一种坡地集雨节灌控污系统和方法

摘要

本发明涉及一种坡地集雨节灌控污系统和方法，包括等高免耕秸秆覆盖和等高植物篱措施、集雨水窖、重力滴灌设备；根据流域坡地地形，从坡顶至坡底，设计2-4套集雨水窖，集雨窖上方采用等高免耕秸秆覆盖和等高植物篱措施的坡地做集雨面，集雨水窖建造以半地下式为主，沿地面和窖底设定两个出水口，分别接2-4套重力滴灌设施，对集雨水窖下方坡耕地进行分区重力滴灌。本发明根据降雨时间变化和坡地特点，对坡地水土流失和集蓄雨水再分配进行时空综合调控，可有效降低水土流失对水体的污染，同时通过收集雨水的再分配，缓解旱季坡地无法灌溉的问题，提高坡地作物复种指数和产量。本发明可以广泛应用于我国西南地区坡地雨水综合管理与控制。

说明书

技术领域

本发明属于农田水利技术领域，特别涉及一种用于坡地集雨节灌控污系统和方法。

背景技术

云南省洱海流域年均降雨量为1089mm，主要集中在5月-10月份，占全年降雨量的89％，季节性干旱严重，因而造成该地区雨季水土流失严重，旱季坡耕地作物严重缺水的问题。该流域土地总面积2565.0km²，而坡地土壤侵蚀面积880.44km2，其中：轻度389.2km²(占总侵蚀面积的44.2％)，中度392.8km²(占总侵蚀面积的44.6％)，强度93.8km²(占总侵蚀面积的10.7％)，极强4.6km2(占总侵蚀面积的0.5％)。流域内平均土壤侵蚀模数为2035t/km，年土壤流失总量为360.4万吨，年平均土壤侵蚀厚度为1.04mm。2008年洱海流域水土流失产生的氮、磷流失量按可溶态计算，年流失TN为347.4t，TP为36.1t。洱海流域近年来虽然大力开展了“退耕还林”、“天保工程”等，但由于缺少对坡耕地农田基本建设的重视，以及农业新技术的研发与推广，所以洱海流域季节性降雨造成水土流失严重和季节性干旱状况很难达到质的改变。因此，开发利用洱海流域季节性降雨的丰富水资源，降低水土流失，是该地区农业可持续发展的重要问题。

现有的公开技术中，技术或方法主要侧重于雨水的蓄积(申请公布号CN101933449)或坡地水土流失控制(CN101785394A)，而缺少对坡地的降雨进行时空综合调控，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，从而达到在时间和空间上合理控制和分配雨水目的。

发明内容

针对目前技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种对降雨有效蓄积，减少水土流失，降低农业污染，雨水高效利用的坡地集雨节灌控污系统和方法。

具体的，本发明提供了一种坡地集雨节灌控污方法，其特征在于包括等高免耕秸秆覆盖措施和等高植物篱措施、集雨水窖、重力滴灌设备，根据流域坡地地形，从坡顶至坡底，设计2-4套集雨水窖，集雨窖上方采用免耕秸秆覆盖和等高植物篱措施的坡地做集雨面，集雨水窖建造以半地下式为主，沿地面和窖底设定两个出水口，分别接2套重力滴灌设施，对集雨水窖下方坡耕地进行分区重力滴灌。

其中所述的等高免耕秸秆覆盖措施，沿坡地水平等高线起垄种植，种植作物为小麦、玉米或烟草，作物收获后将作物秸秆覆盖在农田表面。

具体的，上述植物篱措施，为坡耕地等高线，每隔7-10m种植带(行)种植混合型植物篱，种植果林品种为杨梅、核桃或金银花，种植间距为2-4m，在每条植物篱种植带空白处种植黑麦草、紫花苜蓿，在两条植物篱种植带中间按上述农艺措施种植农作物。

更具体的，上述集雨水窖，以半地下式为主，在集雨水窖上方种植带宽为2-4m的黑麦草、紫花苜蓿植物篱缓冲带，通过截留沟将水汇集，用导流管将截流沟和蓄水池连接在一起。设计2个出水口，即在靠近水平地面设计1个出水口和水窖底部涉及1个出水口，对不同区域进行有效灌溉。

尤其具体的，上述重力滴灌设备，根据出水口设计安装2套，接集雨水窖上部出水口的滴灌设备主要对灌溉区域上半部分进行灌溉，接集雨水窖底部的滴灌设备主要对灌溉区域下半部分进行灌溉。为了保护灌溉设备，对阀口控制部分(闸阀、水表和过滤器)进行砌体保护。

具体的，本发明提供了一种坡地集雨节灌控污系统，包括改进的农艺措施和等高植物篱措施、集雨水窖、重力滴灌设备；根据流域坡地地形，从坡顶至坡底，设计2-4套集雨水窖，集雨窖上方采用免耕秸秆覆盖和等高植物篱措施，集雨水窖下方采用重力滴灌措施。

上述系统中，所述农艺措施为等高种植和秸秆覆盖，种植作物为小麦、玉米或烟草，沿坡耕地水平等高线起垄种植，作物收获后将作物秸秆覆盖在农田表面。

上述系统中，所述植物篱措施为坡耕地等高线，每隔7-10m种植带(行)种植混合型植物篱，种植果林品种为梅子、核桃或金银花，种植间距为2-4m，在每条植物篱种植带中空白处种植黑麦草、紫花苜蓿，在两条植物篱种植带中间按上述农艺措施种植农作物。

