CN102493388B

CN102493388B - 一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法

Info

Publication number: CN102493388B
Application number: CN201110458970.2A
Authority: CN
Inventors: 管卫兵
Original assignee: 管卫兵
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN102493388A

Abstract

本发明涉及一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，该方法主要用于高效水污染处理及面源污染截留。本发明方法是在一定区域内构建封闭的相互交叉而不直接贯通两大水系；在交叉点处的泵站从低水位水系向另一个高水位水系供水，然后通过高水位水系水体自然流动，将水输送到交叉水系所构建的区域中；把区域中的水集中到低水位的水系中，水再通过泵站抽到高水位水系中，形成一个完整的循环系统。本发明易于收集封闭空间范围内的所有污染，易于将相关较大面积的水系形成一个循环系统，从而形成一个人工的小流域。创造出水体有效循环作用，恢复水体自然净化能力，既将污染截流住，又及时处理污染，起到消除污染，达到改善水质的效果。

Description

一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水系构建方法，该水系构建方法可以用于大规模生态养殖的构建、高效水污染处理和面源污染截留，可以有效解决面源污染问题，实现高效水生态处理或生态农业。属于生态环保和生态农业领域。

背景技术

[0002] 人类的生存和发展与自然环境息息相关，随着现代工业的发展，给各种天然水体带来沉重的负荷。在人类活动的影响下，即由于工业污染，农药等大量应用、沿岸湿地被大量占用、过度消费野生资源等，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口及海湾等缓流水体，弓丨起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，出现水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象。这种现象称为水体富营养化。江河湖水海洋的富营养化实质上是生态系统退化问题，而水体富营养化和荒漠化已成为当今世界水环境普遍存在的现象。

[0003] 而水体富营养化不仅会影响水体的水质，而且会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，由于水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。在形成“绿色浮渣”后，水下的藻类会因得不到阳光照射而呼吸水内氧气，不能进行光合作用。水内氧气会逐渐减少，水内生物也会因氧气不足而死亡。死去的藻类和生物又会在水内进行氧化作用，这时水体也会变得很臭，水资源也会被污染的不可再用。

[0004]目前，如何治理水体污染是急待解决的问题。中国的水流域与众不同的生态特点也导致水体污染加剧，中国一个流域属于不同行政管理的范围难以得到有效管理。中国的东部地区由于是平原地区，水系密集，导致环境污染中的面源污染无法控制；如何做到有效地控制面源污染，是中国水环境治理和保护中最为困难的问题。

[0005] 中国不同于美国的小流域治理，美国大部地区是以山地丘陵为主的，易于划定流域区域，从而进行局部处理。同时低洼地处湿地保护完好，总体上不存在如中国的严重的富营养化问题。也不同于欧洲国家，这些国家很小，任何一块小型水体都会得到有效保护。日本和澳大利亚作为海洋性国家，季节性雨水较多，加上有限的淡水资源保护较好，也不会出现大的流域性污染。中国水流域广阔，人口众多，面源污染众多，水体停留时间较长，导致中国水体污染非常严重，中国浅水湖泊富营养化主要问题，就在于此。

[0006] 而大气促动的水文循环是自然的生态系统作用下的水体自净作用，河口在潮汐作用下，反复作用于盐沼等湿地，会导致盐沼湿地有较多的营养物质交换；这些自然生态循环的作用目前受气候变暖和人为工程的作用，遭到破坏。过多大坝的修建影响自然的水文循环，自然湿地破坏将严重影响水体富营养化的消减。我们必须找到人工促动这种循环机制的方法，才能解决水体污染的治理。[0007]目前，国内的所有的生态和环境工程技术，如构建湿地技术，生物操纵技术，食藻虫技术，这些水处理技术从技术层面都可以，但不是成本较高或生态效益太低，并没有实质性效果，难以进行大面积的推广。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，而提供一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，该水系构建方法通过将一定空间地区形成封闭的水系，采用交叉水系构建法构建人为的小流域，创造人为的水体有效循环作用，恢复水体自然净化能力，既将污染截流住，又及时处理污染，起到消除污染，达到改善水质的目的。

[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的，一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:包括下述步骤:1)在一定区域内构建封闭的两个交叉沟渠，由两个交叉沟渠形成的水系互相交叉而不直接贯通；2)在交叉点处设有一个泵站，通过泵站从其中低水位水系向交叉的另一个高水位水系供水，这样在两个水系之间形成自然的落差；3)由交叉水系构建成水处理单元区域，每块单元区域设有与高水位水系相通的进水口及与低水位水系相通的出水口，然后通过高水位水系水体的自然流动，将水输送到交叉水系构建的单元区域中；4)出水口将水又收集到低水位水系中，水再通过泵站抽到高水位水系中，形成一个完整的循环系统。

