生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種通過在灌區(qū)排水農(nóng)溝與斗溝(或斗溝與支溝)相接處構(gòu)建凈污濕地，用以對(duì)灌區(qū)農(nóng)田面源污染進(jìn)行有效凈化的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法。屬于農(nóng)田水污染控制與生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國節(jié)水灌溉技術(shù)得到了大面積的推廣應(yīng)用，以提高排水再利用為理念的控制技術(shù)也得到了一定發(fā)展。然而，傳統(tǒng)農(nóng)田耕作中化肥利用率較低且投入量過大，這在增加生產(chǎn)成本的同時(shí)還會(huì)加劇受納水體的富營養(yǎng)化趨勢(shì)、威脅生態(tài)環(huán)境安全。以太湖地區(qū)為例，目前農(nóng)田施肥量可高達(dá)800 kg/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了肥料的合理施用量，而肥料利用率不足15%。美國環(huán)境保護(hù)總署已把農(nóng)業(yè)列為河流和湖泊的第一污染源，農(nóng)業(yè)面源污染中的農(nóng)藥、化肥、重金屬等有害物質(zhì)的迀移及其造成的嚴(yán)重污染已成為世界性的生態(tài)與環(huán)境問題。
[0003]為了更好地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，學(xué)者們對(duì)生態(tài)灌區(qū)的構(gòu)建模式開展了研宄，主要從水資源循環(huán)利用、灌區(qū)空間布局、溝渠形態(tài)構(gòu)建等方面進(jìn)行了探討。實(shí)踐證明，生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)可以有效提高水資源利用效率，它已成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必需工程技術(shù)，而如何將先進(jìn)的肥料管理模式、節(jié)水灌溉技術(shù)與排水技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生態(tài)灌區(qū)的“節(jié)水、高產(chǎn)、控污”已成為迫切需要解決的科學(xué)問題。
[0004]濕地作為陸生和水生系統(tǒng)過渡帶，其納污凈化的生態(tài)功早得到重視，針對(duì)濕地系統(tǒng)截留農(nóng)田面源污染的研宄也取得了較大進(jìn)展，其原理在于:農(nóng)田徑流經(jīng)過濕地時(shí)，流速得到減緩，同時(shí)濕地中的基質(zhì)、植物和微生物形成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，通過截留過濾、吸附、沉淀、植物吸收和微生物降解等過程實(shí)現(xiàn)水體凈化。如專利CN102561254A公開了一種設(shè)置在河道兩側(cè)的濕地處理系統(tǒng)，它通過在河道兩側(cè)建設(shè)生態(tài)截污溝減小了農(nóng)田排水對(duì)受納水體水質(zhì)的影響；專利CN103288312A公開了一種排水溝便攜式人工濕地凈化箱，它通過在凈化箱中構(gòu)建微型人工濕地區(qū)和生物凈化區(qū)，降低農(nóng)田排水對(duì)受納水體的危害。然而，這些構(gòu)建技術(shù)往往占用了大量農(nóng)業(yè)用地或采用復(fù)雜基建施工，有時(shí)還會(huì)阻塞田間排水溝渠；它們對(duì)本具有密切聯(lián)系的灌溉、排水、濕地三部分的協(xié)同效應(yīng)未有充分認(rèn)識(shí)，沒有協(xié)調(diào)好灌溉高效節(jié)水、工程凈化減污和技術(shù)易于施行的關(guān)系，使得濕地技術(shù)在生態(tài)灌區(qū)中的應(yīng)用受到了很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其目的在于針對(duì)灌區(qū)田間排水對(duì)受納水體的污染，并根據(jù)排水面積、排水量和污染負(fù)荷調(diào)節(jié)濕地面積和植物種植密度，用以對(duì)灌區(qū)面源污染進(jìn)行有效凈化，能夠控制農(nóng)田面源污染、減小受納水體污染風(fēng)險(xiǎn)、提高灌區(qū)景觀效應(yīng)，同時(shí)施工方便、易于推廣、不影響灌區(qū)正常灌排水過程。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，包括
I)在排水農(nóng)溝與斗溝相接處建節(jié)點(diǎn)凈污濕地凈污單元，濕地面積根據(jù)農(nóng)田排水面積和排水量進(jìn)行確定；
2)由多塊節(jié)點(diǎn)凈污濕地單元并聯(lián)建成濕地凈污系統(tǒng)；
3)農(nóng)田需水量通過灌水渠進(jìn)入農(nóng)田，農(nóng)田需水量由設(shè)于灌水農(nóng)渠入口處的調(diào)節(jié)閘門調(diào)節(jié)、控制；
