等方面研究水文、径流及人为因素等,但从局地尺度研究这些的学者较少。因此,本文以重庆市忠县拔山镇为研究区,利用DEM所提取的水系和水文特征信息,结合土地利用现状,以及土壤、地质、降雨等情况,探讨了四川盆地丘陵区局地降水保蓄能力及其人为活动(土地整理)的影响,拟为提高农业水资源量提供基础理论依据。通过研究,其主要研究结果如下:(1)多用于流域范围的Horton定律和基于分形几何理论的计盒维数法,仍适用于局地范围或四川盆地丘陵区。自然界的水系自身满足一定的数学模型,重力作用仍为众多水系结构影响因子中最为主要的一个因素。通过对水道级别、密度和频度的分析,四川盆地丘陵区局地水系结构以初级水道为主,低级水道频度大,较多分布在沟壑地带,而高级水道多分布在山谷地带,并明显短于低级水道,这与丘陵区地形分布有着密切关系。研究区五一水系和石门水系的水系分枝比Rb、长度比Rl、面积比Ra和比降比Rs分别为1.98和1.83、2.55和1.76、2.29和2.15、1.72和2.36,与其他研究者的结果相似。因此,主要用于流域的Horton水系定律也可用于局地水系的研究,且在丘陵地区研究局地水系的长度比可以用总长度来计算,其结果与一般长度比相近,在1.5-3.5之间,表明水系的长度规律具有普遍意义。五一水系和石门水系的分维数D分别为1.56和1.19,说明两水系都正处于幼年期,但五一水系正地面分割比石门水系更为破碎,水系相对复杂一些,弯曲度相对较大,这与水系分枝比等得出的结论具有一致性。由此可见,主要用于流域的分形分维研究也可用于局地。(2)本文应用GIS软件,将SCS模型中影响径流的主要因素细化到基于DEM的各个集水区域的方法是可行的,SCS模型可用于四川盆地丘陵区小型集水区的集水量计算。研究区径流空间分布与下垫面土地利用类型和土壤类型密切相关,下垫面单一的水域和裸地所形成的径流量大,而有作物的水田和旱地所形成的径流量较小;研究区径流年内分配相对集中,主要产生在4月至10月,占全年的90%以上,但整体上看,径流与降雨呈现一致性趋势;研究区年际径流量分布不均,呈现丰、枯水年交替变化的现象,年径流变差系数C_v值较小。这些都表明,利用GIS软件,将SCS模型运用到各个小型集水区可使局地径流数据图像化,实用性、针对性更强,能为后续以集水区为研究范围的农业水资源利用奠定了基础。(3)人类活动对局地水文的影响很大,特别是土地整理过程,作为一种强制性、时效性强的,能在短期内对景观格局和土地利用产生剧烈影响人为活动,能够改变局地径流滞留时间、土壤蓄水能力、水系结构等。通过土地平整,水流在坡面上的滞留时间交长了,用于下渗的时间加大,土壤水和地下水就有可能增加,而坡面径流有减小的可能性,同时,增大了土壤水库,土壤有效蓄水能力提高。虽然随着土层厚度的加大,土壤平均有效含水量减小,但是由于土层厚度的加大,土壤有效蓄水能力仍然变大。结合旱地坡改梯后土壤有效蓄水能力、旱作物最大需水缺口、单位面积旱地供需水量差额以及各个集水区各坡度的旱地面积,可从理论上能计算出各集水区还需要规划多少工程蓄水设施。此外,修建沟渠后,五一水系和石门水系的分维数D分别为1.67和1.30,比自然水系的分维数都有所增加,说明人为作用加快了水系流经区域的地貌发育,地面被分割得更为破碎,水系发育较修建沟渠前更为充分,水系密度增大,地面较完整,水系深切侵蚀较为剧烈。总之,四川盆地坡地区域地形破碎,沟壑分布较多,自然水系以初级水道为主,降水径流可利用潜力大。因此,在四川盆地坡地区域发挥人类活动的积极作用,提高局地降雨转化效率,增强土壤水库、工程水库在农业生产调蓄上的作用是十分必要的。本文通过对研究区的自然水系特征、各集水区的降水径流,以及土地整理过程对局地农业水资源利用的影响分析,提出了如何使局地农业水资源优化配置的定性定量方法,为解决四川盆地丘陵区农业用水的季节性和区域性问题提供了基础理论依据。
