專利名稱：一種坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)田水利技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
云南省洱海流域年均降雨量為1089mm，主要集中在5月-10月份，占全年降雨量的 89%，季節(jié)性干旱嚴(yán)重，因而造成該地區(qū)雨季水土流失嚴(yán)重，旱季坡耕地作物嚴(yán)重缺水的問 題。該流域土地總面積2565. 0km2，而坡地土壤侵蝕面積880. 44km2，其中輕度389. 2km2 (占 總侵蝕面積的44. 2 % )，中度392. 8km2 (占總侵蝕面積的44. 6 % )，強度93. 8km2 (占總侵 蝕面積的10. 7% )，極強4. 6km2(占總侵蝕面積的0. 5% )。流域內(nèi)平均土壤侵蝕模數(shù)為 2035t/km，年土壤流失總量為360. 4萬噸，年平均土壤侵蝕厚度為1. 04mm。2008年洱海流 域水土流失產(chǎn)生的氮、磷流失量按可溶態(tài)計算，年流失TN為347. 4t，TP為36. U。洱海流 域近年來雖然大力開展了 “退耕還林”、“天保工程”等，但由于缺少對坡耕地農(nóng)田基本建設(shè) 的重視，以及農(nóng)業(yè)新技術(shù)的研發(fā)與推廣，所以洱海流域季節(jié)性降雨造成水土流失嚴(yán)重和季 節(jié)性干旱狀況很難達(dá)到質(zhì)的改變。因此，開發(fā)利用洱海流域季節(jié)性降雨的豐富水資源，降低 水土流失，是該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題?，F(xiàn)有的公開技術(shù)中，技術(shù)或方法主要側(cè)重于雨水的蓄積(申請公布號 CN101933449)或坡地水土流失控制(CN101785394A)，而缺少對坡地的降雨進(jìn)行時空綜合 調(diào)控，即如何在雨季有效控制水土流失、集蓄雨水和旱季高效利用集蓄水，從而達(dá)到在時間 和空間上合理控制和分配雨水目的。
發(fā)明內(nèi)容
針對目前技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種對降雨有效蓄積，減少 水土流失，降低農(nóng)業(yè)污染，雨水高效利用的坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)和方法。具體的，本發(fā)明提供了一種坡地集雨節(jié)灌控污方法，其特征在于包括等高免耕秸 稈覆蓋措施和等高植物籬措施、集雨水窖、重力滴灌設(shè)備，根據(jù)流域坡地地形，從坡頂至坡 底，設(shè)計2-4套集雨水窖，集雨窖上方采用免耕秸稈覆蓋和等高植物籬措施的坡地做集雨 面，集雨水窖建造以半地下式為主，沿地面和窖底設(shè)定兩個出水口，分別接2套重力滴灌設(shè) 施，對集雨水窖下方坡耕地進(jìn)行分區(qū)重力滴灌。其中所述的等高免耕秸稈覆蓋措施，沿坡地水平等高線起壟種植，種植作物為小 麥、玉米或煙草，作物收獲后將作物秸稈覆蓋在農(nóng)田表面。具體的，上述植物籬措施，為坡耕地等高線，每隔7-10m種植帶(行)種植混合型 植物籬，種植果林品種為楊梅、核桃或金銀花，種植間距為2-細(xì)，在每條植物籬種植帶空白 處種植黑麥草、紫花苜蓿，在兩條植物籬種植帶中間按上述農(nóng)藝措施種植農(nóng)作物。更具體的，上述集雨水窖，以半地下式為主，在集雨水窖上方種植帶寬為2- !的 黑麥草、紫花苜蓿植物籬緩沖帶，通過截留溝將水匯集，用導(dǎo)流管將截流溝和蓄水池連接在
3一起。設(shè)計2個出水口，即在靠近水平地面設(shè)計1個出水口和水窖底部涉及1個出水口，對 不同區(qū)域進(jìn)行有效灌溉。尤其具體的，上述重力滴灌設(shè)備，根據(jù)出水口設(shè)計安裝2套，接集雨水窖上部出水 口的滴灌設(shè)備主要對灌溉區(qū)域上半部分進(jìn)行灌溉，接集雨水窖底部的滴灌設(shè)備主要對灌溉 區(qū)域下半部分進(jìn)行灌溉。為了保護(hù)灌溉設(shè)備，對閥口控制部分(間閥、水表和過濾器)進(jìn)行 砌體保護(hù)。