CN104591395B - 平原地区灌排耦合生态型灌区水循环利用的节水减污方法 - Google Patents

Abstract

本发明是适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，分灌区排水期、灌区需水期；其中灌区排水期是将田间排水通过排水沟进入循环调节湿地水库，通过沉水植物带和生态湿地净化岛系统对泥沙和农药、重金属有害物质进行截留、净化，并对其中氮、磷营养物质进行处理，减小外排对河湖水体的危害；所述灌区需水期是由抽水泵站将循环调节湿地水库内水体抽取分配至灌区农田，提高水资源利用效率，其中残留的氮、磷营养物质也可供作物生长部分所需。本发明优点：能够耦合生态灌区内的灌溉和排水过程，减少农田面源污染物外排对河流和湖泊造成的影响，提高水资源和化肥的利用效率，实现生态节水灌区农业的可持续发展。

Description

平原地区灌排耦合生态型灌区水循环利用的节水减污方法

技术领域

本发明涉及的是一种适用于平原地区生态型灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法。属于农田水利灌溉领域。

背景技术

我国是农业大国，灌溉事业始终随着社会经济的发展而得以发展，灌区以其特殊的地理位置、优越的水资源条件，在提高土地生产力、满足人们生活需要和发展区域经济中具有重要作用。然而，传统灌区往往单纯以追求农产品的产量和产值为目标而忽视生态环境的保护，如水资源的过度开发、较低的水肥利用率、化肥的大量施用和污染物质排放等。灌区内大量废（污）水的存在和引用，严重影响了灌区生态系统，土壤板结、碱化，作物性状降低、减产甚至绝收，重金属污染还会引发食品安全问题。农田地表径流中的氮、磷等营养物质造成的农田面源污染更已成为河湖等水域富营养化的主要污染源。

近年来，为了更好地协调灌区的水资源配置，实现灌区农业的可持续发展，国内外学者对“生态灌区”的构建模式开展了大量研究。生态灌区主要指灌区内的工程体系能与自然环境协调一致，水量有保证，水质能实现自我净化并保持良好循环，水资源能为社会经济发展提供支撑，并持续利用下去。它的建设要求合理调整农业产品结构，科学施用化肥农药、制定科学的灌排方案，实施有效水体循环利用措施，减少面源对水体的污染，特别是制定入湖流域灌区的生态措施。实践证明，生态灌区建设可以有效提高水资源和化肥农药的利用效率、提高灌区生物多样性、减少污染排放，它已成为我国农业生产和生态环境保护的必需工程技术。

在国内外灌区建设和演变的基础上，学者们从灌排系统水资源循环利用模式、灌区景观布局、沟渠空间形态构建、沟渠防渗技术及生态化形式以及灌区调蓄塘库形态等方面，对生态型灌区的构建模式进行了探讨。如在输水渠道中采用生态护岸技术，减小水流冲击和水体入渗提高水资源的利用率；构建田间排水沟和积水塘以构建屏障，对农田面源污染进行截留。然而，目前的工程技术往往单独针对节水灌溉或减污排水过程，缺乏耦合两者的综合性工程方法研究。如在部分地区，灌区田间排水若直接进入河湖，不仅会造成氮、磷等营养物和化肥资源的浪费，水体中的农药、重金属等有害物质也会对受纳水体造成严重危害。为了提高生产效率和经济效率，灌区完全可以对农田排水进行处理后再利用。以往生态灌区构建技术并未协调好水资源高效利用和水体净化减污的关系，这使得其应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明提出的是一种适用于平原地区生态型灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其目的在于针对传统灌区对生态环境的影响，克服其构建技术的缺点和不足，通过在湿地水库中构建沉水植物带和生态湿地净化岛系统对田间排水进行净化，减小外排对河湖水体的污染；在灌溉期，通过抽水泵站将处理后水体返回灌区进行再利用，提高水资源和化肥利用效率的方法。能够耦合生态灌区中的灌溉和排水过程，减少农田面源污染物外排对河湖水体的影响，提高生态节水灌区中资源的综合利用效率。

本发明的技术解决方案：适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征在于：分灌区排水期、灌区需水期；其中灌区排水期是将田间排水通过排水沟进入循环调节湿地水库，通过沉水植物带和生态湿地净化岛对泥沙和农药、重金属有害物质进行截留、净化，并对其中氮、磷营养物质进行处理，减小外排对河湖水体的危害；所述灌区需水期是由抽水泵站将循环调节湿地水库内水体抽取并通过灌水渠分配至灌区农田，提高水资源利用效率，其中残留的氮、磷营养物质供作物生长部分所需。