[0010] 在两大水系分割的各块单元区域中继续构建更小的交叉水系，层层深入，且上一级低水位水系与下一级低水位水系相通，上一级高水位水系与下一级高水位水系相通。

[0011] 在两大水系中，设置有增氧设备，水体不停循环，充好氧的水将流遍所有水体，所有水体将不间断地得以充氧。

[0012] 所述构建的水处理单元区域由构建人工湿地、构建氧化塘、工程污水处理中一个或多个组成。

[0013] 所述构建的水系为十字形水系。

[0014] 所述构建的水系可以为井字形，也可以为丁字形。

[0015] 本发明的有益效果，本发明的交叉水系构建方法易于收集封闭空间范围内的所有污染，易于将相关较大面积的水系形成一个循环系统，以一个简单的动力就可以完成，从而形成一个人工的小流域。创造出水体有效循环作用，恢复水体自然净化能力，既将污染截流住，又及时处理污染，起到消除污染，达到改善水质的效果。

附图说明

[0016] 图1为本发明的结构示意图。

[0017] 图2为本发明生态养殖水系的结构示意图。

[0018] 图3为本发明层级结构示意图。

[0019] 图4为本发明交叉水系构建法在城市生态中的应用示意图。

[0020] 图5为本发明交叉水系构建的变化类型井字形的结构示意图。

[0021] 图6为本发明交叉水系构建的变化类型丁字形的结构示意图。

具体实施方式[0022] 下面结合附图，对本发明进行具体的描述，本发明一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，该交叉水系可以是十字形水系，参见图1所示；也可以为井字形水系，参见图5所示；也可以为丁字形水系，参见图6所示；或者根据实际情况选用的其他交叉水系，只要两个水系相互交叉又不直接贯通即可。

[0023] 下面以十字形水系为例说明本发明一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，包括下述步骤:1)在一定区域内构建封闭的十字形交叉沟渠，由十字形交叉沟渠形成的十字形水系，互相交叉而不直接贯通；2)在交叉点处架设有一个泵站5，通过泵站5以便从其中低水位水系2向交叉的另一个高水位水系I供水，这样在两个水系之间形成自然的落差；3)由十字形交叉水系构建成A、B、C、D四块水处理单元区域，每块单元区域设有与高水位水系I相通的进水口 3及与低水位水系2出相通的出水口 4,然后通过高水位水系I水体的自然流动，将水输送到十字形交叉水系构建的A、B、C、D四块单元区域中；4)出水口 4将水又收集到低水位水系2中，再通过泵站5被抽到高水位水系I中，形成一个完整的循环系统。参见图1所示，其中图中箭头方向即为水在各个单元区域中的流动方向。

[0024] 上述十字形水系分割的四块单元区域中可以继续构建更小的十字形水系，层层深入，直到到最小的层次，且上一级低水位水系与下一级低水位水系相通，上一级高水位水系与下一级高水位水系相通。从养殖角度考虑，泥土结构的池塘可以小到几亩；如果采用PVC管材作为管道系统，该系统可以小到几个平方米的尺度。相当于人体的毛细血管。此时不需要其它动力，从主干主系来的水系自然落差可以促动水体自流过程。参见图2所示，图中箭头表示水的流动方向。

[0025] 如果在三级系统在50亩大小的面积范围内，不在进行十字形的细分，可以通过增加一条高水位水系1，直接分隔空间，这种简易的条形结构，一样可以实现水体的自由流通。现行的养殖场，大多为东西方向的条形池塘构建，可以根据实际情况，采用十字形水系构建法可以重新构建原有养殖系统，不增加太多的土建就可以实现水系的构建的改变。参见图3所示。

[0026] 在每个单元区域中设有的进水口 3和出水口 4，进、出水口最好以对角线的方向设置，可以增加水体交换的效果。

[0027] 在上述两个大的水系中，可以设置有增氧设备，当水体不停循环，充好氧的水将流遍所有水体，所有水将不间断地得以充氧。

[0028] 这个交叉两个水系相当于人体的动脉和静脉系统，泵站相当于人体的心脏，充氧装置相当于人体肺的功能。在每一个交叉水系构建的单元区域中可以根据养殖或种植对象性质，进行水资源相关水处理设施的构建，如构建人工湿地、构建氧化塘、工程污水处理等多种类型的水污染处理方法。

