壤中流综合调控与利用技术体系

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　　摘 要：壤中流理论研究较为成熟，但结合工程实际进行壤中流的调控与利用鲜有研究。本文简述了壤中流综合调控与利用技术及其组成单元，并与实际工程结合运用，以期为后续研究提供借鉴、参考作用。
　　关键词：壤中流;综合调控与利用;截水沟;灌排两用渠
　　中图分类号：S152.7       文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20190830008
　　引言
　　壤中流一般认为多于我国南方红壤土、紫色土地区产生，黄土高原不易产生壤中流现象。壤中流的产生受到诸多因素的影响，如土层厚度[1]、土壤容重[2]、土壤含水量[3]、土壤质地、土壤表层植被覆盖[4]、雨强和坡度[5]及土地利用方式[6]等。但是这些对于壤中流的研究均集中于机理与理论研究，与工程实际相结合进行壤中流的调控与利用研究工作现有报道。延安市治沟造地工程中发现黄土高原丘陵沟壑区存在壤中流存在，并对其进行了工程调控与利用，在减少壤中流带来的灾害之余，充分利用壤中流量进行田间灌溉，使部分地区满足水稻种植条件，并取得良好的社会经济与生态效益。本文就延安市治沟造地工程实施过程中发现黄土高原丘陵沟壑区存在的壤中流进行综合调控与利用进行分析说明，以期为后续壤中流的调控与利用提供借鉴、参考作用。
　　1 蓄水工程
　　1.1 水库
　　水库是指人为的将流经山沟或河流的水资源拦蓄进而进行合理规划利用的水利工程建筑物，由挡水坝、溢洪道、放水建筑物组成;水库建成后对可改善周边小区域内的气候环境、可防洪涝灾害、可供农业生产灌溉、可为工业园区和城市生活供水、可利用水轮机发电等。天然湖泊也可称为水库（天然水库），只需少量改造，配套相应的水利工程建筑物即可。常用水库库容的大小作为水库规模大小的划分依据，按照不同的库容分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5类。
　　1.2 蓄水池
　　蓄水池是人为的在地势较高处修建的用于存储水源的水工建筑物，在河流枯水期或者干旱地区用于农业生产灌溉。蓄水池的划分依據其不同的修筑方式分为开敞式圆形蓄水池、开敞式矩形蓄水池、封闭式圆形蓄水池、封闭式矩形蓄水池等4种形式。
　　1.3 塘堰
　　塘堰可以看做是小型的蓄水池，其存蓄水量少于10万 m3，是蓄水池等水工建筑物的补充。有些地区不适于修建蓄水池、水库等大型蓄水建筑物，塘堰能够很好的代替蓄水池、水库实现丰水期水资源的蓄积，枯水期进行农业生产灌溉利用。
　　2 防涝工程
　　2.1 排水沟
　　排水沟的设立位于田块的外边缘，以便在遇到大量降水致使田块积水时对整个田块进行排水，保证田块不受降水影响，不会发生水灾。排水沟的设计尺寸按照当地20a 一遇洪水标准进行设计计算。
　　排水沟的修筑目的与意义在于其对洪水灾害的预防作用及当发生大量降雨或上游大量来水时，能够及时排泄多余的水量而降低甚至免除洪灾的发生。黄土高原壤中流的利用中，主要在农田边缘及大面积农田中间开挖排水沟，在排泄丰水期降水的同时也能够将壤中流导入排水沟排出，防止作物根系因长时间浸泡于高含水量的土壤中发生无氧呼吸，使作物根系腐烂，致使作物减产、品质降低等不利影响的发生;同时还能够保护农田安全，提高抵御洪涝灾害的能力，旱时水库中的蓄水可以通过排水沟引出，灌溉农田，保障作物正常生长;排水沟在水资源调控体系运行中对调节地下水位发挥着重要作用，防治农田洪涝灾害。
　　2.2 灌排两用渠
　　灌排两用渠是将水田的灌排渠道合二为一，通过对阀门的控制，调节不同田块的灌溉、排水，保证水田水量适中，解决灌溉过程中不同田块同时灌溉造成田块灌溉水量过高或过低的问题，防止旱涝不均，保障作物的生长;灌排两用渠在水资源调控体系运行中对调节地下水位发挥着重要作用，防止农田旱涝灾害;在灌排两用渠上间隔一定的距离放置石板，形成生命廊道，保障区域生物多样性。
