CN106320302B - 平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，包括农田渗滤系统、生态沟道渗滤系统、多级河塘湿地系统和提水泵站。农田渗滤系统，是由排水暗管外裹透水土工布和麦秸秆组成的地下渗滤体；生态沟道系统，是指在排水沟边坡内衬砌秸秆透水混凝土材料，秸秆混凝土是将生态透水混凝土和作物秸秆组合而成，出口设置退水闸。多级河塘湿地系统，是指利用位于渗滤沟道尾端的多个河塘，上下级河塘之间设置生态渗滤堰。河塘水位变化区间种植湿生植物，在末级河塘处设置提水灌溉泵站，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用。本发明还公开了上述系统的应用方法。本发明施工方便，空间布置合理，在南方平原河网地区可广泛推广应用。

Description

平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统及其应 用方法

技术领域

本发明涉及一种平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统及其应用方法。

背景技术

平原河网地区河网密集，水流平缓，地下水位较高，水环境容量低，农业面源污染问题严重，未有切实可行的办法。农业面源污染造成大量的氮磷营养物进入江河、湖库，导致水体富营养化，破坏了水生生物的生存环境，严重的将导致水环境恶化，水生生态系统失衡。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，也进一步加剧了水资源短缺的矛盾。

目前，为了减少农田面源污染，应用的主要技术包括：养分减量投入技术、水肥耦合技术、沟河生态拦截技术、农田径流集蓄河塘水质改善技术，这些技术都只是着眼于养分流动过程中的某一个环节，忽略了灌区内农田、沟道和河塘的协同作用效果。因此，如何针对平原河网地区的特点，提出工程技术、生态技术、管理技术相结合的可持续性农田径流氮磷拦截去除集成技术体系，对提高作物产量、减轻农业面源污染、促进农业持续发展、保护水环境和生态健康具有特别重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统及其应用方法，主要材料有波纹塑料吸水管、透水土工布、作物秸秆、作物秸秆透水混凝土等。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的，平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，包括农田渗滤系统、生态沟道渗滤系统、多级河塘湿地系统和提水泵站。

所述农田渗滤系统，是由排水暗管和外裹透水土工布和渗滤材料组成的地下渗滤体；依据排水工程设计标准，通过水力计算确定暗管排水系统布置方式与管径，排水暗管倾斜设置，排水暗管埋设坡度为1/1000~1/500；

所述农田渗滤系统出水口设置所述生态沟道渗滤系统，生态沟道渗滤系统，是指在排水沟边坡内衬砌秸秆透水混凝土材料，秸秆透水混凝土材料是将生态透水混凝土和作物秸秆按照一定的配合比组合而成，混凝土材料可以增加排水沟边坡的稳定性，防止冲刷，秸秆腐烂后形成有机质，能够拦截和去除地表径流中的氮磷等污染物。排水沟道上端种植草本植物，出口处设置控制排水沟水位和流量的退水闸，通过排水沟水位的控制实现对农田地下水位和水分状况的调节；

所述多级河塘湿地系统，是指利用位于渗滤沟道尾端的、有水位差的多个河塘，通过上下级水位差控制，保证水流逐级流动，上下级河塘之间设置生态渗滤堰，渗滤沟道来水首先经过秸秆透水混凝土生态渗滤堰体拦截去除沟道排水中的氮磷，再进一步在生态河塘植物群落作用下实现对渗滤沟道排水的多级水质净化处理，河塘深度一般2~3m，河塘水位变化区间种植湿生植物，湿生植物面积小于水面面积的1/3。在末级河塘处设置提水泵站，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用，同时保证河塘湿地排入下级河湖的水体符合排放水质标准，控制农田面源污染，保护和改善区域水环境。

进一步的，所述排水暗管为波纹塑料吸水管，排水暗管管身均匀布有透水孔。

进一步的，所述渗滤材料是指以沸石和麦秸秆重量比2：1比例组合的外包层，厚度为10cm。

进一步的，所述作物秸秆是指麦秸秆。

进一步的，所述草本植物是指狗牙根或高羊茅，湿生植物是指茭白或浮萍。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的，平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统的应用方法，包括以下步骤：

（1）布置系统：平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除技术，在平原河网地区布置农田渗滤系统、生态沟道渗滤系统、多级河塘湿地系统；

