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高标准农田建设中排水沟塘系统改造对排水水质的影响
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作者 陈雅雯 罗纨 +4 位作者 朱卫彬 贾忠华 刘文龙 吴宇轩 丁世洪 《农业工程学报》 北大核心 2025年第13期114-122,共9页
平原河网区稻麦轮作高标准农田建设中,除了对农田排水系统升级改造提高麦作期田间排水降渍能力外,还需根据区域排水和机械作业要求对沟塘系统进行调整。这些措施不仅会加大稻作期排水及污染物输出量,而且会降低沟塘系统的水质净化能力... 平原河网区稻麦轮作高标准农田建设中,除了对农田排水系统升级改造提高麦作期田间排水降渍能力外,还需根据区域排水和机械作业要求对沟塘系统进行调整。这些措施不仅会加大稻作期排水及污染物输出量,而且会降低沟塘系统的水质净化能力。为了评价上述排水系统改造措施可能带来的负面影响并提出相应的对策,该研究基于江苏省扬州市稻麦轮作农田排水过程及周边沟塘水质的6 a监测数据,利用田间水文模型(DRAINMOD)模拟了满足高标准农田麦作期降渍要求的田间排水布局,分析了排水布局变化对排水量较大的稻作期氨氮输出的影响;并结合沟塘湿地的分布及水力特性,探讨了不同改造情形对氨氮污染物削减效果的影响。结果表明,研究区现有排水沟(深60 cm,等效间距50 m)降渍能力较差,若要满足高标准农田90%降渍保证率要求,则需采用暗管排水埋深90 cm、间距20 m的浅密型布局,或是埋深120 cm、间距30 m的深宽型布局;在这2种排水布局下,稻作期采取干湿交替的节水灌溉模式与控制排水措施,农田排水氨氮输出量分别为19.23和18.13 kg/hm^(2),相较于现有排水布局分别增加了21.7%和14.7%。研究区现有沟塘面积与农田面积比为11.9%,可有效改善排水水质;未来在保留沟塘/农田面积比不小于3.8%的情况下,稻田排水中的氨氮浓度可维持在地表水III类水质标准。因此,建议在高标准农田建设过程中对排水系统进行改造时,应结合地区特点和水质保护目标,在提高排水工程标准的同时,积极利用和保护当地沟塘湿地资源,实现粮食生产和生态环境保护的双赢。 展开更多
关键词 农田排水 沟塘湿地 高标准农田 DRAINMOD模型 水质
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灌排控制措施结合沟塘湿地改善水稻灌区排水水质的模拟分析 被引量:9
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作者 邹家荣 罗纨 +3 位作者 李林 贾忠华 丁世洪 张志秀 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期98-107,共10页
针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型——DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不... 针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型——DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不同水质目标的水管理方案。结果表明,在研究区目前常规灌溉(定额为9600 m3/hm2,合水深960 mm)和常规排水(排水沟深0.6 m,等效间距50 m)模式下,农田单位面积上的年均排水总量高达1162 mm,是灌溉量与降雨量之和的59%;其中地表径流占比51%,仅有25%是由降雨造成的不可控部分。采取理想的避免地表径流的干湿交替控制灌溉措施(年均灌溉量320 mm)可以显著降低排水量和氨氮的输出,相较于常规灌溉模式,可削减55%的排水量和59%的氨氮输出。研究区农田控制排水削减排水总量的效果较差,且在一定程度上增加了地表径流。由于地表排水中氨氮浓度(2.85 mg/L)高于地下排水(其浓度为1.80 mg/L),地表排水比例的提高会增加排水对氨氮的输出。从研究区小流域范围内沟塘湿地分布考虑,目前灌溉与排水量均过高,现有沟塘湿地不足以发挥作用;只有通过控制灌溉措施显著减少排水量以后,才有可能利用现存的湿地面积将排水中的氨氮浓度降低到地表水水质标准Ⅴ类水。因此,该研究建议在合理控制灌排水量的基础上,通过整合、优化灌区现有沟塘湿地资源来有效改善研究区农田排水水质。研究可为类似地区农田排水污染控制提供理论依据。 展开更多