本发明方法兼具水质净化和节水功能，能较好地管理灌溉与排水过程。本发明方法能够减少农田面源污染物外排对河湖水体的影响，提高灌溉水和化肥的利用效率，尤其适用于平原地区生态型节水灌区的建设。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1、与现有技术相比，本发明能够利用循环调节湿地水库对灌区田间排水进行净化减污，减小农田面源污染物外排对河流和湖泊造成的影响；并通过对水体的处理再利用，提高灌区水资源及化肥的利用效率。该方法能提高灌区经济效益并保护生态环境，为平原地区生态节水灌区的建设提供技术支持。

2、灌区排水期，田间排水经排水沟进入循环调节湿地水库，通过沉水植物带和生态湿地净化岛系统对其中的农药残留物、重金属等有害物质进行截留、净化，减小外排对河湖水体的污染。

3、循环调节湿地水库中生态湿地净化岛的形状和位置不规则，从而增加水流绕行，提高水体停留时间和净化处理效果；湿地净化岛之间设有石笼坝，其表面形成的生物膜可拦截悬浮物、净化有害物质。

4、灌区需水期，循环调节湿地水库内水体可回用于灌区，节约水资源，提高灌溉效率，水体中残留的氮、磷等营养物质可供作物生长部分所需，提高化肥利用效率。

5、灌水干渠通过渡槽进入支渠，与排水沟不干扰；计量控制闸可以调节、控制水量，节约水资源。

6、循环调节湿地水库由自然水塘或洼地改造而成，减少施工，便于推广设施。

附图说明

图1是适用于平原地区灌排耦合的生态型灌区中水循环利用的节水减污方法整体布置示意图。

图2是循环调节湿地水库的平面布置示意图。

图3是灌溉沟渠节点的俯视图。

图中的1是循环调节湿地水库、2是提升泵站、3是灌水干渠、4是计量控制闸、5是灌溉支渠、6是灌溉斗渠、7是排水斗沟、8是排水支沟、9是排水干沟、10是田埂道路、11是渠桥、12是灌区田地、13是渡槽、14是围栏格栅、15是沉水植物带、16是生态湿地净化岛，17是石笼坝，18是堆石坝，19是排水节制闸。

具体实施方式

一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，分灌区排水期、灌区需水期；其中灌区排水期是将田间排水通过排水沟进入循环调节湿地水库1，通过沉水植物带15和生态湿地净化岛16对泥沙和农药、重金属有害物质进行截留、净化，并对其中氮、磷营养物质进行处理，减小外排对河湖水体的危害。

所述灌区需水期是由抽水泵站2将循环调节湿地水库1内水体抽取并通过灌水渠分配至灌区农田12，提高水资源利用效率，其中残留的氮、磷营养物质也可供作物生长部分所需。

所述排水沟由排水干沟9、排水支沟8和排水斗沟7组成，田间排水经排水斗沟7进入排水支沟8后，最终由排水干沟9进入循环调节湿地水库1。

所述灌水渠由灌溉干渠3、灌溉支渠5和灌溉斗渠6组成，循环调节湿地水库中的水体由抽水提升泵站2提升，经灌溉干渠3进入灌溉支渠5后，最终由灌溉斗渠6分配至灌区农田12。

所述灌水干渠3和排水干沟9平行布置，灌溉水通过渡槽14进入灌溉支渠5；灌溉支渠入口设有计量控制闸4，用以调节、控制水量。

所述循环调节湿地水库由自然水塘或洼地改造而成，由沉水植物带15和生态湿地净化岛16组成。

所述循环调节湿地水库与受纳河湖相连并设有排水节制闸，灌区排水期闸门关闭，水体经净化处理后方排出或进行再利用；水库中堆石坝18的设置可便于形成水体主流向。

所述沉水植物带15由狐尾藻、菹草等植物构成，定期对水生植物进行收割；生态湿地净化岛16上种植芦苇、菖蒲等挺水植物，其形状和位置不规则，从而增加水流绕行、提高水体停留时间和净化处理效果；生态湿地净化岛16之间设有石笼坝17，其表面形成的生物膜可拦截悬浮物、净化有害物质。