蒋太明[4]2007年在《贵州喀斯特山区黄壤水分动态及其影响因素》文中研究说明如何提高降雨的资源化水平，用好有限的水资源，降低农业生产的需水量和耗水量已成为一个国际性的课题。土壤水分是作物生长、植被恢复以及生态环境建设的主要限制性因素。近年来，随着各种新方法、新技术的应用，农业生态系统水分运移模型，农田水分优化管理与调控技术等方面取得了大量的研究成果。但是，这些研究成果主要集中在半干旱、半湿润气候带的华北平原和黄土高原，而在南方季节性干旱地区，尤其是西南喀斯特地区此类的系统研究工作较少。地处西南地区的贵州，碳酸盐类岩石分布面积大、范围广，是我国水土流失最严重的地区之一，季节性干旱问题突出，严重制约了农业生产的可持续发展。黄壤是贵州主要的农业土壤类型，占贵州国土面积的41.9％，占全国黄壤面积的25.3％，在全国具有典型代表性。为此，本研究选择具有喀斯特山区典型代表性的修文县久长镇为试验区，以黄壤为供试土壤，开展喀斯特山区坡地水分动态及其影响因素的研究，为贵州山区开展集雨抗旱技术示范与推广提供了科学依据。试验研究以为贵州喀斯特山区季节性干旱问题的解决提供科学依据为出发点，围绕坡地黄壤水分时空变异规律，在6.5度、9.5度和16度坡耕地上，按10.0m×4.0m的规格设置试验小区，以裸地为对照，设置了玉米—小麦套作、蔬菜—蔬菜连作两种作物种植方式，于2001年6月～2003年7月期间，采集坡地径流数据66次、共594个，每10天采取0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm土层土样，每20天采取60～80cm、80～100cm土层土壤样品进行含水量测定，获得76批次、共3420个土壤水分数据。按照不同坡度、不同作物种植方式分别对径流与土壤水分数据进行分类整理，采用常规数据统计和互谱相关分析、小波分析等方法对黄壤水分的空间变异进行了探讨，完成了贵州喀斯特山区黄壤的持水性能、降水转化、水分动态及其影响因素等相关内容的探讨。主要研究成果如下：(1)黄壤质地粘重，持水力强，比水容量小，有效水范围极窄，易于发生干旱。黄壤剖面中粒径＜0.01mm的物理性粘粒含量691.7～880.5g·kg~(-1)，粒径＜0.001mm的细粘粒占物理性粘粒的44％以上，为重粘土。黄壤20～40cm土层的粘粒含量最高，不利于降雨入渗。黄壤粘粒含量与田间持水量、凋萎系数和有效水分含量显着正相关；砂粒、粉粒、容重与田间持水量、凋萎系数和有效水分含量呈显着负相关。当土水势由-2.5～-10kPa段降至-10～-30kPa段，再降至-100～-300kPa段时，黄壤比水容量由10~(-1)数量级降至10~(-2)数量级，再降至10~(-3)数量级。当土壤水吸力S小于100kPa时，土壤含水率下降很快，土壤水分释放快，量大；当吸力S大于100kPa时，土壤水分释放缓慢，量小。黄壤0～20cm土层田间持水量高至282.2g·kg~(-1)，凋萎系数也高达250.0g·kg~(-1)以上，有效水范围仅30～50g·kg~(-1)，是黄壤易于干旱的主要原因。0～100cm土体黄壤总库容为5515.3 m~3·hm~(-2)；贮水库容达4094.1 m~3·hm~(-2)，占总库容的74.23％；通透库容仅1421.26 m~3·hm~(-2)，占总库容的25.77％，不利于土壤水分的上、下运行；有效水库容只287.1m~3·hm~(-2)，占贮水库容的比例仅9.69％，易于发生干旱；无效水库容占贮水库容的比例高达90.31％，对作物供水价值不大。(2)常规种植方式下黄壤地表径流量大，降雨资源化效率低。贵州喀斯特山区黄壤径流与降雨在时间上同步，5～8月径流高峰期，频率高，变幅大；3～4月和9～11月平缓，频率低，变幅小。对降雨的接纳始于3月，3～4月中旬的降雨接纳较少；4月下旬～6月降雨接纳频率高，数量大；7月降雨接纳频率低，单次接纳量较大；8月降雨较多，接纳量不大；9月降雨接纳偏少；10月降雨接纳频率高，接纳量小；11月～次年2月，基本没有降雨接纳。4～10月是坡地黄壤增加深层土壤降雨入渗和提高降雨资源化水平的关键时期。黄壤坡地径流(R_s)和“土壤—植物”系统对降雨(P)的接纳(P_e)表现为P=P_e+R_s的数量关系，径流量随降雨量的增大而加速增加，表现为R_s=-a+bP-cP~2+dP~3的函数关系；降雨接纳量在初期随降雨增大而升高，当降雨到达一定量时，降雨接纳数量逐步降低，表现为P_e=a+bP+cP~2-dP~3的函数关系。6.5度、9.5度和16度黄壤坡地年产流降雨占年降雨量的72％。