关键词 排水 灌溉 水稻灌区 DRAINMOD模型 氨氮 水质
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平原河网地区稻麦轮作农田排水与氮素流失特征研究 被引量:2
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作者 邹家荣 贾忠华 +3 位作者 朱卫彬 刘文龙 丁世洪 罗纨 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期321-330,共10页
长江下游稻麦轮作区农田排水是区域面源污染的主要来源,明确农田排水与氮素流失特征对于区域农业生产可持续发展与生态环境保护具有重要意义。现有稻麦轮作农田排水与氮素流失研究中,一般采用农田测筒观测地表径流与深层渗漏量来估算农... 长江下游稻麦轮作区农田排水是区域面源污染的主要来源,明确农田排水与氮素流失特征对于区域农业生产可持续发展与生态环境保护具有重要意义。现有稻麦轮作农田排水与氮素流失研究中,一般采用农田测筒观测地表径流与深层渗漏量来估算农田氮素流失量,这与农田土壤水分与氮素主要通过侧向径流进入农田排水系统的实际情况存在偏差。本文基于4年的大田监测数据,运用田间水文水质模型DRAINMOD-NⅡ,模拟研究了不同气象条件下稻麦轮作农田排水与氮素流失规律。结果表明,稻麦轮作周年内,由排水造成的氮素流失量多年平均值为28.4 kg/hm^(2),占施肥量的6.0%,其中大部分集中在稻季,平均为25.6 kg/hm^(2),麦季氮素流失量仅为2.8 kg/hm^(2)。与现有文献报道值相比,本文模拟得出的排水总量高35.4%,氮素流失总量则低44.6%;差异主要来自麦作期,文献报道平均值(31.8 kg/hm^(2))是本文的11倍,估算方法不同可能是造成这一差异大的主要原因。结合降雨规律分析发现,农田排水量和氮素流失量与降雨变化关系显著(决定系数R^(2)>0.56),三者相对增量的变化规律几乎一致;在降雨频率为20%~80%的年份内,氮素流失量相对稳定,维持在均值的0.8~1.2倍之间;只有在重现期大于5年的干旱或湿润年份,氮素流失量才会出现较大变化。因此,通过排灌控制措施稳定农田水文过程是有效控制农田排水氮素流失的关键。 展开更多
关键词 稻麦轮作 农田排水 氮素流失 DRAINMOD-NⅡ模型 降雨
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基于QUAL2K模型的农田排水沟塘去污能力研究 被引量:1
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作者 洪建权 邹家荣 +2 位作者 丁世洪 张志秀 贾忠华 《人民长江》 北大核心 2021年第11期56-61,共6页
QUAL2K水质模型可以模拟污染物在排水通道中的降解过程,分析排水沟塘对农业污染物的净化效果。以江苏省扬州市江都区水稻灌区一典型排水系统为例,利用QUAL2K模型模拟农田沟塘排水过程中氨氮和总磷两种污染物的削减情况;在利用实地调查... QUAL2K水质模型可以模拟污染物在排水通道中的降解过程,分析排水沟塘对农业污染物的净化效果。以江苏省扬州市江都区水稻灌区一典型排水系统为例,利用QUAL2K模型模拟农田沟塘排水过程中氨氮和总磷两种污染物的削减情况;在利用实地调查与监测数据进行模型检验以后,根据实际水力联系情况,预测分析了调整水力联系及采用部分重点治理措施对改善整体水质净化效果的作用。结果显示:①研究区6个主要水质监测点模拟的平均相对误差均在20%左右,相关系数R^(2)和Nash-Sutcliffe系数NSE的计算值均大于0.5,验证了模型的可靠性,但是田间沟塘一些人为及自然等不确定因素对模型的精度具有一定的影响。②3种治理措施的效果为截污>减小排水流量>调整沟塘流网系统,模拟显示排水系统经过少数可行的水力关系调整,就可以显著提高整体水质改善效果。QUAL2K模型可以灵活调整排水沟塘水力联系,预演不同治理措施,为优化农田排水沟塘系统提供依据。 展开更多
