一种生态理念下的灌溉梯田设计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生态理念下的灌溉梯田设计，它涉及农业【技术领域】。包括：(1)增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计；(2)具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌区改进设计；(3)反映梯田农耕景观与新农村风貌的区域景观设计。该项技术从梯田田面到灌区双重拦截泥沙的作用，将梯田灌溉原本增加的河流泥沙完全截流在灌区内；灌区改进可以使灌溉水利用率和农田面源污染物消减率提高到90％以上；综合梯田种植结构与休闲农业，设计出半干旱高原水土流失区的新农村风貌，从田面、灌区、区域三个层次的设计落实生态理念。
【专利说明】一种生态理念下的灌溉梯田设计
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是农业【技术领域】，具体涉及一种生态理念下的灌溉梯田设计。
【背景技术】
[0002]我国水土流失区可实现灌溉的区域主要是半干旱高原区，属于水土保持第IV副区，即黄土高原与青藏高原过渡区。该区生态环境脆弱，水资源短缺，且农业产量低，坡改梯是该区域提高粮食自给的主要工程。
[0003]现有梯田灌溉工程设计技术:
[0004](I)灌溉梯田田间设计技术
[0005]①田间进水与退水毛渠。毛渠是从农渠取水并向畦、沟供水的田间临时渠道。梯田设计规范(GB/T16453.1-1996)对梯田最末一级渠道(毛渠)没有明确的要求，通常的灌溉梯田田面的进水渠与退水渠与田面的关系是进水区高于田面，退水渠低于田面，进退水靠满溢。
[0006]②田面设计。田面设计经常被分为2种，一种为顺坡式梯田，坡面为水平或顺坡倾斜，不适于灌溉；另一种为反坡式梯田，向内倾斜3-5度，利用坡度实现自流灌溉。由于梯田田面一般宽度20m左右，相对较窄，田面一般不再分畦灌溉。
[0007](2)灌区设计技术
[0008]主要是斗渠、农渠设计。斗渠是由支渠引水到毛渠或灌区的渠道，在整个灌溉系统中，担负配水任务的三级或四级渠道。农渠是从斗渠取水并分配到田间的最末一级固定渠道。按照灌区规划规范(GB/T50509-2009)，通常灌区的一侧为进水的斗渠和农渠，另一侧为退水支渠。通常在梯田灌区，退水只有这一级支渠，退水从支渠出来，直接进入沟道。
[0009]现有梯田灌溉工程实景:
[0010]现有灌溉梯田的设计，坡面平整无防护，沟渠与田面相平，灌溉沟渠进水、退水截然分开。灌溉方式90%以上仍是大水漫灌，一般情况下，会将田面全部灌溉后才关闭入口，而此时已产生了大量退水。退水含沙量高，下游泥沙淤积严重；灌溉水利用效率低，大量水体有机物随水而走。
【发明内容】
[0011]针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种生态理念下的灌溉梯田设计，从梯田田面到灌区双重拦截泥沙的作用，将梯田灌溉原本增加的河流泥沙完全截流在灌区内；灌区改进可以使灌溉水利用率和农田面源污染物消减率提高到90%以上；综合梯田种植结构与休闲农业，设计出半干旱高原水土流失区的新农村风貌，从田面、灌区、区域三个层次的设计落实生态理念。
[0012]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:一种生态理念下的灌溉梯田设计，包括:增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计；具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌区改进设计；反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计。
[0013]所述的增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计包括三项技术要点:
[0014]①进水与退水毛渠设计改进，即设计进水渠和退水渠的渠顶高于田面5-lOcm，进水渠口宽约40cm，退水渠口宽约30cm，使得整个田面除了进水口与退水口外，四周都有沿；