[0029] 如果构建人工湿地，可以将相关污染物去除。若构建以沉水植物为主的湿地系统，在晴天将大量增氧，不需要人工增氧设备，就可以维持系统中的氧气的需要。

[0030] 水生态建设中，交叉水系构建法是一种有效的水生态处理方法。可以广泛应用于各种类型的生态养殖、生态农业及水土保持中，城市排水管网设计和景观生态建设。例如图4为本发明交叉水系构建法在城市生态中的应用。

[0031] 通过交叉水系的交叉形成的循环，轻易地实现水体污染的反复处理。这将是中国水污染生态处理的有效方法，尤其是对于浅水湖泊富营养化治理，环湖区的大量农田，城镇的面源污染物无法有效处理是其湖泊富营养化难以控制的主要原因。封闭的水系单元，可以通过水系的循环，反复利用这些营养物质，从而减少农业面源污染的排放，这些富营养物质反而可以成为养殖水体的营养来源。

[0032] 例如以现有行政村单位，每一个村形成一个封闭的水系；将基本河道改造成交叉水系，规划养殖区域和粮食生产区域，以交叉水系原理沟通所有水域，达到统一供水和排水。通过明确小型水域面积，通过检测相关封闭单元水系的水处理状况，可以有效地对污染物排放及处理进行管理，对单元水域的相关企业或其它生产过程的点源污染处理也可以进行有效控制。

[0033] 交叉水系构建法，在农村的应用，也将会有利于土壤营养物质的保护、积累及恢复。由于雨季的大量流水冲刷，肥沃的营养表土已经快速地丧失。同时中国农业种植施用大量化肥，这些化肥放于土壤表面，短时间内不能被植被充分利用。只有通过封闭系统的截留及重复循环利用。截留和沉积大量营养物质，交叉水系中沉积的污泥也可以运送到田中作为有机肥，从而提高肥力急剧退化地农业生态系统。

[0034] 交叉水系构建法，在干旱地区也有利于节水灌溉，保护水资源；采用交叉水系构建法，通过交叉的网状渠道快速地将雨季多余的水资源贮存在交叉深沟水系中或人工开挖地深塘中；或以单元水系建立一个机井，进行集中灌溉，多余的水量通过循环又收集于交叉水系，以免水资源在大田中白白蒸发。也可以在特殊的雨量较多的年份，利用这个水系收集较多的雨水，进行水处理后，达到国家地表水水质标准后，进行地下水的回灌，以保证在其它季节利用。这就形成一种人工蓄水池或地下水库，实现真正的雨水资源化；这种方式将改变中国干旱地区水资源浪费及不能回补地下水的两个困难。

[0035] 交叉水系构建法在城镇生态建设中也可以应用。在现有城市水处理上，即构建交叉的表面水系，在雨季将大量污水贮存在这些开放性的水系，从而在后续非雨季进行处理。从而解决困扰中国城市化无效水处理的主要难题，也会解决城市暴雨时洪涝发生。区内所有水系按交叉水系构建，每个区的排水排入城市中主干河道，这个主干河道只和每一个区的唯一排水口对接，不接受其它局部的面源排水。城市地表水系也经常作为城市导景观。利用交叉水系构建法可以充分利用这些水`系的较大水面的自净作用，有效处理城市雨季的污水或地表径流，最终实现城市人居环境的提升和发展。将城市的公园建成以湿地为主的公园，和交叉水系融合，将形成城市主要的水污染处理系统，既保证这些公园水资源的充分供应，也保证城市水污染的处理，形成大规模的湿地公园对城市生态形成巨大的生态效应。用交叉水系构建法可以真正实现湿地所有功能，大大增强湿地的功能。

[0036] 总体上，交叉水系构建法，将实现地表和地下水资源的有效管理和保护，也有利于土壤肥力的增加，为稳定粮食生产起关键作用。也利于城市水资源安全和景观生态人居环境改善。总之，该技术必将在中国生态环境保护中得到大量的采用，其前景是无比广阔的。

[0037] 通过封闭一个村级单位的水体，可以提高封闭水域的水位，可以利用现有稻田，开展稻田养殖项目。现在有很多稻田养殖，区域都是很局限的，水位不稳定，从事生产的风险也较大。稻田养殖附加值较高，可以实现高效益，从而提高农业人口从事农业生产的积极性。这种方式，既可以解决农村面源污染问题，也可以解决水产养殖和农业的协调发展，真正实现，节水，保水，1¾效，1¾能生态农业或生态养殖。