　　灌排两用渠是将农田灌溉渠系与排水沟系的功能融为一体，将灌溉系统与排水系统有机结合起来，一渠两用，灌排结合，能够有效地提高农田水土利用效率。与传统的灌排分离渠系布设方案相比，灌排两用渠具有节约水资源、占地少、投资省、节约能源等特点。涝时可排，防止农田洪涝灾害，旱时可灌，防止农田干旱灾害。
　　2.3 截水沟
　　截水沟垂直于壤中流的方向设置，提高截水沟效能、缩短截水沟长度，沟底和沟壑平整密实，不滞留。同时，还应根据植被情况，摸清地表以下0～1.5m间的土壤物理特性，以确定截水沟的沟深。据探测资料，研究区水源较多，地表以下0.5～1.5m即可见河床卵石，水流较大。地势平缓较低、在盐碱化处开挖截水沟。梯形截水沟的沟深约1.5m，上宽2.0m，下宽1.0m，边坡的坡比1：0.5。
　　3 壤中流综合调控与利用技术体系
　　壤中流无动力灌溉综合调控技术是根据壤中流的形成机制，基于治沟造地土体有机重构，综合水库、截水沟、排水沟、灌排两用渠等灌排措施，实现对地表水、土壤水和地下水资源的无动力调控与利用，提高水资源的利用效率。同时，通过这一综合灌溉体系的构筑和施用，不仅可以实现治沟造地农田墒情的适时调节，同时还可起到保护农田免受洪涝、干旱、泥石流等水土流失灾害的影响。另外，结合田间道路、农田防护林、渠系生命廊道，在提高耕地质量的同时保护了区域生态环境。
　　受山体降水汇流作用影响，天然降水后汇流作用将引起治沟造地土壤含水量增加，农田易受到洪涝灾害影响。利用综合调控系统，拦蓄水库能有效缓冲汇流对农田的冲击，同时起到对水资源的拦蓄和存储。降雨量较大超过蓄水警戒时，可打开排水沟积水闸门，排出多余水量。同时，农田积水可通过灌排两用渠将地表积水快速引入排水沟，可及时减小积水对作物生长的影响。另外，降水后区域地下水位上升，易造成农田盐渍化，通过在截水沟的修建，不仅可及时将壤中流通过截水导流排入排水沟，同时可降低地下水位。
　　当治沟造地田块干旱时，根据田块梯度，逐级关闭排水沟积水闸门，打开水库阀门，水库中的蓄水进入排水沟。随着排水沟水位上升，受水势差影响，排水沟积水将进入灌排两用渠，最终灌溉进入田块;同时，排水沟上升的水位还可引入截水沟，提高地下水位，不仅能起到对作物根系灌溉的作用，同时可有效缓解明水灌溉的快速渗漏，快速缓解旱情，提高资源利用效率。
　　4 结论
　　通过对壤中流综合调控与利用体系及其组成单元的简要阐述，旨在为后续研究、工程应用提供借鉴与参考作用。
　　
　　参考文献
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　　[3]Zeng C， Wang Q， Fan J. Effect of initial water content on vertical line-source infiltration characteristics of soil [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2010，26（1）：24-30.
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　　[5]陈晓安，杨洁，汤崇军，等. 雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响[J]. 农业工程学报， 2017， 33（9）：141-146.
　　[6]徐勤学，王天巍，李朝霞，等. 紫色土坡地壤中流特征[J]. 水科学进展， 2010， 21（2）： 229-234.
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