降雨徑流對農田面源污染物產出的影響

降雨徑流對農田面源污染物產出的影響 摘 要,試驗通過模擬降雨的方法,探索降雨與農田土壤泥 沙產出量的關系。試驗明,10%坡度條件下的泥沙累積量普遍 高於相同降雨指數情況下5%的泥沙累積量,在坡度相同的條件 下,泥沙累積量隨著降雨量的增加而增加,在坡度為10%降雨 量為150 mm?h-1條件下,泥沙累積量最大,30 min時,泥沙 累積量可達到350 kg。試驗還對數據進行瞭回歸分析,得到瞭 相關的擬合函數 關鍵詞, 模擬降雨,泥沙累積量,回歸分析 中圖分類號,TV121+1 文獻標識碼,A DOI編碼, 10.3969/j.issn.1006,6500.2011.06.041 Effect of Rainfall-runoff on the Amount of Output of Agricultural Non-point Source Pollutants LIANG Li-jun ,Jinzhong Bureau of Meteorology,Jinzhong,Shanxi 032700,China, ,,,,，,,,: The method by simulated rainfall experiment, the relationship between rainfall and the amount of soil sediment output was explored. The results showed that, 10% gradient conditions was significantly higher than 5% of soil sediment output.Under the same conditions in the slope, 1 sediment accumulation increased with rainfall, gradient of 10% in annual rainfall was 150 mm?h-1,soil sediment output could reach 350 kg. Experiments also conducted a regression analysis of data, the fitting function has been associated. Key words: simulated rainfall ;soil sediment output; regression analysis 電子計算機和新技術如雷達、激光、遙感及人造衛星等的使 用,大大促進瞭氣象學與氣候學的發展。早在第一個五年計劃期 間,中國共建立瞭各級氣象臺站1 378個,到1957年底各級氣 象臺站已達1 635個,比解放初期增加近22倍。40餘年來興建 的天氣和氣候站網已遍佈全國,中國的氣象學與氣候學研究進入 瞭高度發展的時期。在基礎理論方面,如大氣環流和動力氣象的 研究,在天氣學方面如中國天氣、高原氣象等研究,在衛星氣象 方面,如甚高分辨雲圖接受器的研制、衛星氣象學和探測原理等 研究都取得瞭顯著的進展。在人工影響天氣方面已開展瞭雲霧物 理、人工降水和人工消雹等工作,並已取得較好的效果 氣象學研究的對象是大氣層內各層大氣運動的規律、對流層 內發生的天氣現象和地面上旱澇冷暖的分佈等。研究氣象的目的 一方面是為瞭探索氣象的自身變化規律,另一方面則是為瞭給與 氣象息息相關的產業提供一定的幫助。降雨作為我們最為熟悉的 天氣現象之一與農業生產之間有著十分重要的聯系,由於農藥化 肥等的大面積使用,降雨時大量的農田面源污染物隨降雨徑流流 2 出,對周圍環境造成瞭一定程度的危害,筆者著重探討降雨與面源污染物產出的關系及研究方法,以期為相關研究提供一定的借鑒 1 材料和方法 1.1 試驗地基本概況 試驗地選擇在山西晉中榆次周邊的農田中。榆次區位於山西中部的晉中盆地,太行山西麓,東與壽陽縣交界,西同清徐毗鄰,南與太谷縣接壤,西北與太原市相連。全區面積1 311 km2,人口63萬,2010年第六次全國人口普查數據,,民族以漢族為主,轄6鎮4鄉9個街道辦事處,283個行政村、61個社區,是晉中市委、市政府所在地,是晉中市的政治、經濟、文化中心。