一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法及系统

本发明涉及农业环境保护，特别是涉及一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法及系统。

背景技术：

1、稻田氮磷流失引起的面源污染问题一直是地表水保护关注的重点问题，加之水稻种植多分布在地势平坦、河网密布的低洼地区，水稻种植期间降雨灌溉频繁、化肥施用量高，这就导致氮磷等营养物质极易随水从稻田流失而进入到周边水体。据统计，稻田每年氮、磷等污染物的总排放量分别占种植业水污染物氮、磷总排放量的1/3以上，成为农田面源污染的重要组成部分，因此，有效防控稻田氮磷流失造成的农业面源污染已成为改善水环境污染的关注重点。

2、当前稻田多以灌排单元的形式管理，主要由稻田及紧邻稻田的沟渠两部分组成。灌排单元系统内的沟渠作为开放系统承接多途径水的输入，不仅起到灌溉、排水、蓄水的功能，而且在灌排单元系统的水质净化中也发挥了重要作用。其中灌排单元内的沟渠受稻田管理的影响，经常面临因频繁灌溉、降雨和稻田径流排水、侧渗等引起的水联动作用，这一作用不仅导致沟渠水位的改变，还伴随氮磷等营养物质的交换。当前，灌排单元内田沟面积配比通常只关注了沟渠的灌溉、排水功能，并没有基于水量水质的耦合考虑其蓄水、水质净化功能，从而使现有的田沟面积配比不能很好地起到防控稻区面源污染的效果。

3、因此，针对灌排单元系统内田沟系统水量水质耦合特征，需要提出一种确定适宜田沟面积配比的方法，防止稻田氮磷流失，实现充分发挥灌排单元内沟渠的生态净化功能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法及系统，能够对沟渠面积进行调整，从而确定适宜田沟面积配比，充分发挥稻区内沟渠的生态净化功能，防控稻田氮磷流失。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，包括：

4、获取设定时间段内当前稻田的稻田数据、当前田埂的田埂数据和当前沟渠的沟渠数据；所述稻田数据包括水稻最大允许水层深度、稻田田面水位和稻田面积；所述田埂数据包括田埂高度、田埂宽度、田埂长度；所述沟渠数据包括沟渠深度、沟渠面积和沟渠水位；

5、基于所述稻田数据、当前田埂数据和所述沟渠数据计算所述当前沟渠的水量数据；所述水量数据包括降雨进入沟渠水量、稻田径流排水流入沟渠水量、稻田侧渗进入沟渠水量和蒸发损失水量；

6、基于所述沟渠数据计算所述当前沟渠的沟渠容载量；

7、基于所述水量数据计算所述当前沟渠的沟渠水力负荷；

8、根据所述沟渠水力负荷和所述沟渠容载量确定是否对所述当前沟渠的沟渠面积进行调整。

9、可选地，所述基于所述稻田数据、当前田埂数据和所述沟渠数据计算所述当前沟渠的水量数据，具体包括：

10、基于所述当前沟渠的沟渠面积计算所述当前沟渠的降雨进入沟渠水量；

11、基于所述稻田数据计算所述当前沟渠的稻田径流排水流入沟渠水量；

12、基于所述田埂数据、所述沟渠深度、所述沟渠水位和所述稻田田面水位计算所述当前沟渠的稻田侧渗进入沟渠水量；

13、基于所述当前沟渠的沟渠水面面积计算所述当前沟渠的蒸发损失水量。

14、可选地，根据所述沟渠水力负荷和所述沟渠容载量确定是否对所述当前沟渠的当前沟渠面积进行调整，具体包括：

15、判断所述当前沟渠的沟渠水力负荷是否大于所述当前沟渠的沟渠容载量；

16、若是，则对所述当前沟渠的沟渠面积进行调整。

17、可选地，所述沟渠水力负荷的计算公式为：

18、q＝qj+qp+ls-et

19、其中，q为沟渠水力负荷；qj为降雨进入沟渠水量；qp为稻田径流排水流入沟渠水量；ls为稻田侧渗进入沟渠水量；et为蒸发损失水量。

20、可选地，所述沟渠容载量的计算公式为：

21、v＝(hg-hg)×sg

22、其中，v为当前沟渠的容载量；hg为沟渠深度；hg为沟渠水位；sg为沟渠面积。

23、可选地，所述设定时间段为向当前稻田施肥后的2周。

24、本发明还提供了一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比系统，包括：

25、数据采集模块，用于获取设定时间段内当前稻田的稻田数据、当前田埂数据和当前沟渠的沟渠数据；所述稻田数据包括水稻最大允许水层深度、稻田田面水位和稻田面积；所述田埂数据包括田埂高度、田埂宽度、田埂长度；所述沟渠数据包括沟渠深度、沟渠面积和沟渠水位；