[0038] 实施例:[0039] 下面具体介绍一个利用本发明所述的交叉水系构建方法用于生态养殖的实验，以便能够更为细致的了解本发明所记载的技术方案。

[0040] 660亩的长方形池塘养殖系统，长1000m，宽440m左右。60亩左右作为沟渠系统，“十字形”长的沟渠长为1000m,宽为25m,其中水沟宽IOm,两岸的渠坝宽共计为15m,分别为

7.5m宽；短的沟渠长为440m，宽为34m，其中水沟宽10m，两岸的渠坝宽共计为24m，分别为12m宽；这个短的渠沟主要用于大形车辆行驶。

[0041] 4个150亩田块作为养殖单元，每个面积为150亩，约长500m，宽200m。每一个150亩的田块，又建设16亩作为“十字形”沟渠水系，每一个田块面积为33.5亩面积；其中沟渠长的水系长为500m，宽为15m，短的沟渠长为200m，宽为15m ；

[0042] 以33.5亩为一个养殖单元，总计有16个这个养殖单元，所以进、出水都是一的，同时可以进行所有养殖单元的进水和出水。

[0043] 在十字形沟渠交叉处设置一个泵站5，将排水沟的低水位水系2中的水，及时大量地抽提到进水沟的高水位水系I中，形成自然的落差，通过重力流自然流入到每一个养殖空间。

[0044] 在主沟渠的十字形水系的长轴沟渠中布置，该沟渠设置较深的水体，3-4m深，增加水体的贮量。同时设置微增氧设备；采用高压充气增氧方式，设置I台2.2千瓦空气增氧机，池底铺设内径1.5厘米、管身布满微孔的纳米软管，用石块等重物固定不让其上浮，软管离池底10厘米，管距10〜15米，每条软管两端与空气增氧机出气口相连。

[0045] 同时在短沟渠中设置沉水植被，短沟渠水位较低，较宽，生长如刺苦草为主的沉水植物为主的湿地，在晴天可以大量自然增氧。水草生长过盛情况下，可以收割一部分到其它养殖空间中。沟渠上栽种速生的林木如杨树，美国柳树，或相关果树，既实现农村林网的功能，也增强渠沟的强度，实现双重功能。

[0046] 16个养殖单元，采用不同鱼种进行搭配，部分以河蟹生态养殖为主要养殖模式，部分以传统四大家鱼的为主要的养殖模式，部分进行贝类，螺类的养殖。这样形成真正的多营养级生态模式。传统的多营养级养殖模式，一级级串联，而我们的养殖水系，是网格状；互相之间不会发生直接相互作用，每一个单元的养殖用水，经过十字形渠道净化处理后才进入其它养殖单元。由于每个单元提供的水体质量是同样的，这样可以在农村很容易进行合作社形成的联系生产。

[0047] 上述结果显示，水体中的污染能及时得到处理，起到消除污染，达到改善水质的效

果O

[0048] 如果养殖负荷较大，可以将养殖单元之一，开辟为生态处理单元。利用各种生态处理技术，如人工湿地、氧化塘、工程处理技术。

[0049] 上述实施方式的描述，是本发明的具体实施方式，但不能以此限定本发明的保护范围，但凡以此方式所做的变化及修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:包括下述步骤: I)在一定区域内构建封闭的两个交叉沟渠，由两个交叉沟渠形成的水系互相交叉而不直接贯通；2)在交叉点处设有一个泵站，通过泵站从其中低水位水系向交叉的另一个高水位水系供水，这样在两个水系之间形成自然的落差；3)由交叉水系构建成水处理单元区域，每块单元区域设有与高水位水系相通的进水口及与低水位水系相通的出水口，然后通过高水位水系水体的自然流动，将水输送到交叉水系构建的单元区域中；4)出水口将水又收集到低水位水系中,水再通过泵站抽到高水位水系中，形成一个完整的循环系统。

2.根据权利要求1所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:在两大水系分割的各块单元区域中继续构建更小的交叉水系，层层深入，且上一级低水位水系与下一级低水位水系相通，上一级高水位水系与下一级高水位水系相通。

3.根据权利要求1所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:在两大水系中，设置有增氧设备，水体不停循环，充好氧的水将流遍所有水体，所有水将不间断地得以充氧。

4.根据权利要求2所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:在两大水系中，设置有增氧设备，水体不停循环，充好氧的水将流遍所有水体，所有水将不间断地得以充氧。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:所述构建的水处理单元区域由构建人工湿地、构建氧化塘、工程污水处理中一个或多个组成。

6.根据权利要求1所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:所述构建的水系为十子形水系。

7.根据权利要求1所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:所述构建的水系为井字形水系。

8.根据权利要求1所述的一种生态处理面源污染的交叉水系构建方法，其特征在于:所述构建的水系为丁字形水系。