具體的，本發(fā)明提供了一種坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)，包括改進(jìn)的農(nóng)藝措施和等高 植物籬措施、集雨水窖、重力滴灌設(shè)備；根據(jù)流域坡地地形，從坡頂至坡底，設(shè)計2-4套集雨 水窖，集雨窖上方采用免耕秸稈覆蓋和等高植物籬措施，集雨水窖下方采用重力滴灌措施。上述系統(tǒng)中，所述農(nóng)藝措施為等高種植和秸稈覆蓋，種植作物為小麥、玉米或煙 草，沿坡耕地水平等高線起壟種植，作物收獲后將作物秸稈覆蓋在農(nóng)田表面。上述系統(tǒng)中，所述植物籬措施為坡耕地等高線，每隔7-10m種植帶(行)種植混合 型植物籬，種植果林品種為梅子、核桃或金銀花，種植間距為2- ，在每條植物籬種植帶中 空白處種植黑麥草、紫花苜蓿，在兩條植物籬種植帶中間按上述農(nóng)藝措施種植農(nóng)作物。上述系統(tǒng)中，所述集雨水窖以半地下式為主，在集雨水窖上方種植帶寬為2- !的 黑麥草、紫花苜蓿植物籬緩沖帶，不必修建專門的沉淀池，通過截留溝將水匯集，用導(dǎo)流管 將截流溝和蓄水池連接在一起。為了對不同區(qū)域進(jìn)行有效灌溉，在集雨水窖出水口的設(shè)計 上，設(shè)計2個出水口，即在靠近水平地面設(shè)計1個出水口和水窖底部涉及1個出水口。上述系統(tǒng)中，所述重力滴灌設(shè)備，根據(jù)出水口設(shè)計安裝2套，接集雨水窖上部出水 口設(shè)備主要對灌溉區(qū)域上半部分進(jìn)行灌溉，接集雨水窖底部設(shè)備主要對灌溉區(qū)域下半部分 進(jìn)行灌溉。為了保護(hù)灌溉設(shè)備，對閥口控制部分(閘閥、水表和過濾器)進(jìn)行砌體保護(hù)。本發(fā)明所述坡地集雨節(jié)灌控污方法，該技術(shù)是通過徑流收集、疊加儲存、異地高效 利用原理，將區(qū)域內(nèi)時空分布不連續(xù)、不穩(wěn)定且無效損失造成農(nóng)業(yè)污染的雨水資源實現(xiàn)局 地或部分地收集儲存，把具有間歇性和離散性特點的降水徑流轉(zhuǎn)化為具有相對穩(wěn)定的持續(xù) 供水系統(tǒng)，從而形成“農(nóng)藝綜合措施+坡面分段就地集雨水窖+重力滴灌”技術(shù)系統(tǒng)。在提 高水分利用效率的同時，降低了農(nóng)業(yè)的污染。減少水、肥的流失，減輕勞動量，降低種植成 本，與國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的效果本發(fā)明所述坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)可更大程度地解決了時間上降雨相對集中與 作物需水分散的矛盾，與空間上作物需水相對集中與降雨分散的矛盾，提高了自然降雨的 水分利用效率；本發(fā)明所述坡地集雨節(jié)灌控污方法和系統(tǒng)，利用農(nóng)藝措施和植物籬措施對徑流造 成的含有營養(yǎng)鹽的水進(jìn)行有效攔截和控制，并且通過集雨水窖進(jìn)行收集、再灌溉，可有效降 低水土流失造成的水體污染；本發(fā)明所采用重力滴灌系統(tǒng)有效克服因坡地動力不足造成的灌溉困難的缺點，不 用任何動力，利用水的自然落差將水通過管道輸送到作物根系區(qū)域，具有節(jié)水增產(chǎn)效果明 顯、減輕農(nóng)民勞動量、節(jié)肥省工的優(yōu)點；充分利用作物和植物種植區(qū)域進(jìn)行集雨，在自然坡面上不必修建專門的集流場與 沉淀池，因此不會造成生態(tài)環(huán)境問題；通過種植經(jīng)濟作物或果林能提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟收入。
圖1是本發(fā)明坡地集雨節(jié)灌控污方法和系統(tǒng)正視2是本發(fā)明坡地集雨節(jié)灌控污方法和系統(tǒng)剖面示意3是本發(fā)明中集雨水窖出水管位置示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明所述本坡地集雨節(jié)灌控污方法做進(jìn)一步說 明，但實施例僅用于說明，并不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。試驗地點選擇在云南省大理州洱源縣鄧川鎮(zhèn)的坡耕地，小流域面積為44畝。根據(jù) 流域面積和地形，設(shè)計坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。