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一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法及应用
申请号	CN202310428012.3	申请日	2023-04-20	公开(公告)号	CN117822688A	公开(公告)日	2024-04-05
申请人	西南科技大学;			发明人	李富程; 母明新; 阳新奎; 俞世康; 郑玉婷; 顾会战; 韩洪;
摘要	本发明公开一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法及应用，涉及雨水集蓄水利工程技术领域。本发明针对紫色土丘陵区坡耕地土层浅薄、土壤保水能力差、水土流失严重等问题，本发明将网格化岩埂的壤中流拦截、引导作用与坡面集蓄系统的收集存储作用联合起来，保证坡面水分充分收集，最终形成以坡面地表径流、壤中流的梯级化和网格化协同拦蓄为手段的高标准梯田坡面防护和雨水集蓄利用体系，在有效保障紫色土丘陵区主要粮食和重要农产品旱涝保收、稳产高产的同时，又能通过该体系的拦蓄功能起到防止土壤氮磷流失，减轻面源污染的作用。
权利要求	1.一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：利用机械平整田块，设置横纵交错的岩埂，对坡面壤中流进行梯级化和网格化拦蓄；步骤B：修筑田埂并沿顺坡方向埋设管道，管道接入集水沟，收集地表径流和下坡部位壤中流；步骤C：利用土壤与母岩一体化耕作将大块母岩粉碎成母岩碎屑，同时在底部产生母岩挡水暗槽；步骤D：在梯田坡脚设置排水沟，在沟内设沉淀槽，阻控泥沙沉积到集水沟；步骤E：在每级梯田坡顶前端设置集水沟，在流域出口设置塘库，蓄积地表径流和壤中流。 2.如权利要求1所述的紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，其特征在于，所述步骤A，利用机械剥离整个坡面的耕层土壤，将上坡部位母岩挖起填入下坡，使田块坡度小于5°，在顺坡方向距离坡顶每3‑4m设置一条沿等高线分布的岩埂，在横坡方向距离20‑30m设置一条垂直等高线方向的岩埂，岩埂的剖面呈梯形，上、下底宽度分别为10cm和40cm，岩埂高度与梯田地表基准面相平，每条横坡方向岩埂需设置25‑30cm高的溢流口。 3.如权利要求1所述的紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，其特征在于，所述步骤B，修筑田埂并沿顺坡方向埋设渗水管道，田埂的埂顶宽度大于50cm，便于小型农机下到田地作业，且田埂的埂面高于坡脚土面20‑30cm，在田埂埂脚到埂顶沿田埂铺设防水布形成渗流暗沟，暗沟内并排铺设两根DN＝110mm的PVC管，一根为上部伸出田面，下部接入集水沟的L型地表径流排水管，另一根为管道上部含渗流孔且缠上无纺布的壤中流收集管，下部接入集水沟，埂脚防水布内铺设没过壤中流收集管上部直径为1‑2mm的细沙。 4.如权利要求1所述的紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，其特征在于，所述步骤C，在岩埂网格内进行1次土壤与母岩一体化耕作，将大块母岩粉碎成母岩碎屑，在底部产生母岩挡水暗槽，母岩挡水暗槽的深度为5‑10cm，在土壤与母岩一体化耕作后将步骤A剥离的土壤进行回填。 5.如权利要求1所述的紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，其特征在于，所述步骤D，在梯田坡脚沿等高线设置一条宽30cm、深20cm的排水沟，在L型地表径流排水管上方排水沟内设置两个带导流板的沉淀槽，沉淀槽尺寸为长1m、宽30cm、深30cm，阻控泥沙沉积到集水沟。 6.如权利要求1所述的紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，其特征在于，所述步骤E，在每级梯田的坡顶前端沿等高线设置集水沟，规格为宽60cm、深60‑100cm、长5‑10m，在每段集水沟最低处设置一小段略深的坑，沟内铺设防水布，集水沟之间通过背沟相通连，集水沟通过边沟与排水沟相通连，排水沟内经过沉淀槽处理后的地表径流通过L型地表径流排水管进入下部集水沟，在流域出口设置塘库，收集集水沟富余的地表径流和壤中流，提高雨水集蓄利用效率。
