生态型灌区构建原理及关键技术研究

摘要

灌区在我国农业和生活经济发展中起着重要作用，把传统型灌区建设成为生态型灌区，能更好地协调灌区的水资源配置，实现灌区农业的可持续发展，是目前灌区建设的主要方向。 本文在研究国内外灌区建设、研究演变及存在的主要问题的基础上，分析了传统灌区对生态环境的严重影响，科学界定了生态型灌区的概念，概述了生态灌区构建的基本原理。 根据生态型灌区的构建原则，本文从灌排系统水资源循环利用模式、灌区景观布局、沟渠空间形态构建、沟渠断面形式构建、沟渠防渗技术及生态化形式、沟渠生态护坡形式以及濯区调蓄塘库形态构建等方面对生态型灌区的构建模式进行了探讨。 在分析国内外生态型沟渠河道建设技术研究状况的基础上，构建符合灌区特点的生态型沟渠河道技术体系，对灌区生态型沟渠河道基本的形式、技术特点和适用条件进行了探讨，为生态型灌区的建设提供技术支持。 通过野外调查、现场观测和室内检测等手段，对不同尺度的沟渠、不同断面形式的沟渠、不同尺度的水塘系统对灌区水体富营养化的关键因子氮磷的截留效果、净化规律进行了试验研究。研究结果表明： （1）沟渠对氮、磷元素的净化与截留效果与水生植物的种类和数量、沟渠的尺度、流速等因素有紧密的联系。其中，水生植物的种类和数量对污染物的影响最为显著，其次是沟渠的尺度和水体流速对污染物净化的影响。富集能力强的水生植物越多、流速越小、沟渠尺度越大，效果越显著。 （2）沟渠的不同断面形式对污染物的截留与净化效果有很大的影响。挺水植物对流速有阻隔作用，对磷有吸附和截留效应。另外，磷浓度的高低与实验河流的水量呈正相关，磷浓度的沿程衰减和挺水植物的生长态势有直接的关联。 （3）不同尺度的水塘系统对氮、磷截留效果不仅与自身的容积、生态特征有关，而且与其所处的地块特征及其汇水面积密切相关。同时，季节、水深、水生植物种类和覆盖度等因素对水塘系统对污染物的净化均有一定的影响。 本文将生态型灌区建设模式应用于新疆石河子市玛纳斯灌区，在对灌区内河道和水塘系统的空间形态和断面形式分析的基础上，提出节水型生态灌区建设模式，剖析了防渗、半防渗和生态型渠道构建技术，为玛纳斯流域生态型灌区建设提供技术与理论支持，为我国的灌区建设提供了可参考的模式。

目录

文摘

英文文摘

前言

学位论文独创性声明及使用授权说明

1.绪论

1.1研究的背景和意义

1.1.1灌区在农业和社会经济发展中的作用

1.1.2传统灌区建设的基本特征

1.1.3传统灌区建设理念形成的原因

1.1.4传统灌区对水生态系统的影响分析

1.1.5生态型灌区建设的紧迫性和必要性

1.1.5生态型灌区建设的意义

1.2国内外灌区研究和建设的演变过程

1.2.1国外灌区研究和建设分析

1.2.2我国灌区研究和建设分析

1.2.3国内外灌区建设存在的主要问题分析

1.3论文的主要研究内容

1.4研究方法及手段

1.4.1研究方法

1.4.2研究的技术路线

1.5论文的创新点

2.生态型灌区建设的基本原理

2.1生态型灌区的定义和特征

2.2河网水动力系统净污原理

2.3水生植物净污原理

2.3.1水生植物的净化作用

2.3.2水生植物的净污原理

2.4水生动物净污原理

2.4.1水生动物净化的作用

2.4.2水生动物的净污机理

2.5水体微生物净污原理

2.5.1水体微生物的净污作用

2.5.2水体微生物的净污机理

2.6灌区生物多样性

2.7灌区斑块景观生态学原理

2.8本章小结

3.生态型灌区构建模式

3.1构建原则

3.2灌排系统水资源循环利用模式(水体循环灌溉)