本系統(tǒng)由兩個集流坡5、兩個集雨水窖3和兩套重力滴管系統(tǒng)4組成，其中集流坡 由等高免耕秸稈覆蓋措施1和等高植物籬措施2復(fù)合農(nóng)藝措施組成.最上部的集流坡面由于旱季無灌溉條件，選擇抗旱性強的果林(金銀花)和牧草 (紫花苜蓿)做等高植物籬2，金銀花按株距2m，行間距8m布局，每條植物籬種植帶中空白 處種植紫花苜蓿。在兩條植物籬條帶中間種植玉米，每年種植一季，沿坡耕地水平等高線起 壟、大小行種植大行行距1. 1米、小行行距0. 5米，株距0. 2-0. 3米，播種密度3000-4000株 /畝。玉米收獲后將玉米秸稈覆蓋在溝底。在集雨水窖上方種植帶寬為細(xì)的紫花苜蓿等高 植物籬2，有效攔截和控制因降雨造成的泥沙進(jìn)入集雨水窖。集雨水窖下方的集流坡面和坡耕地由于有灌溉條件，選擇經(jīng)濟效益高的果林(楊 梅)做植物籬，楊梅株間距:3m，行間距10m，牧草為植紫花苜蓿和黑麥草混種。作物種植為 一年兩季，雨季(5月中-10月初)種植煙草或玉米，旱季(來年10月中-次年5月初)種 植油菜或小麥。截水溝利用坡地天然溝壑開挖，對集流面雨水進(jìn)行收集，通過引水渠導(dǎo)入集雨 窖。集水溝采用梯形斷面，溝壁與溝底均采用素土夯實，上頂寬600mm，下底寬300mm，高為 300mm。為降低具有營養(yǎng)鹽的水土進(jìn)入集雨水窖，截水溝撒播牧草種子，牧草長成后，有效攔 截徑流水土。本實施例所述集雨水窖出水口的位置如圖3所示?？拷降孛嬖O(shè)計1個出水口 7和水窖底部涉及1個出水口 6。每個集雨水窖配置兩套重力滴灌設(shè)備，第一套設(shè)備接集雨水窖地面出水口 7，主要 負(fù)責(zé)集雨水窖下方坡耕地上半部分區(qū)域的灌溉，第二套設(shè)備接集雨水窖底部出水口 6，通過 開溝把水窖水用PVC管引出地面，這套設(shè)備主要負(fù)責(zé)集雨水窖下方坡耕地下半部分區(qū)域的 灌溉。試驗結(jié)果通過3年的試驗結(jié)果表明，利用本技術(shù)發(fā)明，本試驗點雨水利用效率提高 25-40 %，土壤流失總量、徑流總量、總氮流失量和總磷流失量分別減少58 % -68 %、 36% -48%,66. 9% -77. 3%和60. 6-70. 3%，玉米產(chǎn)量提高12% -24%。顯然，本發(fā)明可顯 著提高雨水利用效率和降低水土流失量，對坡地的農(nóng)業(yè)污染消減具有顯著效果。本發(fā)明的方法已經(jīng)通過具體的實施例進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本發(fā)明的內(nèi)容適當(dāng)改變原料、工藝條件等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)相應(yīng)的其它目的，其相關(guān)改變都沒有脫離 本發(fā)明的內(nèi)容，所有類似的替換和改動對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，都被視為 包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種坡地集雨節(jié)灌控污方法，其特征在于包括等高免耕秸稈覆蓋措施和等高植物籬 措施、集雨水窖、重力滴灌設(shè)備，根據(jù)流域坡地地形，從坡頂至坡底，設(shè)計2-4套集雨水窖， 集雨窖上方采用免耕秸稈覆蓋和等高植物籬措施的坡地做集雨面，集雨水窖建造以半地下 式為主，沿地面和窖底設(shè)定兩個出水口，分別接2套重力滴灌設(shè)施，對集雨水窖下方坡耕地 進(jìn)行分區(qū)重力滴灌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其中等高免耕秸稈覆蓋措施，沿坡地水平等高線起壟種 植，種植作物為小麥、玉米或煙草，作物收獲后將作物秸稈覆蓋在農(nóng)田表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中植物籬措施，為坡耕地等高線，每隔7-10m種 植帶或行種植混合型植物籬，種植果林品種為楊梅、核桃或金銀花，種植間距為2-細(xì)，在每 條植物籬種植帶空白處種植黑麥草、紫花苜蓿，在兩條植物籬種植帶中間按上述農(nóng)藝措施 種植農(nóng)作物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中集雨水窖，以半地下式為主，在集雨水窖上方 