4)田間排水由單塊農(nóng)田流入排水毛溝后，依次流經(jīng)排水農(nóng)溝、導(dǎo)流槽、節(jié)點(diǎn)濕地凈污單元、生態(tài)石籠壩，最后進(jìn)入斗溝。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要包括:
(I)本發(fā)明在農(nóng)溝與斗溝(或斗溝與支溝)相接處構(gòu)建凈污濕地，能有效去除農(nóng)藥、重金屬等有害物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，減小對(duì)受納水體的危害；濕地面積和植物種植密度根據(jù)農(nóng)田排水面積和排水量進(jìn)行確定，節(jié)省農(nóng)田用地、節(jié)約建設(shè)成本。
[0008](2)本發(fā)明在灌水毛渠入口處設(shè)置閘門，可以對(duì)灌水量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，節(jié)約灌水量，提尚灌概效率。
[0009](3)本發(fā)明施工方便、易于推廣且不影響灌區(qū)的正常灌排水工程，同時(shí)能提高灌區(qū)景觀效應(yīng)。
【附圖說明】
[0010]圖1是生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)斗溝與農(nóng)溝相接的凈污濕地示意圖。
[0011 ] 圖2是凈污濕地單元的俯視結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖3是圖2所不A-A截面尚]視圖。
[0013]圖中的I是灌溉斗渠、2是灌溉農(nóng)渠、3是調(diào)節(jié)閘門、4是灌溉毛渠、5是排水毛溝、6是排水農(nóng)溝、7是節(jié)點(diǎn)凈污濕地單元、8是排水斗溝、9是機(jī)耕路、10是渠橋、11是溝橋、12是道路、13是濕地植物、14是導(dǎo)流隔板、15是生態(tài)石籠壩、16是干砌石。
【具體實(shí)施方式】
[0014]生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，包括
1)在排水農(nóng)溝6與斗溝8相接處建節(jié)點(diǎn)凈污濕地凈污單元7，濕地面積根據(jù)農(nóng)田排水面積和排水量進(jìn)行確定；
2)由多塊節(jié)點(diǎn)凈污濕地單元7并聯(lián)建成濕地凈污系統(tǒng)；
3)農(nóng)田需水量通過灌水渠進(jìn)入農(nóng)田，農(nóng)田需水量由設(shè)于灌水農(nóng)渠2入口處的調(diào)節(jié)閘門3調(diào)節(jié)、控制；
4)田間排水由單塊農(nóng)田流入排水毛溝5后，依次流經(jīng)排水農(nóng)溝6、導(dǎo)流槽、節(jié)點(diǎn)濕地凈污單元7、生態(tài)石籠壩15，最后進(jìn)入斗溝8。
[0015]所述灌水渠根據(jù)不同級(jí)別分為灌溉斗渠1、灌溉農(nóng)渠2和灌溉毛渠4。
[0016]所述排水溝根據(jù)不同級(jí)別分為排水毛溝5、排水農(nóng)溝6和排水斗溝8。
[0017]所述農(nóng)田兩側(cè)設(shè)機(jī)耕路9，機(jī)耕路9分別通過渠橋和溝橋跨過灌水斗渠I和排水斗溝8。
[0018]所述節(jié)點(diǎn)濕地凈污單元7包括濕地植物13、導(dǎo)流隔板14和生態(tài)石籠壩15。 所述濕地植物13由挺水植物和沉水植物，挺水植物如蘆葦、茭草混合組成；沉水植物由菹草、苦草混合組成。
[0019]所述導(dǎo)流隔板14用以構(gòu)建導(dǎo)流槽，增加水體流動(dòng)路程和凈化處理效果。所述生態(tài)石籠壩15置于排水農(nóng)溝6前端，其表面形成的生物膜可以對(duì)重金屬、農(nóng)藥有害物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)化處理。
[0020]以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述。
[0021]如圖1所示，灌水渠根據(jù)不同級(jí)別分為灌溉斗渠1、灌溉農(nóng)渠2和灌溉毛渠4，排水溝根據(jù)不同級(jí)別分為排水毛溝5、排水農(nóng)溝6和排水斗溝8，機(jī)耕路9分別通過渠橋和溝橋跨過灌水斗渠I和排水斗溝8 ;調(diào)節(jié)閘門3設(shè)于灌水農(nóng)渠2入口處用以調(diào)節(jié)、控制水量；濕地凈污系統(tǒng)由多塊節(jié)點(diǎn)凈污濕地單元7并聯(lián)而成，凈污濕地單元7設(shè)于排水農(nóng)溝6與斗溝8相接處，濕地面積根據(jù)農(nóng)田排水面積和排水量進(jìn)行確定。
[0022]如圖2、圖3所示，節(jié)點(diǎn)濕地系統(tǒng)單元7包括濕地植物13、導(dǎo)流隔板14和生態(tài)石籠壩15。濕地植物13由挺水植物如蘆葦、茭草和沉水植物如菹草、苦草混合組成；導(dǎo)流隔板14用以構(gòu)建導(dǎo)流槽，增加水體流動(dòng)路程和凈化處理效果；生態(tài)石籠壩15置于排水農(nóng)溝6前端，其表面形成的生物膜可以對(duì)重金屬、農(nóng)藥等有害物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)化處理。