[0015]②田面增加垄的设计改进，即在田面每隔3_7m设置2条垄，将田面间隔为3个田区，以减缓流水速度，垄的高为15cm，垄的边坡角度为45度，每条垄每隔Im设置一个30cm宽的进水口，2条垄的进水口交错设置。
[0016]③田面增加阻滞泥沙草带的改进设计，即在内边坡与退水渠口种植约50cm宽的草带，草种选用多年生草本植物，如该区域较为普遍的青海扁径早熟禾、红豆草、无芒雀麦。
[0017]所述的具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌区改进设计包括两项设计要点:
[0018]①将灌区上游退水渠的水引入灌区下游的斗渠或农渠，坡改梯的本底坡度平均按10 H十算，上游退水渠接到下游进水渠中间的宽度为3-7m。
[0019]②上游退水改为下游进水的分界依据，该区适宜的种植结构为农田:玉米:苜蓿=3:1:1，农田退水作为玉米地的进水，玉米地的退水作为苜蓿地的进水。
[0020]所述的反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计包括三项要点:
[0021]①区域景观的总体构思，对当地的自然资源、文化资源及社会资源进行整合重组，打造该区域的梯田大地艺术，并根据该景观及文化特征规划新型的“休闲度假型新农村”。
[0022]②农耕景观的显示，该区域的农作物坡地以油菜为主，沟道以青稞为主，农田:玉米:苜蓿=3:1:1的梯田种植结构，在开花季节有黄:绿:紫的条带景观，这一天然景观的显示要结合景观旅游大道。
[0023]③新型“休闲度假新农村”规划要点，依据“交通-景观-文化”的原则进行休闲度假新农村的选址，根据各地的特色进行差别化规划，建设成以大地景观为基质，以生态旅游为催化剂的集休闲度假、餐饮住宿、观景旅游为一体的“休闲度假新农村”。
[0024]本发明的有益效果:从梯田田面到灌区双重拦截泥沙的作用，将梯田灌溉原本增加的河流泥沙完全截流在灌区内；灌区改进可以使灌溉水利用率和农田面源污染物消减率提高到90%以上；综合梯田种植结构与休闲农业，设计出半干旱高原水土流失区的新农村风貌，从田面、灌区、区域三个层次的设计落实生态理念。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本发明；
[0026]图1为本发明的梯田田面改进设计的平面图；
[0027]图2为图1的纵剖面；
[0028]图3为图1的横剖面示意图
[0029]图4为本发明的灌区改进设计示意图；
[0030]图5为本发明的半干旱高原区梯田景观效果图(种植结构:3油菜:1玉米:1苜蓿)；
[0031]图6为本发明的旅游道路规划剖面示意图；
[0032]图7为本发明的休闲度假型新农村规划剖面示意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0034]参照图1至图7，本【具体实施方式】采用以下技术方案:一种生态理念下的灌溉梯田设计，包括增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计；具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构科学调整四重作用的灌区改进设计；反映梯田农耕景观与新农村风貌的区域景观设
i+o
[0035]所述的增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计
[0036]包括以下三项技术要点，梯田田面改进设计的平面、纵剖面与横剖面图见附图1。
[0037]①进水与退水毛渠设计改进。设计进水渠A和退水渠D的渠顶高于田面5-lOcm，进水渠口 a宽约40cm，退水渠口 b宽约30cm，使得整个田面除了进水口与退水口外，四周都有沿，增加灌溉水或径流在田间的停留时间，减少退水携带的泥沙。
[0038]②田面增加垄的设计改进。在反坡式梯田的基础上，根据实际田面宽度，在田面每隔3-7m设置2条垄C，将田面间隔为3个田区，以减缓流水速度，垄C的高度为15cm，垄C的边坡角度为45度。每条垄C每隔Im左右设置一个30cm宽的进水口 d，使流水进入下一田块，2条垄C的进水口需交错设置，这样有利于水流入渗，避免出现田面冲蚀沟，并沉淀灌溉水带来的部分泥沙。