农田渗滤系统，是由排水暗管和外裹透水土工布和渗滤材料组成的地下渗滤体；依据排水工程设计标准，通过水力计算确定暗管排水系统布置方式与管径，排水暗管倾斜设置，排水暗管埋设坡度为1/1000~1/500；

农田渗滤系统出水口设置所述生态沟道渗滤系统，生态沟道系统，是指在排水沟边坡内衬砌秸秆透水混凝土材料，秸秆透水混凝土材料是将生态透水混凝土和麦秸秆按照一定的配合比组合而成，排水沟道上端种植狗牙根或高羊茅，出口处设置控制排水沟水位和流量的退水闸，通过排水沟水位的控制实现对农田地下水位和水分状况的调节；

多级河塘湿地系统，是指利用位于渗滤沟道尾端的多个河塘，通过上下级水位差控制，保证水流逐级流动，上下级河塘之间设置秸秆透水混凝土生态渗滤堰，河塘深度一般2~3m，河塘水位变化区间种植茭白或浮萍，面积小于水面面积的1/3。在末级河塘处设置提水泵站，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用。

（2）农田渗滤系统氮磷拦截：排水暗管管身均匀布有透水孔，含有氮磷的地下径流，通过渗流作用，流向排水暗管时，排水暗管外包裹的水土工布能够防止暗管堵塞，沸石和麦秸秆组成的渗滤材料对氮磷有较好的拦截效果，将地下径流中的氮磷拦截在土壤中，实现农田内的氮磷拦截。

（3）生态沟道渗滤系统氮磷拦截：排水沟道边坡衬砌的秸秆透水混凝土具有较好的透水性，保证了水流下渗作用，麦秸秆增加了微生物附着，可以净化排水中的氮磷污染物；秸秆腐烂后形成有机质，能够拦截和去除地表径流中的氮磷等污染物。排水沟道上端种植的狗牙根或高羊茅，起到水土保持的作用。

（4）多级河塘湿地系统氮磷拦截及排水回灌利用：渗滤沟道来水首先经过位于上下级河塘之间的秸秆透水混凝土生态渗滤堰体拦截去除沟道排水中的氮磷，再进一步在生态河塘植物群落作用下实现对渗滤沟道排水的多级水质净化处理；在末级河塘处设置提水泵站，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用，同时保证河塘湿地排入下级河湖的水体符合排放水质标准，控制农田面源污染，保护和改善区域水环境。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本技术与其它防治农田面源污染的技术相比，最本质区别在于将农田渗滤技术、渗滤沟道技术、生态渗滤堰以及塘堰湿地拦截去除径流氮磷技术有机结合、协同作用，并做到农田排水回灌利用，构成了“农田—沟道—渗滤堰—河塘—灌溉泵站”农田排水回灌利用与氮磷拦截去除系统，提高了平原河网地区农田水肥利用与径流氮磷拦截去除效率；

（2）农田地下排水中的硝态氮含量占总氮的比重较高，作为以碳源为主的作物秸秆有机暗管外裹材料，对农田地下渗流中的硝态氮拦截去除具有明显的优势。

（3）地下水平渗滤体中的波纹塑料暗管和透水土工布外包材料可以确保30年以上工程有效使用期的地下排水要求；透水土工布通过机器自动包裹于波纹塑料吸水管的外部，渗滤材料铺设同样施工方便；该系统不仅排水效果好，而且可处理大量农业废弃物，节能环保，成本低廉。

（4）农田渗滤沟道出口处设置的退水闸，不仅可以控制农田地下水位，调蓄农田水分状况，利用土壤和地下渗滤体的过滤和吸附作用，大幅降低农田排水中氮磷的浓度，有效控制农田径流及氮磷排放。

（5）本技术充分利用南方平原河网地区河塘密布、水系发达的有利条件，空间布置合理，施工方便，可广泛推广应用。

附图说明

图1是本发明平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统立体结构示意图；

图2是本发明平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统农田渗滤系统结构示意图；

图3是本发明平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统生态沟道渗滤系统横断面示意图；

图4 是本发明平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统生态渗滤堰结构示意图；

图中：1农田渗滤系统、2生态沟道渗滤系统、3退水闸、4生态渗滤堰、5提水泵站、6排水暗管、7透水土工布、8渗滤材料、9排水沟、10秸秆透水混凝土、11灌溉渠道。

具体实施方式

如图1-4所示，平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，包括农田渗滤系统1、生态沟道渗滤系统2、多级河塘湿地系统和提水泵站5。