裸地的年径流量占年产流降雨量的42.4％，“土壤—植物”系统对产流降雨的58.6％；常规种植方式下的径流系数为31.8％，降雨接纳系数为68.2％，作物种植一定程度上提高了“土壤—植物”系统对降雨的接纳比例。(3)黄壤水分的季节分配及在剖面上的分布差异大。黄壤水分随时间变化而呈有节律的周期性摇荡，周期30～60d。黄壤水分的季节性分配不协调，春季为土壤水分强烈上升蒸发期，土壤水分分布层下移现象明显，水分贮量处于负相位，不利于浅根系作物的水分供应；夏、秋季为土壤水分恢复补充期，降水补充较多，土壤水分分布层明显上移，水分贮量处于正相位；冬季为土壤水分缓慢蒸发补充期，土壤水分蒸发散失较缓慢，土壤水分分布层仍有下移的现象，水分贮量在正、负相位间交替变化。由于黄壤有效水范围极窄，在夏、秋季也常常受到干旱的影响。黄壤剖面相邻层次间具有相似的变点分布及周期性特点，层次间水分的上、下运行因果关系明晰。20cm深度是黄壤水分垂直变异的“拐点”，黄壤含水量在20～40cm土层急剧增高，40～100cm土层水分贮量处于一个较高且稳定的状态。黄壤水分变异系数cv随土层(h)加深而减小，表现为cv=0.5197h~(0.4894)的函数关系。因此，根据水分变异系数cv可将黄壤剖面划分为：0～20cm为水分活跃层(cv＞0.0876)、20～60cm土层为水分次活跃层(0.0876≥cv≥0.0665)、60～100cm土层为水分相对稳定层(cv＜0.0665)。其中：活跃层是土壤与大气进行水分转化的通道与界面，次活跃层是相对稳定层和活跃层之间的水分传输通道，相对稳定层是土、气界面水分转化的库，叁个层次间的水分差异较大，具有较强的水势梯度。黄壤水分活跃层含水率250～400g·kg~(-1)，次活跃层含水率400～500g·kg~(-1)，相对稳定层的含水率在500g·kg~(-1)以上，维持较稳定的土壤水分正梯度剖面构型，水分活跃层水分含量相对较低。(4)坡度和作物种植是黄壤坡地降雨转化及水分保蓄的重要影响因素。在贵州喀斯特山区，随坡度增大，黄壤地表径流量增加，产流降雨量的资源化水平降低。坡度是黄壤水分剖面垂直变异的主要因素，除水分活跃层外，20～100cm土层内的各土层水分含量表现出9.5度＞16度＞6.5度的趋势。菜—菜和裸地方式下水分活跃层的水分含量表现出9.5度＞6.5度＞16度的趋势，6.5度与16度间的水分差异达到了0.01的极显着水平，在玉—麦种植方式下这种差异又消失了。6.5度坡地黄壤粘粒含量过高，严重地制约了6.5度坡地上黄壤的降水入渗。排除土壤粘粒过高所带来黄壤水分异常的6.5度坡耕地后，9.5度坡地黄壤较一致地保持着高于16度坡耕地的水分含量。黄壤水分的时间动态变异主要受制于降水，0～40cm土层尤为明显。玉—麦、菜—菜种植方式对降雨的转化效率随季节更替而相互交替变化。与裸地相比，作物种植增加了坡地黄壤的降雨转化效率。不同作物种植方式下，黄壤水分时间动态与降水保持着较一致的规律性，0～100cm土体，特别是0～20cm土层，其水分与降水在时间上的演变节点基本保持在相同或相近的位置。作物种植在增加降雨入渗的同时，也加大了对土壤水分的蒸腾损耗，一定程度上增加了黄壤水分的变异程度与频率，这种影响随土壤深度的增加而衰减，使相对稳定层的水分含量能够维持在较高含量水平。在高含水量时，玉—麦方式对活跃层黄壤水分变异的效应大于菜—菜方式；裸地方式的水分消耗低，土壤水分含量高。总之，贵州山区坡地黄壤质地极粘重，持水能力强，比水容量小，有效水范围极窄，水分上、下运行困难，耕层水分含量有限，是黄壤易于发生季节性干旱的根本原因。黄壤坡地常规农耕系统的径流系数高，降雨接纳与转化量低，春季是水分贮量的低值时段，黄壤水库的周年均衡供水能力差。坡度对径流具有正效应，对降雨资源化和土壤水分含量都具有负效应；降雨时作物种植增加了降雨接纳量，其余时间则加大了对土壤水分的消耗，一定程度上作物种植加剧了土壤水分的数量变异。因此，在贵州山区坡地黄壤上实施集雨工程建设，大力推行工程、农艺、生物、化控等措施相结合的集雨增效旱作农业技术，提高降雨转化效率，增强土壤水库在农田水分调蓄上的作用是十分必要的。