[0039]③田面增加阻滞泥沙草带的改进设计。在内边坡与退水渠口种植约50cm宽的草带B，起到拦滞泥沙的作用。草种选用多年生草本植物，如青海扁径早熟禾，以及该区域较为普遍的红豆草、无芒雀麦、燕麦等。这些草本植物根系较为发达，拦沙效果良好。
[0040](2)具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌区改进设计
[0041]灌区改进设计包括三项设计要点，灌区改进设计示意图见附图2。
[0042]①灌区上游退水渠的水引入灌区下游的斗渠或农渠。田间坡降设计规范要求为0.5-1.0%。，灌区田间的长度100-500m，进水渠与退水渠的高程差为0.05-0.5m。由于坡改梯的本底坡度大，平均按10。的坡度计算，只需要0.6-6.0m宽的坡就将退水渠接到进水渠上，考虑渠道本身的宽度，按照基本农田设计规范，斗渠顶宽约1.0m,考虑两侧占地，上游退水与下游进水的间隔宽度为3-7m。
[0043]②上游退水改下游进水的节点数确定依据，即退水经过几次循环的确定依据。退水改进水的初衷就是下游灌区充分利用上游退水及其所含的营养物，节点确定的依据有水量、肥量和种植结构。根据统计年鉴，半干旱高原区农作物种植结构中粮食作物的谷物类主要为小麦、青稞、玉米，豆类主要为蚕豆和豌豆；经济作物主要有油料作物和枸杞；牧草主要有紫花苜蓿。从对水肥的保证程度来看，灌区上游应种植农作物，下游种植水肥保证程度低的牧草，为了保证农田尽量大的种植比例，在农田与牧草中间再分出亦草亦农的作物，通常选择玉米，青储为草，结果为农，因此，灌区退水改成进水的节点是两个，即灌区上游农田的退水经过下游玉米的二次循环利用，再经过末端牧草的第三次循环利用。
[0044]③退水改进水两节点划分依据，也是种植面积比例划分依据。从水肥两方面的利用分析，种植结构为农田:玉米:苜蓿=3:1:1，即农田退水作为玉米地的进水，玉米地的退水作为苜蓿地的进水。其中，水肥的分析如下:
[0045]a)从灌溉用水分析
[0046]按照《节水灌溉技术规范》(SL207— 98)和大型灌区续建配套与节水改造的要求，该区中远期农田的灌溉定额450m3/亩，林草的灌溉定额是360m3/亩，灌溉水利用系数为0.51，农田耗水率基本上是0.65，明渠退水率约0.3，林草的耗水率0.68，明渠退水率约为0.27。按照种植结构农田:玉米:苜蓿=3:1:1计算，3亩玉米用水1350m3，退水约405m3，进入I亩玉米田后，明渠退水140m3，即I亩苜蓿地灌水140m3。苜蓿是一种水肥分适应性强的牧草，灌溉水的多少只决定牧草产量的多少，该区多年平均有近500_的降水，灌溉140m3基本没有地表退水，总的耗水率达到93 %。
[0047]b)减肥效应计算
[0048]根据资料，不同气候区域小麦-玉米轮作体系中平衡施肥玉米氮肥利用率平均值为38.3%，适宜施氮水平1kg/亩时氮肥回收利用率为35.1-39% ;2012年中国植物营养与肥料学会第八次代表大会中，中国工程院院士朱兆良称，国内小麦、水稻和玉米对氮肥的利用率仅在35 %左右，小麦-玉米轮作的两季利用率也只有38 %。综合考虑，确定该区域农田氮肥利用率35 %，青贮玉米氮肥利用率38 %。根据统计年鉴，2000-2011年该区多年平均氮肥施用量1.28万吨，有效灌溉面积67.4万亩，平均每年灌溉4次，综合确定每亩施氮肥量 4.75kg。
[0049]根据资料，青贮玉米一般每亩施基肥15kg尿素，尿素中的氮有效成分含量为46 %，即每亩尿素折纯量6.9kg。基肥一般占全生育期总施肥量的60 %，所以合全生育期每亩施氮折纯量11.5kg。
[0050]按前述水量配比所定的种植结构规模，3亩农田配I亩玉米，再配I亩苜蓿。前述每亩农田施氮肥量4.75kg，3亩为14.25kg，吸收利用率为35 %，则退到玉米田中的氮肥为9.3kg。玉米田可分别种植籽实玉米和青贮玉米，施氮肥量为4.75-11.5kg/亩，平均取9.3kg，即农田退肥量完全满足玉米田块对氮肥的需求。玉米田氮肥吸收利用率为38%，则流出玉米田块，进入苜蓿地的氮肥量为5.74kg/亩。梯田可以将非灌溉水径流中77%的污染物质拦截，所以最终排出苜蓿田外的氮量为1.3kg/亩。