[0023]本方法工作原理:灌溉期，根據(jù)農(nóng)田需水量調(diào)節(jié)進(jìn)水閘門3，節(jié)約灌水量，提高灌溉效率；灌區(qū)排水期，田間排水由單塊農(nóng)田流入排水毛溝5后，依次流經(jīng)排水農(nóng)溝6、導(dǎo)流槽、凈污濕地7、生態(tài)石籠壩15，最后進(jìn)入斗溝8。
[0024]本發(fā)明能夠控制農(nóng)田面源污染、減小受納水體污染風(fēng)險(xiǎn)、提高灌區(qū)景觀效應(yīng)，同時(shí)施工方便、易于推廣、不影響灌區(qū)正常灌排水過程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是包括 1)在排水農(nóng)溝與斗溝相接處建節(jié)點(diǎn)凈污濕地凈污單元，濕地面積根據(jù)農(nóng)田排水面積和排水量進(jìn)行確定； 2)由多塊節(jié)點(diǎn)凈污濕地單元并聯(lián)建成濕地凈污系統(tǒng)； 3)農(nóng)田需水量通過灌水渠進(jìn)入農(nóng)田，農(nóng)田需水量由設(shè)于灌水農(nóng)渠入口處的調(diào)節(jié)閘門調(diào)節(jié)、控制； 4)田間排水由單塊農(nóng)田流入排水毛溝后，依次流經(jīng)排水農(nóng)溝、導(dǎo)流槽、節(jié)點(diǎn)濕地凈污單元、生態(tài)石籠壩，最后進(jìn)入斗溝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述灌水渠根據(jù)不同級(jí)別分為灌溉斗渠、灌溉農(nóng)渠和灌溉毛渠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述排水溝根據(jù)不同級(jí)別分為排水毛溝、排水農(nóng)溝和排水斗溝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述農(nóng)田兩側(cè)設(shè)機(jī)耕路，機(jī)耕路分別通過渠橋和溝橋跨過灌水斗渠和排水斗溝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述節(jié)點(diǎn)濕地凈污單元包括濕地植物、導(dǎo)流隔板和生態(tài)石籠壩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述濕地植物由挺水植物和沉水植物，挺水植物如蘆葦、茭草混合組成；沉水植物由菹草、苦草混合組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述導(dǎo)流隔板用以構(gòu)建導(dǎo)流槽，增加水體流動(dòng)路程和凈化處理效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，其特征是所述生態(tài)石籠壩置于排水農(nóng)溝前端，其表面形成的生物膜可以對(duì)重金屬、農(nóng)藥有害物質(zhì)和氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)化處理。
【專利摘要】本發(fā)明是生態(tài)型灌區(qū)排水系統(tǒng)濕地凈污方法，包括1）在排水農(nóng)溝與斗溝相接處建節(jié)點(diǎn)凈污濕地凈污單元；2）由多塊節(jié)點(diǎn)凈污濕地單元并聯(lián)建成濕地凈污系統(tǒng)；3）農(nóng)田需水量通過灌水渠進(jìn)入農(nóng)田；4）田間排水由單塊農(nóng)田流入排水毛溝后，依次流經(jīng)排水農(nóng)溝、導(dǎo)流槽、節(jié)點(diǎn)濕地凈污單元、生態(tài)石籠壩，最后進(jìn)入斗溝。優(yōu)點(diǎn)：能有效去除農(nóng)藥、重金屬等有害物質(zhì)和氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，減小對(duì)受納水體的危害；濕地面積和植物種植密度根據(jù)農(nóng)田排水面積和排水量進(jìn)行確定，節(jié)省農(nóng)田用地、節(jié)約建設(shè)成本；灌水毛渠入口處設(shè)置閘門，可以對(duì)灌水量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，節(jié)約灌水量，提高灌溉效率；施工方便、易于推廣且不影響灌區(qū)的正常灌排水工程，同時(shí)能提高灌區(qū)景觀效應(yīng)。
【IPC分類】C02F3-32
【公開號(hào)】CN104628143
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510062568
【發(fā)明人】王沛芳, 王超, 錢進(jìn), 侯俊, 任凌霄
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日