所述抽水提升泵站2前端设有围栏格栅14，用以去除动植物残体、作物秸秆、生活垃圾废弃物。

下面结合附图进一步详细描述本发明技术方案，

如图1所示，灌溉渠根据不同级别，分为灌溉干渠3、灌溉支渠5和灌溉斗渠6；灌溉斗渠3与循环调节湿地水库1相连，灌溉用水经灌溉干渠3进入灌溉支渠5后，最终由灌溉斗渠6分配至农田12。排水沟根据不同级别，分为排水干沟9、排水支沟8和排水斗沟7；田间排水经排水斗沟7进入排水支沟8后，最终由排水干沟9汇入循环调节湿地水库1。

如图2所示，灌水干渠3和排水干沟9相隔田埂道路10平行布置，互不干扰；道路10通过渠桥11跨过渡槽13；灌溉水通过渡槽13进入灌溉支渠5，灌溉支渠入口设有计量控制闸4，用以调节、控制水量。

如图3所示，循环调节湿地水库1由自然水塘或洼地改造而成，可单独存在或者由多个改造系统串联而成，主要包括沉水植物带15和生态湿地净化岛系统。沉水植物带15由狐尾藻、菹草等构成，定期对水生植物进行收割；生态湿地净化岛16上种植芦苇、菖蒲等挺水植物，其形状和位置不规则，增加水流绕行，提高水体停留时间和处理净化效果；生态湿地净化岛16之间设有石笼坝17，其表面形成的生物膜可拦截悬浮物、净化有害物质。

循环调节湿地水库1与受纳河湖相连，在排水口附近设有节制闸19，排水期闸门关闭，水体经净化处理后方排出或进行再利用，水库中央堆石坝18的设置可便于形成水体主流向。

灌溉干渠3入口处设有抽水提升泵站2，抽取处理后水体进入灌区农田12进行再利用。泵站2前端设有围栏格栅14，用以去除动植物残体、作物秸秆、生活垃圾等废弃物。

本发明能够减少农田面源污染物外排对河湖水体的影响，提高水资源和化肥利用效率，这能较好地协调灌区的水资源配置和节约化肥施用量，实现生态节水灌区农业的可持续发展。

Claims (6)

1.一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征是分灌区排水期、灌区需水期；其中灌区排水期是将田间排水通过排水沟进入循环调节湿地水库，通过沉水植物带和生态湿地净化岛对泥沙和农药、重金属有害物质进行截留、净化，并对其中氮、磷营养物质进行处理，减小外排对河湖水体的危害；所述灌区需水期是由抽水泵站将循环调节湿地水库内水体抽取并通过灌水渠分配至灌区农田，提高水资源利用效率，其中残留的氮、磷营养物质供作物生长部分所需；

所述循环调节湿地水库由自然水塘或洼地改造而成，由沉水植物带和生态湿地净化岛组成，循环调节湿地水库与受纳河湖相连并设有排水节制闸，灌区排水期闸门关闭，水体经净化处理后方排出或进行再利用；水库中堆石坝的设置便于形成水体主流向。

2.根据权利要求1所述的一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征是所述排水沟由排水干沟、排水支沟和排水斗沟组成，田间排水经排水斗沟进入排水支沟后，最终由排水干沟进入循环调节湿地水库。

3.根据权利要求1所述的一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征是所述灌水渠由灌溉干渠、灌溉支渠和灌溉斗渠组成，循环调节湿地水库中的水体由抽水提升泵站提升，经灌溉干渠进入灌溉支渠后，最终由灌溉斗渠分配至灌区农田。

4.根据权利要求3所述的一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征是所述灌溉干渠和排水干沟平行布置，灌溉水通过渡槽进入灌溉支渠；灌溉支渠入口设有计量控制闸，用以调节、控制水量。

5.根据权利要求1所述的一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征是所述沉水植物带由狐尾藻、菹草植物构成，定期对水生植物进行收割；生态湿地净化岛上种植芦苇、菖蒲挺水植物，其形状和位置不规则，从而增加水流绕行、提高水体停留时间和净化处理效果；生态湿地净化岛之间设有石笼坝，其表面形成的生物膜拦截悬浮物、净化有害物质。

6.根据权利要求1所述的一种适用于平原型生态灌区中灌排耦合的水循环利用的节水减污方法，其特征是所述抽水泵站前端设有围栏格栅，用以去除动植物残体、作物秸秆、生活垃圾废弃物。