王疆霞[5]2010年在《陕南土石山区小流域水土资源空间优化配置研究》文中进行了进一步梳理坡面径流是造成水土流失的主导因子,坡地径流窖灌农业是一项富有中国特色的农业高效用水技术模式。通过合理集蓄、分配和利用坡面径流资源,从而缓解人类发展需要与水土保持、生态环境保护之间的矛盾,是目前研究的热点和难点,也是解决水、土资源短缺问题的良策。本论文,依托陕西省水土保持科研示范项目“陕南地区坡面径流利用技术研究”。论文立足秦巴山区,站在陕南土石山区全局的高度上,以小流域水(坡面径流)、土(坡地)资源为研究对象,以系统科学、水土保持学,水文学等学科理论为指导,以资料收集、外业调研、数学模拟和理论分析为手段,以陕西省商南县马家沟小流域为典型案例,开展了小流域水土资源空间优化配置研究,取得的主要研究成果如下：1、基于项目中本人前期参加、完成的研究工作,本学位论文在系统介绍水、土资源优化配置、坡面径流集蓄利用以及流域水文模型研究现状的基础上,确定了进行小流域水土资源空间优化配置的原则和方法：首先,以坡面径流资源为主要约束条件,从数量和空间位置上最优分配了小流域的水、土资源。然后以最优分配确定的各土地利用面积为主要约束条件,确定蓄水工程的优化配置,进一步将坡面径流资源进行了时空二次分配。本论文提出的配置原则和方法为小流域综合治理提供了具体可行的理论和方法指导。2、解决了最优“配”(数量上分配)、“置”(空间上放置)小流域水、土资源的难题。首先构建线性规划数学模型,编制计算程序实现了单纯形法的模型求解,在数量上获得小流域水、土资源的最优分配；然后将计算结果结合ArcGIS的运用和二次开发,实现了各土地利用类型空间位置的最优确定。即在空间优化配置各种土地利用面积的同时获得汇水区与灌溉区的最佳配置,从而在空间优化配置土地资源的同时也空间优化配置了水资源。并且将之应用到案例区--商南县马家沟小流域。3、尝试了基于GIS的水文模型的构建和运用。利用ArcGIS9.2软件空间分析及水文分析模块(Hydrology Model)的功能,提取SCS产流模型(Soil Consveration Sevrice, SCS)所需参数,确定并给子流域赋CN值(Runoff Curve Number, CN),然后根据构建的SCS模型来编程计算不同土地利用状况下各旬的产流情况。并且将之应用到案例区--商南县马家沟小流域。4、在项目设计提出的原“容亏累计法”计算蓄水工程容积的基础上,进行了改进、细化及重新编程计算,将蓄水工程容积调蓄的时间步长由月细化成旬,并且将之应用到案例区--商南县马家沟小流域。同时,本学位论文进一步增加了“逆时序法”的计算、“容亏累计法”计算结果与“逆时序法”计算结果进行对比的内容；将利用产流率计算坡面产流和SCS径流曲线数法模拟产流两种结果代入“逆时序法”计算蓄容,将结果进行对比。结果表明,“容亏累计法”计算蓄容考虑了旬内调节蓄容,因而蓄容计算结果比“逆时序法”计算结果略大。这是科研示范项目“陕南地区坡面径流利用技术研究”结题之后、撰写本学位论文中的一个创新点。5、提出了蓄水工程空间位置优化确定的方法。提出以Arc Hydro数据模型自动提取的水系节点为基础,根据蓄水工程的优化选址的基本原则,为蓄水工程优化选址的方法,并在案例区实践,方法简便可行,结果合理。这是科研示范项目“陕南地区坡面径流利用技术研究”结题之后、撰写本学位论文中的又一个创新点。6、提出了单个蓄水工程容积的确定方法。对于已确定空间位置的蓄水工程,运用两个方法：模拟计算法和分配总蓄容法为单个蓄水工程确定蓄容。对案例区分别用两个方法进行计算,并将计算结果进行比较,结果显示：基于SCS模型的模拟确定蓄容计算步骤多,计算过程复杂,但计算更准确,精度高,易于与GIS结合,易于与基于GIS的水文模型结合,仿真度高。而且,由于考虑了每旬的余水能被低位蓄水工程再利用,模拟计算的单个蓄容之和小于总蓄容。该研究结果可以作为进一步优化计算的基础,也可用来对比研究,其研究方法与结果都具有重要意义。基于“已确定总蓄容”的分配蓄容,方法简便宜行,适于在广大农村推广,但人为因素较多,没有真正进行优化计算,方法有待进一步改进。这是科研示范项目“陕南地区坡面径流利用技术研究”结题之后、撰写本学位论文中的第叁个创新点。本研究区别于前人多数将水、土割裂开研究的方式,将小流域水、土资源综合考虑。具体实现包括两个层次的配置问题,第一个层次是水土资源的空间优化配置,第二个层次是蓄水系统的空间优化配置。以上两个层次的工作确保实现了真正意义上的小流域水土资源的空间优化配置。