上述系统中，所述集雨水窖以半地下式为主，在集雨水窖上方种植带宽为2-4m的黑麦草、紫花苜蓿植物篱缓冲带，不必修建专门的沉淀池，通过截留沟将水汇集，用导流管将截流沟和蓄水池连接在一起。为了对不同区域进行有效灌溉，在集雨水窖出水口的设计上，设计2个出水口，即在靠近水平地面设计1个出水口和水窖底部涉及1个出水口。

上述系统中，所述重力滴灌设备，根据出水口设计安装2套，接集雨水窖上部出水口设备主要对灌溉区域上半部分进行灌溉，接集雨水窖底部设备主要对灌溉区域下半部分进行灌溉。为了保护灌溉设备，对阀口控制部分(闸阀、水表和过滤器)进行砌体保护。

本发明所述坡地集雨节灌控污方法，该技术是通过径流收集、叠加储存、异地高效利用原理，将区域内时空分布不连续、不稳定且无效损失造成农业污染的雨水资源实现局地或部分地收集储存，把具有间歇性和离散性特点的降水径流转化为具有相对稳定的持续供水系统，从而形成“农艺综合措施+坡面分段就地集雨水窖+重力滴灌”技术系统。在提高水分利用效率的同时，降低了农业的污染。减少水、肥的流失，减轻劳动量，降低种植成本，与国内外现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：

本发明所述坡地集雨节灌控污系统可更大程度地解决了时间上降雨相对集中与作物需水分散的矛盾，与空间上作物需水相对集中与降雨分散的矛盾，提高了自然降雨的水分利用效率；

本发明所述坡地集雨节灌控污方法和系统，利用农艺措施和植物篱措施对径流造成的含有营养盐的水进行有效拦截和控制，并且通过集雨水窖进行收集、再灌溉，可有效降低水土流失造成的水体污染；

本发明所采用重力滴灌系统有效克服因坡地动力不足造成的灌溉困难的缺点，不用任何动力，利用水的自然落差将水通过管道输送到作物根系区域，具有节水增产效果明显、减轻农民劳动量、节肥省工的优点；

充分利用作物和植物种植区域进行集雨，在自然坡面上不必修建专门的集流场与沉淀池，因此不会造成生态环境问题；

通过种植经济作物或果林能提高当地农民的经济收入。

附图说明

图1是本发明坡地集雨节灌控污方法和系统正视图

图2是本发明坡地集雨节灌控污方法和系统剖面示意图

图3是本发明中集雨水窖出水管位置示意图

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明所述本坡地集雨节灌控污方法做进一步说明，但实施例仅用于说明，并不能限制本发明的保护范围。

试验地点选择在云南省大理州洱源县邓川镇的坡耕地，小流域面积为44亩。根据流域面积和地形，设计坡地集雨节灌控污系统，其结构如图1、图2所示。

本系统由两个集流坡5、两个集雨水窖3和两套重力滴管系统4组成，其中集流坡由等高免耕秸秆覆盖措施1和等高植物篱措施2复合农艺措施组成.

最上部的集流坡面由于旱季无灌溉条件，选择抗旱性强的果林(金银花)和牧草(紫花苜蓿)做等高植物篱2，金银花按株距2m，行间距8m布局，每条植物篱种植带中空白处种植紫花苜蓿。在两条植物篱条带中间种植玉米，每年种植一季，沿坡耕地水平等高线起垄、大小行种植大行行距1.1米、小行行距0.5米，株距0.2-0.3米，播种密度3000-4000株/亩。玉米收获后将玉米秸秆覆盖在沟底。在集雨水窖上方种植带宽为4m的紫花苜蓿等高植物篱2，有效拦截和控制因降雨造成的泥沙进入集雨水窖。

集雨水窖下方的集流坡面和坡耕地由于有灌溉条件，选择经济效益高的果林(杨梅)做植物篱，杨梅株间距3m，行间距10m，牧草为植紫花苜蓿和黑麦草混种。作物种植为一年两季，雨季(5月中-10月初)种植烟草或玉米，旱季(来年10月中-次年5月初)种植油菜或小麦。

截水沟利用坡地天然沟壑开挖，对集流面雨水进行收集，通过引水渠导入集雨窖。集水沟采用梯形断面，沟壁与沟底均采用素土夯实，上顶宽600mm，下底宽300mm，高为300mm。为降低具有营养盐的水土进入集雨水窖，截水沟撒播牧草种子，牧草长成后，有效拦截径流水土。

本实施例所述集雨水窖出水口的位置如图3所示。靠近水平地面设计1个出水口7和水窖底部涉及1个出水口6。

每个集雨水窖配置两套重力滴灌设备，第一套设备接集雨水窖地面出水口7，主要负责集雨水窖下方坡耕地上半部分区域的灌溉，第二套设备接集雨水窖底部出水口6，通过开沟把水窖水用PVC管引出地面，这套设备主要负责集雨水窖下方坡耕地下半部分区域的灌溉。

试验结果

通过3年的试验结果表明，利用本技术发明，本试验点雨水利用效率提高25-40％，土壤流失总量、径流总量、总氮流失量和总磷流失量分别减少58％-68％、36％-48％、66.9％-77.3％和60.6-70.3％，玉米产量提高12％-24％。显然，本发明可显著提高雨水利用效率和降低水土流失量，对坡地的农业污染消减具有显著效果。

本发明的方法已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。