榆次的氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,夏季炎熱多雨,冬季寒冷幹燥,春、秋短促,年平均氣溫9.8 ?,降雨量418,483 mm,年日照時數2 662 h,無霜期158 d 1.2 試驗地處理 在試驗地選擇坡度分別為5%和10%的兩塊玉米地,對玉米地進行輕微整改,在原有坡度基礎上,營建兩塊寬度為2 m,長度為10 m的試驗地,並對試驗地邊緣做隔水處理,以減少試驗誤差 1.3 試驗方法 試驗采用模擬降雨徑流的方法,分別模擬出降雨量50 ,100 ,150 mm?h-1條件下兩塊樣地的泥沙累積量,並作出 3 對應的擬合曲線及函數 2 結果與分析 2.1 3種降雨條件下坡度為5%的玉米地泥沙累積量與時間的關系 由圖1我們很容易發現,降雨強度對泥沙累積量的影響十分顯著,從30 min時的泥沙最終累積量上看,150 mm?h-1降雨量條件下,泥沙最終累積量為216 kg, 而50 mm?h-1降雨量條件下的泥沙最終累積量為53 kg,兩者相差4.075倍,可見在暴雨時,對於土壤較容易受到侵蝕的農田,水土流失十分嚴重 2.2 3種降雨條件下坡度為10%的玉米地泥沙累積量與時間的關系 泥沙累積量均隨著降雨歷時的增加而增加,並且不難發現,模擬降雨量最大時,泥沙的累積速度與累積量均最為明顯,遠遠超出瞭模擬降雨量為50 mm?h-1的情況 3 討 論 將試驗中的6種情況所得到的數據進行回歸分析,得到6個擬合函數 對6組數據進行擬合處理得出的擬合函數,其相關性R2的值均在0.9以上,這表明,擬合曲線與實際測量數據之間存在的 4 誤差極其不顯著,通過表1最後一項的數據,我們不難發現,擬合曲線的斜率在兩種坡度情況下均隨著降雨量的增加而顯著增加,10%坡度條件下的斜率均明顯高於同類型的5%坡度條件下的情況,斜率體現瞭擬合曲線的陡峭程度,斜率的增加說明泥沙積速度的增加,因而可得出結論,隨著坡度的陡峭程度的增加與降雨量的加大,泥沙隨降雨徑流流失的速度越來越快,越來越明顯 4 結 論 徑流是大氣降水形成的,並通過流域內不同路徑進入河流、湖泊或海洋的水流。習慣上也表示一定時段內通過河流某一斷面的水量,即徑流量。按降水形態分為降雨徑流和融雪徑流。按形成及流經路徑分為生成於地面、沿地面流動的地面徑流,在土壤中形成並沿土壤表層相對不透水層界面流動的表層流,也稱壤中流,形成地下水後從水頭高處向水頭低處流動的地下水流 通過試驗不難發現,氣象研究中我們最為熟悉的降雨量與農田中水土流失之間有著十分密切的關聯,隻要掌握和控制好降雨與農田水土流失之間的關聯,就能有效的分析和防治降雨尤其是暴雨對農田造成的傷害,減少不必要的損失 參考文獻, [1] 鄭粉莉,劉峰,楊勤科,等,土壤侵蝕預報模型研究進展[J],水土保持通報,2001,21(6),16-18,32. [2] 張晴雯,雷廷武,姚春梅,等,WEPP細溝侵蝕率模型 5 正確性的理論分析與實驗驗證[J],農業工程學報,2004,20,2,,242-250. [3] 蔡強國,劉紀根.關於我國土壤侵蝕模型研究進展[J],地理科學進展,2003,22(3),242-250, [4] 劉寶元,史培軍,WEPP水蝕預報流域模型[J],水上保持通報,l998,18(5),6-12, [5] 江忠普,王志強,劉志,黃土丘陵區小流域土壤侵蝕空間變化定量研究[J],土壤侵蝕與水上保持學報,1996,1(2),1-9. [6] 張科利,唐克麗,黃土坡面細溝侵蝕能力的水動力學試駿研究[J],土壤學報,2000,37(1),9-15, [7] 趙其國.我國南方當前水土流水與生態安全中值得重視的問題[J].水土保持通報,2006,26,2,,1-8. [8] 田良才,牛天堂,李晉川,等.山西省水土流失治理的戰略抉擇[J].山西農業科學,2011,1,,1-5. [9] 楊蘇龍,石躍進.自然降雨下滲與徑流規律的研究[J].山西農業科學,2000,2,,44-45. [10] 田菲,韓淑敏, 胡玉昆.洋河流域徑流演變規律及驅動因子分析 [J].華北農學報,2008,B10,,353-357. [11] 李佩武.降雨徑流過程中氮磷輸出趨勢分析[J].天津農業科學,1994,1,,7-110. [12] 蘇天楊,李林英 ,姚延禱. 草灌喬結合的河岸緩沖帶對面源污染物的凈化效果研究[J].天津農業科學,2010,6,,81-84. 6 [13] 姚奎元,孟憲鉞 .天津市農田土壤水分監測預報研究[J].華北農學報,1998,1,,117-121. [14] 冉江華,黃潔.農業面源污染研究現狀及發展趨勢 [J].山西農業科學,2009,3,,7-10. [15] 李彥,高燕,張英鵬,等.模擬降雨條件下施磷量對褐土無機磷含量及形態轉化的影響[J].華北農學報,2009,3,,194-200. [16] 楊慧濱,李林英.4種草皮緩沖帶對徑流污染物去除效果研究[J].天津農業科學,2010,4,,73-76. 7