宋小林[6]2017年在《黄土高原雨水集聚深层入渗技术试验研究》文中研究说明为有效解决黄土高原山地苹果生产干旱缺水与水肥营养供求不足难题,我们在延安山地果园实地调研中发现了一种肥水坑施技术,这种技术是对以往果园坑灌技术的发展,并取得了初步效果。但相关技术参数以及水分调控效果等诸多问题缺乏科学数据支撑,技术本身也不完善,技术应用前景以及技术如何应用推广等问题均没有答案。在考察分析研讨过程中,课题组成员均认为这种技术有深入研究之必要,很可能能够形成一种解决黄土高原果园干旱缺水与水肥营养供求不足,甚至还可缓解区域水土流失问题的一种雨水资源化的综合技术。基于上述研究与思考,课题组提出了一种雨水集聚深层入渗技术(Rain Collection and Infiltration Systems,RWCI),具有蓄水、保水、保肥和水肥一体化等功能,有望同步缓解干旱缺水和水土流失两大难题,适于黄土高原山地果园雨水资源化的新技术。RWCI技术作为一种复合技术体系,包括雨水集聚技术、雨水深层引流技术、引流防渗漏技术和保水保肥技术四项技术要素,其特点是不直接通过地表,而是将雨水、灌溉水或肥液通过引流管直接作用于作物根区土壤以持续供应作物水、肥吸收利用的立体水肥一体微型灌溉系统。本文依据雨水集聚深层入渗技术要素,设置3种设计深度(40 cm、60 cm和80 cm深)和2种防渗设计(有防渗层与无防渗层设计),采用野外定位监测、调查取样与数理统计相结合的方法,以陕西延安市宝塔区河庄坪镇万庄村山地果园为研究对象,在全年不进行灌水(自然降雨)的情况下,以鱼鳞坑(CK)为对照,研究了该系统(RWCI)对黄土高原山地果园土壤水分的时空变化特征和对果树根系及产量因素的影响;并且以自然裸露坡地(Bare slope,BS)为对照,研究了黄土高原地区坡地果园RWCI系统对典型降雨的响应机制,对比分析了该技术的生态效应。初步得出如下主要研究结果:(1)研究发现试验区鱼鳞坑(CK)处理条件下在果园60-80 cm土层内存在一个土壤含水率低值区,土壤水分的变化主要集中在0-80 cm土层,在该土层(0-80 cm)内土壤含水率总体呈直线下降的趋势。应用雨水深层集聚入渗技术后不仅可增加果树根际土壤水分含量,而且对改善果树土壤水分低值区(60-80 cm)水分环境有显着作用。研究发现雨水深层集聚入渗技术(RWCI40、RWCI60和RWCI80)均对20-100 cm土层土壤水分影响较大。RWCI技术条件下,丰水年(2016年)土壤年均含水率相对于鱼鳞坑(CK)处理的增长率要显着(P<0.05)高于枯水年(2015年)。有防渗层处理下,在20-100cm土层内,2015年(枯水年)rwci技术(rwci40、rwci60和rwci80)下土壤年均含水率增加比率(相对于ck处理)分别为33.15%、37.40%和37.40%,2016年(丰水年)分别为45.22%、51.17%和51.17%。无防渗层处理下,rwci技术(rwci40、rwci60和rwci80)在2015年(枯水年)土壤年均含水率增加比率(相对于ck处理)分别为33.21%、45.99%和31.50%,2016年(丰水年)分别为47.22%、55.69%和44.64%。对比有防渗层与无防渗层对应设计深度rwci系统土壤水分差异可以看出,设计深度越浅(rwci40)有防渗层设计与无防渗层设计之间水分差异不明显(p<0.05),说明浅型rwci系统底部没有铺设防渗层的必要;但是随着rwci系统设计深度的增加(rwci60),有防渗层设计与无防渗层设计之间土壤水分差异逐渐增加;特别是在rwci80处理(80cm深rwci系统)下有防渗层设计年均土壤含水率显着(p<0.05)高于无防渗层设计。(2)雨水集聚入渗技术(rwci)对缓解坡地果园水土流失,减少地表径流、增强土壤入渗也有明显的效果。研究发现,在典型暴雨(次降雨达80mm,降雨量大,历时短)情景下,裸露坡地(bs)雨水入渗则发生在0-20cm土层内(表层土壤),产生这种现象的原因应该是该降雨量和降雨强度大、历时短,当雨水降到裸露坡地上在短时间内产生大量地表径流,雨水还未充分就地入渗就随地表径流而损失掉了。