26、水量数据获取模块，用于基于所述稻田数据、当前田埂数据和所述沟渠数据计算所述当前沟渠的水量数据；所述水量数据包括降雨进入沟渠水量、稻田径流排水流入沟渠水量、稻田侧渗进入沟渠水量和蒸发损失水量；

27、沟渠容载量获取模块，用于基于所述沟渠数据计算所述当前沟渠的沟渠容载量；

28、沟渠水力负荷获取模块，用于基于所述水量数据计算所述当前沟渠的沟渠水力负荷；

29、调整模块，用于根据所述沟渠水力负荷和所述沟渠容载量确定是否对所述当前沟渠的沟渠面积进行调整。

30、可选地，所述水量数据获取模块包括：

31、降雨进入沟渠水量计算单元，用于基于所述当前沟渠的沟渠面积计算所述当前沟渠的降雨进入沟渠水量；

32、稻田径流排水流入沟渠水量计算单元，用于基于所述稻田数据计算所述当前沟渠的稻田径流排水流入沟渠水量；

33、稻田侧渗进入沟渠水量计算单元，用于基于所述田埂数据、所述沟渠深度、所述沟渠水位和所述稻田田面水位计算所述当前沟渠的稻田侧渗进入沟渠水量；

34、蒸发损失水量计算单元，用于基于所述当前沟渠的沟渠水面面积计算所述当前沟渠的蒸发损失水量。

35、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

36、本发明公开了一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法及系统，其中所述基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法通过利用设定时间段内当前稻田的稻田数据、当前田埂的田埂数据和当前沟渠的沟渠数据获取当前沟渠的水量数据，再根据当前沟渠的沟渠数据计算当前沟渠的沟渠容载量，根据当前沟渠的水量数据计算沟渠水力负荷，以及根据沟渠水力负荷和所述沟渠容载量确定是否对当前沟渠面积进行调整。通过调整后的当前沟渠面积，以确定适宜的田沟面积配比，并保持进入沟渠水量与沟渠容载量之间的水量平衡，阻止施肥后由稻田、田埂和沟渠构成的灌排单元内的氮磷流失，不仅实现了减少稻田区域面源污染的目的，而且还为高标准生态农田建设提供了技术方法。

技术特征：

1.一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，其特征在于，所述基于所述稻田数据、当前田埂数据和所述沟渠数据计算所述当前沟渠的水量数据，具体包括：

3.根据权利要求1所述的基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，其特征在于，根据所述沟渠水力负荷和所述沟渠容载量确定是否对所述当前沟渠的当前沟渠面积进行调整，具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，其特征在于，所述沟渠水力负荷的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，其特征在于，所述沟渠容载量的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法，其特征在于，所述设定时间段为向当前稻田施肥后的2周。

7.一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的基于稻区面源污染防控的田沟面积配比系统，其特征在于，所述水量数据获取模块包括：

技术总结
本发明公开了一种基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法及系统，涉及农业环境保护技术领域。所述基于稻区面源污染防控的田沟面积配比方法包括：获取设定时间段内当前稻田的稻田数据、当前田埂的田埂数据和当前沟渠的沟渠数据；基于所述稻田数据和所述沟渠数据计算所述当前沟渠的水量数据；基于所述沟渠数据计算所述当前沟渠的沟渠容载量；基于所述水量数据计算所述当前沟渠的沟渠水力负荷；根据所述沟渠水力负荷和所述沟渠容载量确定是否对所述当前沟渠的沟渠面积进行调整。本发明通过对沟渠面积进行调整，从而确定适宜田沟面积配比，充分发挥稻区内沟渠的生态净化功能，防控稻田氮磷流失。

技术研发人员：翟丽梅,华玲玲,刘宏斌,张富林
受保护的技术使用者：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12