农田渗滤系统1是由排水暗管6外裹透水土工布7和渗滤材料8组成的地下渗滤体；依据排水工程设计标准，通过水力计算确定水平波纹塑料暗管排水系统布置方式与管径，塑料排水暗管倾斜设置，埋设坡度为1/1000~1/500；

农田渗滤系统出水口设置所述生态沟道渗滤系统，生态沟道渗滤系统2是指边坡由秸秆透水混凝土10衬砌的排水沟9，将生态透水混凝土和麦秸秆按照一定的配合比组合成秸秆透水混凝土材料，排水沟道上端种植狗牙根或高羊茅，排水沟出口处设置控制排水沟水位和流量的退水闸3，通过排水沟水位的控制实现对农田地下水位和水分状况的调节；

多级河塘湿地系统，是指利用位于渗滤沟道尾端的多个河塘，通过上下级水位差控制，保证水流逐级流动，上下级河塘之间设置秸秆透水混凝土生态渗滤堰4，河塘深度一般2~3m，河塘水位变化区间种植茭白或浮萍，面积小于水面面积的1/3。在末级河塘处设置提水泵站5，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用。

平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统的应用方法，包括以下步骤：

（1）布置系统：平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除技术，在平原河网地区布置农田渗滤系统、生态沟道渗滤系统、多级河塘湿地系统；

农田渗滤系统，是由排水暗管和外裹透水土工布和渗滤材料组成的地下渗滤体；依据排水工程设计标准，通过水力计算确定暗管排水系统布置方式与管径，排水暗管倾斜设置，排水暗管埋设坡度为1/1000~1/500；

生态沟道系统，是指在排水沟边坡内衬砌秸秆透水混凝土材料，秸秆透水混凝土材料是将生态透水混凝土和麦秸秆按照一定的配合比组合而成，排水沟道上端种植狗牙根或高羊茅，出口处设置控制排水沟水位和流量的退水闸，通过排水沟水位的控制实现对农田地下水位和水分状况的调节；

多级河塘湿地系统，是指利用位于渗滤沟道尾端的多个河塘，通过上下级水位差控制，保证水流逐级流动，上下级河塘之间设置秸秆透水混凝土生态渗滤堰，河塘深度一般2~3m，河塘水位变化区间种植茭白或浮萍，面积小于水面面积的1/3。在末级河塘处设置提水泵站，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用。

（2）农田渗滤系统氮磷拦截：排水暗管管身均匀布有透水孔，含有氮磷的地下径流，通过渗流作用，流向排水暗管时，排水暗管外包裹的水土工布能够防止暗管堵塞，沸石和麦秸秆组成的渗滤材料对氮磷有较好的拦截效果，将地下径流中的氮磷拦截在土壤中，实现农田内的氮磷拦截。

（3）生态沟道渗滤系统氮磷拦截：排水沟道边坡衬砌的秸秆透水混凝土具有较好的透水性，保证了水流下渗作用，麦秸秆增加了微生物附着，可以净化排水中的氮磷污染物；秸秆腐烂后形成有机质，能够拦截和去除地表径流中的氮磷等污染物。排水沟道上端种植的狗牙根或高羊茅，起到水土保持的作用。

（4）多级河塘湿地系统氮磷拦截及排水回灌利用：渗滤沟道来水首先经过位于上下级河塘之间的秸秆透水混凝土生态渗滤堰体拦截去除沟道排水中的氮磷，再进一步在生态河塘植物群落作用下实现对渗滤沟道排水的多级水质净化处理；在末级河塘处设置提水泵站，通过灌溉渠道11、提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用，同时保证河塘湿地排入下级河湖的水体符合排放水质标准，控制农田面源污染，保护和改善区域水环境。

Claims (6)

1.一种平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，其特征是，在平原河网地区设有农田渗滤系统（1）、生态沟道渗滤系统（2）、多级河塘湿地系统和提水泵站（5）；