3.3灌区景观布局

3.4沟渠空间形态构建

3.5沟渠断面形式构建

3.6沟渠防渗技术及生态化形式

3.7沟渠生态护坡形式

3.8灌区调蓄塘库形态构建

3.9本章小结

4.灌区生态型沟渠河道构建技术

4.1概述

4.2灌区生态型沟渠河道建设技术框架体系

4.3灌区生态型沟渠河流形态和功能构建

4.3.1灌区生态型河道空间形态和断面形式

4.3.2灌区河道生态流量、水位和水量控制技术

4.3.3灌区沟渠河道农业面源净化能力提高技术

4.3.4灌区沟渠河道生态型河床和生境条件构建技术

4.4灌区生态型沟渠河流护岸技术

4.4.1灌区骨干性河道防边坡侵蚀生态护岸技术

4.4.2灌区骨干性水位变幅较大河道生态型护岸

4.4.3灌区骨干性排水沟道和河道的生态型护岸

4.4.4灌区面源污染比较严重沟河的生态型护岸

4.4.5灌区防渗或半防渗渠道生态型护底和护岸

4.4.6灌区已有混凝土护岸河道生态改造工程

4.4.7灌区农业田间排水沟和积水塘生态系统构建

5.灌区不同尺度沟渠水生植物净污规律研究

5.1研究目的

5.2灌区概况及试验沟渠选择

5.2.1实验区概述

5.2.2研究河段概况

5.3现场观测方法

5.3.1样本采集方法

5.3.2样品分析方法

5.4观测成果分析

5.4.1毛沟对氮、磷元素的截留与净化效果

5.5.2林渠对氮、磷元素的截留与净化效果

5.4.3龙华河对氮、磷元素的截留与净化效果

5.4.4西溪河对氮、磷元素的截留与净化效果

5.5不同尺度的水生植物生长条件下沟渠净污规律分析

5.5.1不同尺度的沟渠对氮的截留与净化效果比较

5.5.2不同尺度的沟渠对磷的截留与净化效果比较

5.6本章小结

6.灌区沟渠不同断面形式净污规律研究

6.1研究目的

6.2断面形式及观测方法

6.2.1试验研究河段选择及简介

6.2.2观测试验研究方案

6.3观测成果分析

6.4磷衰减系数研究

6.5挺水植物带对磷削减效果分析

6.6挺水植物带对磷的削减量估算

6.7本章小结

7.灌区水塘系统截污和净化现理研究

7.1研究目的

7.2水塘系统选择及观测方法

7.2.1试验区概况

7.2.2试验水塘概况

7.2.3水塘观测方法

7.3观测成果

7.3.1水塘水位与水塘水面面积关系

7.3.2水塘的周边植被及集水面积情况

7.3.3水塘生物群落调查

7.4水塘对氮、磷的截留及净化分析

7.4.1截留及衰减量(率)的计算方法

7.4.2水塘对氮的截留与净化

7.4.3对氮的截留及净化效果的综合比较

7.4.4水塘对磷的截留与净化

7.4.5对TP的截留及净化效果的综合比较

7.5本章小结

8.生态型灌区建设模式应用研究

8.1应用灌区概况

8.1.1玛纳斯灌区概况

8.1.2玛纳斯河流以水资源的开发利用

8.1.3灌区地表水环境质量状况

8.2灌区灌排系统规划和灌水技术

8.3沟渠及水库和水塘系统空间形态和断面形式

8.4灌区沟渠防渗工程分析

8.5生态型防渗沟渠断面构建

8.5.1构建原则

8.5.2生态护岸断面形式

8.6本章小结

9.结论及研究展望

9.1结论

9.2研究展望

参考文献

致谢

博士期间发表的论文及科研获奖情况