[0051]根据计算，梯田最终的出氮量1.3kg/亩与3亩农田最初施肥量14.25kg相比较，本工程的氮肥消减量为91 %。而不设计本工程时，3亩农田氮肥消减率仅为35%，所以本工程的设计将显著减少氮肥含量。
[0052](3)反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计技术
[0053]区域景观设计包括三项技术要点:
[0054]①区域景观的总体构思，对当地的自然资源、文化资源及社会资源进行整合重组，打造该区域的梯田大地艺术，并根据该景观及文化特征规划新型的“休闲度假型新农村”。
[0055]②农耕景观的显示，该区域的农作物坡地以油菜为主，沟道以青稞等为主，农田:玉米:苜蓿=3:1:1的梯田种植结构，在开花季节有黄:绿:紫的条带景观，这一天然景观的显示要结合景观旅游大道。
[0056]梯田景观效果见附图3，景观旅游大道见附图4。
[0057]③新型“休闲度假新农村”规划要点，依据“交通-景观-文化”的原则进行休闲度假新农村的选址，根据各地的特色进行差别化规划，建设成以大地景观为基质，以生态旅游为催化剂的集休闲度假、餐饮住宿、观景旅游为一体的“休闲度假新农村”。
[0058]适合该区域休闲度假型新农村规划剖面示意见附图5。
[0059]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种生态理念下的灌溉梯田设计，其特征在于，包括:增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计；具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌区改进设计；反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计；所述的增强泥沙拦截效果的梯田田面改进设计包括: (1)进水与退水毛渠设计改进，即设计进水渠和退水渠的渠顶高于田面5-lOcm，进水渠口宽约40cm，退水渠口宽约30cm，使得整个田面除了进水口与退水口外，四周都有沿； (2)田面增加垄的设计改进，即在田面每隔3-7m设置2条垄，将田面间隔为3个田区，以减缓流水速度，垄的高为15cm，垄的边坡角度为45度，每条垄每隔Im设置一个30cm宽的进水口，2条垄的进水口交错设置； (3)田面增加阻滞泥沙草带的改进设计，即在内边坡与退水渠口种植约50cm宽的草带，草种选用多年生草本植物，如该区域较为普遍的青海扁径早熟禾、红豆草、无芒雀麦。
2.根据权利要求1所述的一种生态理念下的灌溉梯田设计，其特征在于，所述的具有节水、面源污染防治、泥沙拦截、种植结构调整四重作用的灌区改进设计包括: (1)将灌区上游退水渠的水引入灌区下游的斗渠或农渠，坡改梯的本底坡度平均按10H十算，上游退水渠接到下游进水渠中间的宽度为3-7m ; (2)上游退水改为下游进水的分界依据，该区适宜的种植结构为农田:玉米:苜蓿=3:1:1，农田退水作为玉米地的进水，玉米地的退水作为苜蓿地的进水。
3.根据权利要求1所述的一种生态理念下的灌溉梯田设计，其特征在于，所述的反映农耕景观与新农村风貌的梯田区域景观设计包括: (1)区域景观的总体构思，对当地的自然资源、文化资源及社会资源进行整合重组，打造该区域的梯田大地艺术，并根据该景观及文化特征规划新型的“休闲度假型新农村”； (2)农耕景观的显示，该区域的农作物坡地以油菜为主，沟道以青稞为主，农田:玉米:苜蓿=3:1:1的梯田种植结构，在开花季节有黄:绿:紫的条带景观，这一天然景观的显示要结合景观旅游大道； (3)新型“休闲度假新农村”规划要点，依据“交通-景观-文化”的原则进行休闲度假新农村的选址，根据各地的特色进行差别化规划，建设成以大地景观为基质，以生态旅游为催化剂的集休闲度假、餐饮住宿、观景旅游为一体的“休闲度假新农村”。
【文档编号】A01G1/00GK104452654SQ201410654478
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】王芳, 王琳, 张春惠, 赫晓慧, 乌兰托娅 申请人:中国水利水电科学研究院