鱼鳞坑具有一定汇聚坡面径流的作用,因此布设鱼鳞坑(ck)措施的果园雨水入渗深度达到了40cm。试验果园布设rwci技术(rwci40、rwci60和rwci80)后,各有防渗层rwci技术下土壤雨水最大入渗深度分别达到了80cm、120cm和200cm深度,并且在0-80cm、0-100cm和0-180cm土层内土壤水分在雨后受有防渗层rwci技术的影响最大;各无防渗层rwci技术雨水最大入渗深度分别为200cm、220cm和≧300cm,并且在0-140cm、0-160cm和0-180cm土层内土壤水分在雨后受无防渗层rwci技术的影响相对较大;对比有防渗层与无防渗层各rwci技术典型降雨条件下的土壤水分状况,发现有防渗层与无防渗层设计之间的土壤水分变化差异主要集中在0-140cm(rwci40)、0-160cm(rwci60)和0-220cm(rwci80)土层内。(3)雨水深层集聚入渗技术的应用促进了果树根系在深层土壤中的生长,显着改变了不同深度土层内果树根系的分布比例关系。研究发现,试验果园布设rwci技术(rwci40、rwci60和rwci80)后,有防渗层设计下果树根系在各土层(0-100cm、100-200cm和200-300cm)中的分布比例分别为,rwci40:73.75%、12.89%和13.36%;rwci60:66.88%、22.89%和10.23%;rwci80:56.96%、18.41%和24.63%;无防渗层设计下果树根系的比例关系分别为,rwci40:52.94%、27.70%和19.36%;rwci60:51.76%、21.40%和26.86%;rwci80:54.36%、24.13%和21.51%。研究还发现,各设计深度(40cm、60cm和80cm)rwci技术对各土层0-0.1mm根径范围内的细根生长影响较大,对根径较粗的根系影响不显着(p<0.05)。同时,rwci技术能够显着(p<0.05)促进苹果单果重、单株果数和单株果实产量,并且对单株果数和产量的影响最为显着(p<0.05)。各rwci处理(rwci40、rwci60和rwci80)单株苹果树实际产量分别较ck高出,有防渗层:59.2%、114.8%、40.51%;无防渗层:112.63%、84.91%%和12.86%。对比有防渗层与无防渗层设计:各有防渗层与无防渗层设计RWCI系统中有防渗层RWCI系统各深度设计下单果重总体要高于无防渗层设计RWCI系统;其中以有防渗层设计RWCI40和RWCI60系统单果重最大,单颗果重分别达到了245.50 g和232.12 g。从单棵果果数、单棵果树实际产量与单棵果树理论产量可以看出,有防渗层RWCI60系统下的各产量指标值达到最大。(4)综合分析了(1)—(3)应用雨水深层集聚入渗技术后果园土壤水分和果树根系在土壤中的分布变化特征,初步确定了雨水集聚深层入渗技术在试验区应用的主要技术参数。RWCI系统的坑口设计规格为80cm×80cm,深度设计参数为40-80 cm(果树根系分布情况为主要设计依据);浅型RWCI系统底部(40 cm深)不用铺设防渗层,随着设计深度的增加(RWCI60和RWCI80)铺设防渗层的效果显着增强。综合来看,RWCI技术的应用不仅消除了黄土高原山地果园土壤水分低值区、显着增加了果园土壤含水率、促进了果树根系在深层土壤中的分布和果树的产量;而且有效地实现了RWCI技术拦蓄径流、保持水土和水肥一体化的作用,对于黄土丘陵区果园经济效益和生态效益的同步提高具有显着的应用价值。研究中以有防渗层RWCI60处理的效果最好,然而该系统的推广应用还得大量的研究为其提供可靠的理论数据支撑。