说明书全文	一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法及应用技术领域 [0001] 本发明涉及雨水集蓄水利工程技术领域，涉及一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法及应用。背景技术 [0002] 全球粮食安全问题主要是由于缺水干旱引起的，重种轻养导致一些地区水土资源退化，未来农业水资源越发紧缺，必须大幅度提高水分生产力才能满足全球的粮食安全，雨水的集蓄利用对农田土壤水分调控至关重要。针对西南紫色土丘陵区坡耕地土层浅薄、工程性缺水、土壤保水能力差、水土流失易发等粮食生产主要制约因素，该区域高标准农田建设应以增加梯田土体厚度、提高土壤水分保蓄能力和加强雨水集蓄利用效率为主攻方向，以实现玉米、油菜籽、糖料蔗等粮食和重要农产品的旱涝保收、稳产高产。 [0003] 紫色土丘陵区属于亚热带季风气候，雨量充沛，年降雨量大都在800～1200mm之间，但由于紫色土处于成土初始阶段，土壤层较薄且剖面层次分异不明显，土层向下即过渡到母质层或母岩层，表现为“上覆土壤、下伏岩石(母质)”的二元结构，降雨进入土壤后迅速到达母岩且难以继续下渗，土壤水分常处于饱和(蓄满)状态，坡向势能使大部分土壤水以壤中流的形式顺坡向下运移。以降雨量分别为64.6mm、47.8mm时为例，壤中流流量分别为36.8mm、23.2mm，说明降雨转化为壤中流是极为丰富的。土层厚度是坡地产流机制类型决定性因素，薄层土比厚层土更容易产生优先流，且薄层土对降雨的响应十分迅速。因此，紫色土丘陵区高标准农田建设需综合考虑地形条件、水流特点等因素将拦、集、蓄等方式相结合，通过就地拦截地表径流和壤中流，形成坡面土壤拦蓄保水、梯田分级截留、多级蓄水的雨水综合集蓄系统。 [0004] 目前丘陵区常用的高标准梯田雨水集蓄方面的技术主要有以下几种方式： [0005] 公开号为CN1414188A的中国专利，公开了一种坡地渗流集蓄方法及装置，该现有技术利用水体介质在土壤层的运移转化原理，在土壤与基岩之间的渗流产生区域设置，将渗流引出并导入蓄水系统加以利用。这种坡地渗流集蓄方法，包括在坡地土壤层与基岩层之间横向分层设置半开放渗流集蓄管，渗流水过滤进入渗流集蓄管，并在管道内形成管流；渗流集蓄管之间通过导流输水管连接，导流输水管通向坡地下方设置的蓄水池。但是，该方法以收集坡地的壤中流为主，并不能收集地表径流，因此不适合地表径流较大的丘陵梯田的雨水集蓄。 [0006] 公开号为CN101999264A的中国专利，公开了一种大横坡加小顺坡型坡式梯田构造及其建造方法，该现有技术将坡面地块上缘和下缘均设置植物护坎地埂，该地埂的上侧和下侧分别设置有边沟和背沟，坡面地块的其余周边沿坡面设置有连接坡面地块上缘的背沟和坡面地块下缘的边沟的排水沟而形成排水网渠；排水网渠内的坡面地块由横坡截流沟分隔成多个顺坡起垄区；顺坡起垄区内均布设置有若干起垄小顺坡，相邻两个小顺坡之间设置有垄沟，且顺坡起垄区内所有垄沟与横坡截流沟和边沟相连通。该建造方法虽然对于农民来说操作简单、建造成本低，建成后能够一定程度上减少侵蚀，但没有增加土层厚度，因此土壤自身的保水蓄水能力不能够得到改善。 [0007] 公开号CN101933449A的中国专利，公开了一种用于丘陵坡地的集雨节灌系统与方法，该现有技术包括集雨塘或集雨堰、高位蓄水池，低位蓄水池、水泵和输水管，集雨塘或集雨堰设置在丘谷的中部或下部，高位蓄水池设置在集雨塘或集雨堰附近各丘体中高度最高的丘体上部，低位蓄水池为多个，分别设置在高位蓄水池周边的各丘体上，其高度低于高位蓄水池，水泵安装在集雨塘或集雨堰旁，其进水口接集雨塘或集雨堰，其出水口接高位蓄水池，输水管铺设在高位蓄水池与各低位蓄水池之间。使用该集雨节灌系统，可将降雨产生的地表径流水蓄积在集雨塘或集雨堰中，并将集雨塘或集雨堰中的水用水泵提至高位蓄水池，通过输水管分别将高位蓄水池的水输送至各低位蓄水池，需要灌溉时，将各低位蓄水池内的蓄水用于灌溉。但是，该集雨方式不能够就地拦截地表径流和壤中流，特别是坡面土壤拦蓄保水能力没有得到有效提升。 [0008] 授权公告号为CN204551590U的中国专利，公开了一种农田雨水收集和储存系统，该专利系统包括汇流面、汇水沟、连接沟、集水沟和储水池，所述汇流面为倾斜设置，所述汇流面低的一侧设置汇水沟，所述汇流面之间设置集水沟，所述汇水沟的左端与连接沟连通，所述集水沟的左端与连接沟的中部连通，所述集水沟的右端与储水池相连通。所述汇流面设置在作物行间和/或株间的地面上，汇流面的雨水沿倾斜的角度汇集到汇水沟，雨水通过连接沟汇集到集水沟，再从集水沟汇集到储水池。汇水沟设置在农田外边缘，集水沟位于汇水沟之间，这样可以减少水流对土壤的冲刷。虽然该收集系统可以较好的收集雨水及地表径流，且能够减少土壤侵蚀，但在运行过程中并没有提升土壤保水蓄水能力，控制氮磷流失效果不显著，且设施的建设成本较高，不适合大面积推广使用。 [0009] 综上，当下需要一种能克服上述不足，防止氮磷流失，减轻面源污染且提高雨水集蓄利用效率和土壤水分保蓄能力的高标准梯田雨水集蓄方法。发明内容 [0010] 本发明的目的在于，提供一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，通过构建坡面地表径流、壤中流的梯级化和网格化就地拦蓄体系，提升高标准梯田的水分接受与贮存能力，形成供水充足、拦水有效、蓄水充分的就地集水与耕作措施有机结合的高标准梯田雨水集蓄系统。 [0011] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现： [0012] 一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，包括以下步骤： [0013] 步骤A：利用机械平整田块，设置横纵交错的岩埂，对坡面壤中流进行梯级化和网格化拦蓄； [0014] 步骤B：修筑田埂并沿顺坡方向埋设管道，管道接入集水沟，收集地表径流和下坡部位壤中流； [0015] 步骤C：利用土壤与母岩一体化耕作将大块母岩粉碎成母岩碎屑，同时在底部产生母岩挡水暗槽； [0016] 步骤D：在梯田坡脚设置排水沟，在沟内设沉淀槽，阻控泥沙沉积到集水沟； [0017] 步骤E：在每级梯田坡顶前端设置集水沟，在流域出口设置塘库，蓄积地表径流和壤中流。 [0018] 进一步的，所述步骤A，利用机械剥离整个坡面的耕层土壤，将上坡部位母岩挖起填入下坡，使田块坡度小于5°，在顺坡方向距离坡顶每3‑4m设置一条沿等高线分布的岩埂，在横坡方向距离20‑30m设置一条垂直等高线方向的岩埂，岩埂的剖面呈梯形，上、下底宽度分别为10cm和40cm，岩埂高度与梯田地表基准面相平，每条横坡方向岩埂需设置25‑30cm高的溢流口。 [0019] 进一步的，所述步骤B，修筑田埂并沿顺坡方向埋设渗水管道，田埂的埂顶宽度大于50cm，便于小型农机下到田地作业，且田埂的埂面高于坡脚土面20‑30cm，在田埂埂脚到埂顶沿田埂铺设防水布形成渗流暗沟，暗沟内并排铺设两根DN＝110mm的PVC管，一根为上部伸出田面，下部接入集水沟的L型地表径流排水管，另一根为管道上部含渗流孔且缠上无纺布的壤中流收集管，下部接入集水沟，埂脚防水布内铺设没过壤中流收集管上部直径为1‑2mm的细沙。 [0020] 进一步的，所述步骤C，在岩埂网格内进行1次土壤与母岩一体化耕作，将大块母岩粉碎成母岩碎屑，在底部产生母岩挡水暗槽，母岩挡水暗槽的深度为5‑10cm，在土壤与母岩一体化耕作后将步骤A剥离的土壤进行回填。 [0021] 进一步的，所述步骤D，在梯田坡脚沿等高线设置一条宽30cm、深20cm的排水沟，在L型地表径流排水管上方排水沟内设置两个带导流板的沉淀槽，沉淀槽尺寸为长1m、宽30cm、深30cm，阻控泥沙沉积到集水沟。 [0022] 进一步的，所述步骤E，在每级梯田的坡顶前端沿等高线设置集水沟，规格为宽60cm、深60‑100cm、长5‑10m，在每段集水沟最低处设置一小段略深的坑，沟内铺设防水布，集水沟之间通过背沟相通连，集水沟通过边沟与排水沟相通连，排水沟内经过沉淀槽处理后的地表径流通过L型地表径流排水管进入下部集水沟，在流域出口设置塘库，收集集水沟富余的地表径流和壤中流，提高雨水集蓄利用效率。 [0023] 本发明的另一目的在于，提供上述紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法在梯田雨水集蓄中的应用。 [0024] 本发明的有益效果为： [0025] 1、本发明通过工程机械破碎母岩构筑横纵交错的网格化岩埂，约束土层中壤中流流动方向，有助于减弱水分的顺坡迁移；且本申请中土壤与母岩一体化耕作粉碎母岩，加速成土，在增加梯田土体厚度的同时提高了土壤水分保蓄能力，增加母岩挡水暗槽，进一步提高坡面拦水效率，增强土壤水分入渗和接收纳滞效应，减少水分流失，提高坡面水分保蓄能力。 [0026] 2、本发明提供的方法建立雨水综合集蓄系统，就地集蓄雨水，将沟渠、管道和蓄水设施相互连通，达到就地集蓄坡面水分的目的，雨水集蓄利用效率可提高50％，有效保障雨水的集蓄和分配利用。 [0027] 3、本发明将网格化岩埂的壤中流拦截、引导作用与坡面集蓄系统的收集存储作用联合起来，保证坡面水分充分收集，最终形成以坡面地表径流、壤中流的梯级化和网格化协同拦蓄为手段的高标准梯田坡面防护和雨水集蓄利用体系，在有效保障紫色土丘陵区主要粮食和重要农产品的旱涝保收、稳产高产的同时，又能通过该体系的拦蓄功能起到防止土壤氮磷流失，减轻面源污染的作用。 [0028] 当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明 [0029] 图1是本发明的方法流程图； [0030] 图2是本发明构建的耕地立体图； [0031] 图3是本发明构建的耕地截面图； [0032] 图4是本发明耕地的管道安置图； [0033] 图5是本发明耕地的母岩岩埂分布图。 [0034] 附图中，各标号代表的部位如下所示： [0035] 1‑岩埂、2‑地表径流排水管、3‑壤中流收集管、4‑细砂、5‑带导流板的沉淀槽、6‑排水沟、7‑集水沟、8‑田埂、9‑防水布。具体实施方式 [0036] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本发明进行详细说明。 [0037] 实施例1 [0038] 如图1所示： [0039] 一种紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法，包括以下步骤： [0040] 步骤A：利用机械平整田块，设置横纵交错的岩埂，对坡面壤中流进行梯级化和网格化拦蓄； [0041] 本实施例中，步骤A的具体内容为： [0042] 利用机械剥离整个坡面的耕层土壤，将上坡部位母岩挖起填入下坡，使田块坡度小于5°； [0043] 本实施例中，在顺坡方向距离坡顶每3‑4m设置一条沿等高线分布的岩埂，在横坡方向距离20‑30m设置一条垂直等高线方向的岩埂，岩埂的剖面呈梯形，上、下底宽度分别为10cm和40cm，岩埂高度与梯田地表基准面相平，每条横坡方向岩埂需设置25‑30cm高的溢流口。 [0044] 本实施例中，通过工程机械破碎母岩构筑横纵交错的网格化岩埂，约束土层中壤中流流动方向，有助于减弱水分的顺坡迁移； [0045] 本实施例中，将网格化岩埂的壤中流拦截、引导作用与坡面集蓄系统的收集存储作用联合起来，保证坡面水分充分收集，最终形成以坡面地表径流、壤中流的梯级化和网格化协同拦蓄为手段的高标准梯田坡面防护和雨水集蓄利用体系； [0046] 步骤B：修筑田埂并沿顺坡方向埋设管道，管道接入集水沟，收集地表径流和下坡部位壤中流； [0047] 本实施例中，步骤B的具体内容为： [0048] 修筑田埂并沿顺坡方向埋设渗水管道，田埂的埂顶宽度大于50cm，便于小型农机下到田地作业，且田埂的埂面高于坡脚土面20‑30cm，在田埂埂脚到埂顶沿田埂铺设防水布形成渗流暗沟； [0049] 本实施例中，暗沟内并排铺设两根DN＝110mm的PVC管，一根为上部伸出田面，下部接入集水沟的L型地表径流排水管，另一根为管道上部含渗流孔且缠上无纺布的壤中流收集管，下部接入集水沟，埂脚防水布内铺设没过壤中流收集管上部直径为1‑2mm的细沙。 [0050] 步骤C：利用土壤与母岩一体化耕作将大块母岩粉碎成母岩碎屑，同时在底部产生母岩挡水暗槽； [0051] 本实施例中，步骤C的具体内容为： [0052] 在岩埂网格内进行1次土壤与母岩一体化耕作，将大块母岩粉碎成母岩碎屑，在底部产生母岩挡水暗槽，母岩挡水暗槽的深度为5‑10cm，在土壤与母岩一体化耕作后将步骤A剥离的土壤进行回填。 [0053] 本实施例中，土壤与母岩一体化耕作粉碎母岩，加速成土，在增加梯田土体厚度的同时提高了土壤水分保蓄能力，增加母岩挡水暗槽，进一步提高坡面拦水效率，增强土壤水分入渗和接收纳滞效应，减少水分流失，提高坡面水分保蓄能力 [0054] 步骤D：在梯田坡脚设置排水沟，在沟内设沉淀槽，阻控泥沙沉积到集水沟； [0055] 本实施例中，步骤D的具体内容为： [0056] 在梯田坡脚沿等高线设置一条宽30cm、深20cm的排水沟，在L型地表径流排水管上方排水沟内设置两个带导流板的沉淀槽，沉淀槽尺寸为长1m、宽30cm、深30cm，阻控泥沙沉积到集水沟。 [0057] 步骤E：在每级梯田坡顶前端设置集水沟，在流域出口设置塘库，蓄积地表径流和壤中流。 [0058] 本实施例中，步骤E的具体内容为： [0059] 在每级梯田的坡顶前端沿等高线设置集水沟，规格为宽60cm、深60‑100cm、长5‑10m； [0060] 本实施例中，在每段集水沟最低处设置一小段略深的坑，沟内铺设防水布，集水沟之间通过背沟相通连，集水沟通过边沟与排水沟相通连，排水沟内经过沉淀槽处理后的地表径流通过L型地表径流排水管进入下部集水沟，在流域出口设置塘库，收集集水沟富余的地表径流和壤中流，提高雨水集蓄利用效率。 [0061] 本实施例中，构建的耕地立体图如图2所示，其中，通过上述方法建立的岩埂、地表径流排水管、壤中流收集管、细砂、带导流板的沉淀槽、排水沟、集水沟、田埂和防水布的位置分布如图2所示； [0062] 本实施例中，构建的耕地截面图如图3所示； [0063] 本实施例中，耕地的管道安置图如图4所示； [0064] 本实施例中，耕地的母岩岩埂分布图如图5所述。 [0065] 将网格化岩埂的壤中流拦截、引导作用与坡面集蓄系统的收集存储作用联合起来，保证坡面水分充分收集，最终形成以坡面地表径流、壤中流的梯级化和网格化协同拦蓄为手段的高标准梯田坡面防护和雨水集蓄利用体系。 [0066] 本实施例中，建立雨水综合集蓄系统，就地集蓄雨水，将沟渠、管道和蓄水设施相互连通，达到就地集蓄坡面水分的目的，雨水集蓄利用效率可提高50％，有效保障雨水的集蓄和分配利用。 [0067] 实施例2 [0068] 上述实施例1所述的紫色土丘陵区高标准梯田雨水集蓄方法在梯田雨水集蓄中的应用。 [0069] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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