種植帶寬為2-細(xì)的黑麥草、紫花苜蓿植物籬緩沖帶，通過截留溝將水匯集，用導(dǎo)流管將截 流溝和蓄水池連接在一起，設(shè)計2個出水口，即在靠近水平地面設(shè)計1個出水口和水窖底部 涉及1個出水口，對不同區(qū)域進(jìn)行有效灌溉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中重力滴灌設(shè)備，根據(jù)出水口設(shè)計安裝2套， 接集雨水窖上部出水口的滴灌設(shè)備主要對灌溉區(qū)域上半部分進(jìn)行灌溉，接集雨水窖底部的 滴灌設(shè)備主要對灌溉區(qū)域下半部分進(jìn)行灌溉，為了保護(hù)灌溉設(shè)備，對閥口控制部分，包括閘 閥、水表和過濾器，進(jìn)行砌體保護(hù)。
6.一種坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)，包括改進(jìn)的農(nóng)藝措施和等高植物籬措施、集雨水窖、重 力滴灌設(shè)備；根據(jù)流域坡地地形，從坡頂至坡底，設(shè)計2-4套集雨水窖，集雨窖上方采用免 耕秸稈覆蓋和等高植物籬措施，集雨水窖下方采用重力滴灌措施。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述農(nóng)藝措施為等高種植和秸稈覆蓋，種植作物為小 麥、玉米或煙草，沿坡耕地水平等高線起壟種植，作物收獲后將作物秸稈覆蓋在農(nóng)田表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述植物籬措施為坡耕地等高線，每隔7-10m種植帶 (行)種植混合型植物籬，種植果林品種為梅子、核桃或金銀花，種植間距為2-細(xì)，在每條植 物籬種植帶中空白處種植黑麥草、紫花苜蓿，在兩條植物籬種植帶中間按上述農(nóng)藝措施種 植農(nóng)作物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述集雨水窖以半地下式為主，在集雨水窖上方種植 帶寬為2-細(xì)的黑麥草、紫花苜蓿植物籬緩沖帶，不必修建專門的沉淀池，通過截留溝將水 匯集，用導(dǎo)流管將截流溝和蓄水池連接在一起。為了對不同區(qū)域進(jìn)行有效灌溉，在集雨水窖 出水口的設(shè)計上，設(shè)計2個出水口，即在靠近水平地面設(shè)計1個出水口和水窖底部涉及1個 出水口。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述重力滴灌設(shè)備，根據(jù)出水口設(shè)計安裝2套，接集雨 水窖上部出水口設(shè)備主要對灌溉區(qū)域上半部分進(jìn)行灌溉，接集雨水窖底部設(shè)備主要對灌溉 區(qū)域下半部分進(jìn)行灌溉。為了保護(hù)灌溉設(shè)備，對閥口控制部分(間閥、水表和過濾器)進(jìn)行 砌體保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種坡地集雨節(jié)灌控污系統(tǒng)和方法，包括等高免耕秸稈覆蓋和等高植物籬措施、集雨水窖、重力滴灌設(shè)備；根據(jù)流域坡地地形，從坡頂至坡底，設(shè)計2-4套集雨水窖，集雨窖上方采用等高免耕秸稈覆蓋和等高植物籬措施的坡地做集雨面，集雨水窖建造以半地下式為主，沿地面和窖底設(shè)定兩個出水口，分別接2-4套重力滴灌設(shè)施，對集雨水窖下方坡耕地進(jìn)行分區(qū)重力滴灌。本發(fā)明根據(jù)降雨時間變化和坡地特點，對坡地水土流失和集蓄雨水再分配進(jìn)行時空綜合調(diào)控，可有效降低水土流失對水體的污染，同時通過收集雨水的再分配，緩解旱季坡地?zé)o法灌溉的問題，提高坡地作物復(fù)種指數(shù)和產(chǎn)量。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于我國西南地區(qū)坡地雨水綜合管理與控制。
文檔編號A01G25/02GK102124932SQ20111007805
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者嚴(yán)昌榮, 何文清, 劉勤, 劉恩科, 劉爽, 和壽甲, 張燕卿, 梅旭榮, 潘艷華, 胡瑋 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所