樊廷录[7]2002年在《黄土高原旱作地区径流农业的研究》文中研究指明旱地农业在我国和世界农业生产中占据十分重要的地位，随着人口增长和社会经济发展，对日益紧缺水资源的需求量越来越大，成为制约可持续发展的主要因素。因此，以自然降水为唯一供给源的早地农业生产受到普遍重视。 黄土高原地处我国地貌结构的第二阶地，农业历史源源流长，是我国农业发祥地，丘陵沟壑和高原沟壑的地貌特征，使有限的降水连同土壤养分化为径流非目标性输出，付诸东流，成为“地瘠民贫”之区，加之历经长期的过度土地利用、战乱和灾变的摧残，呈现的植被破坏、水土流失、土地破碎与环境劣化，生产力低下，成为国家财政重点支持的贫困地区。鉴于“叁水”循环严重障碍及干旱缺水的加剧趋势，人们把解决缺水问题的希望寄托于源头水—降水资源的开发利用，实施径流集蓄技术无疑是解决问题的一系列措施中十分重要的一环。 针对黄土高原早作地区水土资源存在状况，在国家旱地农业攻关任务的基础上，一反只注重农田降水利用率提高的旱作农业技术，充分利用非耕地的有利地形地貌，实施径流向农田富集，拓宽了高原旱作地区农业和农村经济发展的途径。 全文共分八章。第一章是引言，在全面论述日益严峻的水资源短缺态势和干旱加剧趋势的基础上，概述了国内外径流资源利用的研究进展，指出了径流集蓄利用需解决的问题，界定了径流农业的有关概念，提出了研究思路。第二章通过分析黄土高原地貌特征、地面坡度和降水资源转化关系，研究了高原早作地区径流集蓄利用基础，初步提出了径流集蓄适宜类型区。第叁章提出了旱作地区降水资源化潜力的有关概念及计算公式，并以黄土高原陇中和陇东为代表区域，计算与评价了降水可供富集的径流水的潜力。第四章总结和研究了径流集蓄的产流及贮聚等主要工程技术。第五章在总结和研究有限补灌理论的基础上，对不同作物补灌技术的水分效益进行了深入探讨，提出了径流水高效利用方案。第六章提出了农田降水就地富集迭加的微集水区概念，并在对作物水分供需关系分析的基础上，系统研究了农田微集水的水分生产潜力11 西北农林科技大学博士论文：共土高原旱作地区径流农业的研究增进机理和技术应用的水分效益。第七章从5个方面论述了径流农业技术是降水高效利用、农民增收、生态环境改善等的主导技术，它己成为黄土高原可持续发展的重要选择。第八章概括总结了主要研究结论，并就有关问题进行了讨论。 研究取得的主要成果与结论如卜： （l）在分析总结国内外径流利用技术的基础上，界定了径流农业的有关概念。认为旱作地区径流农业是以降水资源化为核心，实施非耕地径流向耕地富集和耕地降水就地富集，增加作物水分满足率和土地生产力的农业综合技术体系，包括地表径流调控和土壤入渗调控制两个方面。 （2）通过对黄土高原径流集蓄利用的气候学基础、地貌学基础和土地利用基础的分析，确定以降水量、地貌、地表物质组成和垦殖指数为指标，初步地把黄土高原旱作地区径流集蓄划分为适宜区、次适宜区和不适宜区叁个类型区，认为年降水量400——550。m的半干旱区到半湿润偏旱区是径流集蓄利用的适宜区，在适宜区内，较高雨量区是技术效能高效区，较低雨量区是技术的强需求区。 （）提出并界定了降水资源化的理论潜力mt厂 可实现集蓄量（Ra）、现实集蓄量（R）叁个概念及相应的计算公式，认为可用降水资源化的理论潜力开发度（Ra／Rt）。现实集蓄量开发度（Rr／Rt）、可实现集蓄量开发度（R。／Ra）叁个指标对降水资源的开发利用情况进行评价，并以黄土高原陇东和陇中为代表区域，估算和评价了降水可供富集的径流水的潜力。结果表明，目前以非耕地为主的径流集蓄中，农村屠民点是径流场建设的重点区域，径流集蓄量受降水量和径流面积比的双重影响，但降水量是主导因素。3「耕地径流向耕地富集量的理论潜力开发度可达到13－23％，现阶段可实现集蓄量开发度为37－47％，尚有60％左右的富集量有待开发，而现实集蓄量开发度只有 5－10％。 （4）在己有工作基础上，总结提出了道路、混泥土、庭院、片石、原土夯实、荒坡、塑料和化学材料等径流场类型及其处理方法，深入研究了日光温室棚面集水模式，棚面集水效率达到84．4％，为解诀高原设施园艺缺水问题提供了技术支撑。 （5）综合己有的、零散的节水补灌理论，系统研究了有限补灌技术在不同作物上利用的水分效益，认为径流水高效利用理论的核心是在作物需水临界期有限补灌水分的效益倍增。眼下区域粮食基本平衡，增加农民收入是当务之急，有限的径流水应以发展经济价值较高的果品和设施蔬菜为宜，水的经济效益相对较高。 （6）针对旱作农田大量水分无效耗损、导致水分利用率不高的实际，率先提出了农田降水就地富集迭加微集水的概念及技术思路，系统研究了全生育期起垄覆膜和 摘 要 … 休闲期起垄覆膜微集水技术的水分生产潜力增进机理和水分效益。结果表明，依?