关键词 农田排水沟塘 QUAL2K模型 水质净化 农业污染
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农业排水沟塘系统污染物去除监测区代表性分析 被引量:5
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作者 贾忠华 陈诚 +5 位作者 罗纨 孙少江 邹家荣 巫旺 张志秀 朱卫彬 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期110-117,共8页
农业排水沟塘的不均匀分布造成了不同沟塘单元在污染物去除能力上的差异,从而影响采用局部监测区推求系统整体去除污染物能力的代表性,合理选择监测区是正确评价其环境功能的关键。该文根据南方平原区一典型沟塘的分布情况,以江都昭关... 农业排水沟塘的不均匀分布造成了不同沟塘单元在污染物去除能力上的差异,从而影响采用局部监测区推求系统整体去除污染物能力的代表性,合理选择监测区是正确评价其环境功能的关键。该文根据南方平原区一典型沟塘的分布情况,以江都昭关灌区作为研究区,针对表征污染物相对和绝对去除效果的指标,研究了由不同沟塘单元组成的监测区代表性问题;计算了不同监测区可能导致的误差,分析了影响代表性及误差的因素。结果显示,当降解系数r分别为0.01、0.05和0.10 m/d时,以沟塘系统整体的污染物去除效果作为参照,所有单元的去除强度比α平均值大于1,去除率比β平均值小于1;当降解系数r=0.05 m/d,池塘、支沟和农沟的去除强度比α平均值分别为1.90、1.11和0.64,去除率比β平均值分别为0.29、1.10、0.94。在沟塘分布不均及其水力关系复杂条件下,大多数水文单元或单个排水支路都难以精确地代表整个系统;一个特定监测区对于不同指标的代表性存在差异,监测区的代表性受到沟塘面积以及污染物自身降解能力的影响;对于表征污染物绝对去除量,如果污染物的降解能力较弱,监测区的选择余地较大,反之,则应避免面积较小的单元;水力停留时间越长,α值越小,而β值越大,水力停留时间较长的单元代表性更好。对于存在多个排水支路且农田和沟塘单元分布不均匀的情况,监测区则应尽量选为流量较大的支路,避免沟塘与汇流农田面积比偏大或偏小的支路。研究成果可为南方沟塘排水系统环境效益评价及农田面源污染监测提供理论依据。 展开更多
关键词 农田 排水 湿地 沟塘 降解系数 污染物去除指标 监测区 代表性
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迭代逼近─逐次优化拟合方法在水力计算中的应用研究 被引量:1
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作者 陈诚 龚懿 +3 位作者 沈刚 朱卫彬 钮佳民 曹孟晔 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2017年第6期75-79,共5页
半立方抛物线形断面明渠收缩水深的计算理论上无解析解,但该参数在工程计算中运用十分频繁且有较高的计算精度要求。针对现有的同类公式精度不够高的问题,通过简单的数学变换推得半立方抛物线形断面无量纲收缩水深的基本方程,引入高次... 半立方抛物线形断面明渠收缩水深的计算理论上无解析解,但该参数在工程计算中运用十分频繁且有较高的计算精度要求。针对现有的同类公式精度不够高的问题,通过简单的数学变换推得半立方抛物线形断面无量纲收缩水深的基本方程,引入高次方程近似求解的迭代逼近—逐次优化拟合方法,基于迭代理论建立合适的函数模型并选取适当的拟合参数,以剩余标准差最小为目标对其进行逐次优化拟合,得到一套直接计算公式。误差分析及实例计算结果表明,在工程适用范围内,该直接计算公式的最大相对误差绝对值仅为0.039%,平均相对误差小于0.024%,拟合相关系数达1.000 0。该公式的建立较好地弥补了现有的同类公式计算精度的不足,为渠道工程的设计和运行管理提供了参考,也为涉及高次方程求解的各类工程水力计算提供了有益的借鉴。 展开更多
关键词 迭代法 逐次优化拟合 半立方抛物线 收缩水深 水力计算
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