所述农田渗滤系统（1）是由排水暗管（6）外依次包裹渗滤材料（8）、透水土工布（7）组成的地下渗滤体；排水暗管倾斜设置，排水暗管埋设坡度为1/1000~1/500；

所述农田渗滤系统（1）出水口设置所述生态沟道渗滤系统（2），生态沟道渗滤系统（2）是边坡由秸秆透水混凝土（10）衬砌的排水沟（9），排水沟（9）上端种植草本植物，排水沟出口处设置退水闸（3）；

所述多级河塘湿地系统，位于排水沟（9）尾端，多级河塘湿地系统为有水位差的多级河塘，通过上下级的水位差控制，保证水流逐级流动，上下级河塘之间设置秸秆透水混凝土生态渗滤堰（4），河塘深度2~3m，河塘水位差变化区间种植湿生植物，湿生植物面积小于水面面积的1/3；

末级河塘处设置提水泵站（5），通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用。

2.根据权利要求1所述的平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，其特征是，所述排水暗管为波纹塑料吸水管，排水暗管管身均匀布有透水孔。

3.根据权利要求1所述的平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，其特征是，所述渗滤材料是指以沸石和麦秸秆重量比2：1组合的外包层，渗滤材料厚度为10cm。

4.根据权利要求1所述的平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，其特征是，所述秸秆透水混凝土（10）用的作物秸秆是麦秸秆。

5.根据权利要求1所述的平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统，其特征是，所述草本植物是狗牙根或高羊茅，湿生植物是茭白或浮萍。

6.权利要求1-5任一项所述的平原河网地区农田排水回灌利用及氮磷拦截去除系统的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）布置系统：在平原河网地区布置农田渗滤系统（1）、生态沟道渗滤系统（2）、多级河塘湿地系统和提水泵站（5）；

农田渗滤系统（1），是由排水暗管（6）外依次包裹渗滤材料（8）、透水土工布（7）组成的地下渗滤体；排水暗管（6）倾斜设置，排水暗管（6）埋设坡度为1/1000~1/500；

所述农田渗滤系统（1）出水口设置所述生态沟道渗滤系统（2），生态沟道渗滤系统（2）是在排水沟（9）边坡内衬砌秸秆透水混凝土（10）材料，排水沟（9）上端种植狗牙根或高羊茅，排水沟（9）出口处设置控制排水沟水位和流量的退水闸（3），通过排水沟（9）水位的控制实现对农田地下水位和水分状况的调节；

多级河塘湿地系统，是指利用位于渗滤沟道尾端的、有水位差的多个河塘，通过上下级水位差控制，保证水流逐级流动，上下级河塘之间设置秸秆透水混凝土生态渗滤堰（4），河塘深度2~3m，河塘水位变化区间种植茭白或浮萍，面积小于水面面积的1/3；在末级河塘处设置提水泵站（5），通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用；

（2）农田渗滤系统氮磷拦截：排水暗管（6）管身均匀布有透水孔，含有氮磷的地下径流，通过渗流作用，流向排水暗管（6）时，排水暗管（6）外包裹的透水土工布（7）能够防止暗管堵塞，沸石和麦秸秆组成的渗滤材料对氮磷有较好的拦截效果，将地下径流中的氮磷拦截在土壤中，实现农田内的氮磷拦截；

（3）生态沟道渗滤系统氮磷拦截：排水沟道边坡衬砌的秸秆透水混凝土具有较好的透水性，保证了水流下渗作用，麦秸秆增加了微生物附着，净化排水中的氮磷污染物；秸秆腐烂后形成有机质，能够拦截和去除地表径流中的氮磷污染物；排水沟道上端种植的狗牙根或高羊茅，起到水土保持的作用；

（4）多级河塘湿地系统氮磷拦截及排水回灌利用：渗滤沟道来水首先经过位于上下级河塘之间的秸秆透水混凝土生态渗滤堰体拦截去除沟道排水中的氮磷，再进一步在生态河塘植物群落作用下实现对渗滤沟道排水的多级水质净化处理；在末级河塘处设置提水泵站，通过提水灌溉系统实现对农田排水的回灌利用，同时保证河塘湿地排入下级河湖的水体符合排放水质标准，控制农田面源污染，保护和改善区域水环境。