蔡进军, 张源润, 李生宝, 蒋齐, 火勇[8]2004年在《宁夏南部山区坡地雨水资源化潜力及降水再分配研究》文中研究说明宁夏南部山区是雨养农业区 ,也是半干旱退化山区 ,提高降水资源的利用率 ,是该地区生态环境建设的必然途径 ,通过分析研究点的雨水资源量 ,当地缺水的最大问题是降雨的时空分布问题造成了大量的雨水资源流失。坡地改造拦蓄径流就地利用和径流资源的拦蓄储备是解决缺水问题的两种途径。分析了坡地径流资源的潜力 ,并对坡地改造后不同工程措施降雨再分配情况进行对比研究 ,土壤平均体积含水量 885 4 2整地 >鱼鳞坑整地 >自然坡面 ,885 4 2工程整地比鱼鳞坑工程整地高 12 .1% ,比无工程整地措施高 2 0 .8% ,可以有效提高造林成活率。
杨郁挺, 刘平, 冯平, 鲁向晖[9]2002年在《坡地径流“窖灌”农业高效用水模式研究与示范》文中研究指明1 示范区自然、地理状况 项目区分示范、辐射区两部分。示范区位于东径106°41′15″～106°41′35″、北纬36°02′20″～36°02′30″之间,示范区涉及总汇流面积20.7Km~2,发展高效窖灌农业面积3028亩,全部为
郭良士[10]2014年在《半干旱区坡地雨水资源化与节水灌溉技术研究》文中进行了进一步梳理大气降水是陆地上各种形态水资源总的补给来源,增加旱区雨水资源利用量,提高旱区雨水资源的利用率已成为缓解农业用水矛盾的有效措施之一。本文以松山区城子乡为例,以雨水资源为研究对象,对研究区的雨水资源利用潜力进行了初步分析,并对棚窖集雨节灌模式进行了试验研究,取得主要研究结果如下：(1)研究区多年平均降雨量为374mmm,降水保证率在25%、50%、75%时所对应的降水量约460mm、374mm、281.7mm,可集蓄潜力在165.16～269.71万m3之间,其中坡耕地、园地、城镇、道路作为较易实施集雨工程的土地类型,可调控的雨水资源达到150.69万m3(以平水年计)。该地区具备实施雨水集蓄利用的可行性与必要性。(2)坡地集雨型日光温室棚面平均径流系数为0.8443,单棚雨水可利用量为141.15-230.49m3/hm2,均能满足渗灌条件下温室单茬黄瓜、番茄全生育期需水量,对双茬蔬菜的满足率为58.8-96.4%。(3)渗灌与沟灌相比,温室内土壤环境、大气温湿度均有明显改善；综合高产、节水两个因素,在渗灌条件下,番茄的最佳灌溉制度为全生育期灌溉定额2700m3/hm2、共灌12次、灌水定额为225m3/hm2,黄瓜的最佳灌溉制度为灌溉定额3300m3/hm2、灌溉周期10天、灌水定额253.8m3/hm2。(4)坡地目光温室集雨系统年均投资331.2元/座,单茬黄瓜的净产值为365838元/hm2、单方水产值为110.86元,单茬番茄净产值为369840元/hm2,单方水产值为136.97元。以示范区2520座坡地温室计算,每年可减少47.74万m3的地下水开采量,避免地下水位下降导致城区地表沉降,同时减少了水蚀对表层土壤的破坏,从而降低土地荒漠化的程度。
参考文献：
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[2]. 宁南山区坡地径流开发利用的工程技术研究[D]. 田升. 中国农业大学. 2005
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[4]. 贵州喀斯特山区黄壤水分动态及其影响因素[D]. 蒋太明. 西南大学. 2007
[5]. 陕南土石山区小流域水土资源空间优化配置研究[D]. 王疆霞. 长安大学. 2010
[6]. 黄土高原雨水集聚深层入渗技术试验研究[D]. 宋小林. 西北农林科技大学. 2017
[7]. 黄土高原旱作地区径流农业的研究[D]. 樊廷录. 西北农林科技大学. 2002
[8]. 宁夏南部山区坡地雨水资源化潜力及降水再分配研究[J]. 蔡进军, 张源润, 李生宝, 蒋齐, 火勇. 水土保持研究. 2004
[9]. 坡地径流“窖灌”农业高效用水模式研究与示范[J]. 杨郁挺, 刘平, 冯平, 鲁向晖. 宁夏科技. 2002
[10]. 半干旱区坡地雨水资源化与节水灌溉技术研究[D]. 郭良士. 内蒙古农业大学. 2014
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