稻田滞涝减灾作用机理研究

随着社会经济的快速发展，我国农村与农业土地利用与覆被发生了显著变化，水稻主产区的稻田面积出现大幅减少，同等条件下内涝积水量增加，地下水补给量减少，涝渍灾害呈加重趋势。申请项目以稻田面积变化对涝渍灾害影响机理问题为背景，采用平行排区对比试验方法，将农业流域地表水系统、地下水系统和土壤-植物-大气连续体（SPAC）有机结合起来，研究土壤水分控制条件下的自然-农业复合水循环系统排水径流形成原理，探索灌溉排水等农业水循环过程对农业流域自然水循环过程的影响机理，建立土壤水分控制条件下具有一定物理基础的分布式排水模型，量化稻田面积变化对农业流域地表径流、土壤水分以及地下水的影响，从而揭示稻田滞涝减灾作用机理。研究成果将丰富与发展径流形成原理的理论体系，同时为变化环境下的涝渍灾害治理提供理论支撑。

项目以湖北省汉川径流实验站水田和旱地径流试验场和安徽省五道沟水文水资源实验站为研究区域，开发了水稻灌区稻田与旱地概念性产流模型，从水稻灌区的田间调蓄、沟渠调蓄和集中调蓄区调蓄三个方面着手建立了基于SWAT修改的水稻灌区汇流模型，上述模型研究发现：随着水稻种植面积的扩大，排水系统的压力降低。当水稻种植面积从占总耕地面积的20％增加到80％时，排涝标准从5.1年一遇提高到7.6年一遇。.（1）建立了平原湖区稻田与旱地概念性产流模拟模型 由于现有水文模型难以有效模拟受作物生长发育及水土管理措施等影响的排区尺度上的水循环过程，本文根据平原湖区的土壤水和地下水动态变化特性，同时考虑作物生长发育特性对水循环过程影响，在探讨稻田中的地表径流、深层渗漏与稻田控制水深的关系的基础上，将稻田在垂直方向上分为两层，建立稻田产流的概念性模型；将旱地土壤在垂直方向上分为三层，建立了旱地产流的蓄满产流模型。汉川径流试验站的径流模拟结果表明了稻田和旱地产流模拟模型的有效性，旱地产流量的合格率达到85.7％。此外，稻田与旱地概念性产流模拟模型能有效模拟受作物生长发育及水土管理措施等影响的排区尺度上的水循环过程。.（2）从田间调蓄、排水沟调蓄和湖泊调蓄三个方面建立了水稻灌区汇流模型 农田暴雨径流汇流过程与自然流域相比，其明显不同之处在于稻田调蓄，排水沟及其控制设备的调蓄以及集中调蓄区的调蓄作用，项目从田间调蓄、河道调蓄、蓄水体调蓄三方面改进了SWAT模型的稻田出流量计算方法、湖泊面积的计算、湖泊出流量的计算以及系统排水状态改变的模拟。将修改后的模型应用于焦岗湖洼地，模型改进前与改进后的模拟结果相比较，原模型的模拟结果线性回归系数最小为0.26，相对误差最大为0.63，改进后模拟结果线性回归系数都在0.7以上，相对误差都在0.1以下，效率系数也都高于原模型模拟结果。.（3）水稻种植面积变化对排涝的影响 随着水稻种植面积的扩大，排水系统的压力降低。当水稻种植面积从占总耕地面积的20％增加到80％时，排涝标准从5.1年一遇提高到7.6年一遇。由于水稻各生育期耐淹能力差别较大，因此扩大中稻种植面积对排水能力的影响视暴雨发生的时间的不同而不同，一般对发生在6月下旬和7月上旬的暴雨如扩大中稻种植面积会增加排水系统的压力，而对发生在7月中旬的暴雨若扩大中稻种植面积则能缓解排水系统的压力。