CN106365320A - 一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统及其应用方法 - Google Patents

一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统及其应用方法 Download PDF

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Abstract

一种南方缓坡地稻田排水循环利用和氮磷梯级渗滤拦截去除系统,包括稻田灌溉渗滤系统、沟道氮磷拦截去除系统、梯级农田排水回灌利用系统、塘堰蓄水生态湿地处理系统。在稻田中设置农田渗滤系统,通过水稻格田地面出水口将稻田地面排水汇入沿等高线布置的排水农沟,充分利用南方缓坡地特殊地形条件,使各级田块形成自然落差的梯级状分布,灌溉时高处上级稻田排水进入下级稻田再利用,降雨时高处(上级)稻田无法积蓄的雨水直接通过稻田出水口汇入渗滤农沟排出;在最后一级田块渗滤沟道的尾端附近开挖塘堰,并在塘堰处建立泵站。本发明还公开了上述系统的应用方法。本发明施工方便,工程量小,具有良好的氮磷污染物拦截去除和水肥梯级高效利用效果。

Description

一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统及其应用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统及其应用方法,属于稻田水肥高效利用和氮磷渗滤拦截去除技术范畴。
背景技术
[0002] 南方缓坡地地区地势起伏不大,分布在地形坡度在5°以下地区。目前我国南方地区缓坡地种植农业占主导地位,主要作物以水稻为主。灌溉系统配置模式一般可按地区高程分为三种:分布于相对平坦的河谷冲田,采用小型提水灌溉系统;岗坡地中部地带,采用塘堰蓄水与提水灌溉结合的系统;岗坡地上部地带,则主要采用塘堰蓄水灌溉系统。雨量充沛、经济发达的南方缓坡地地区,由于特殊的地形特点,加之水稻生产过程中农药、化肥不合理和过量使用,氮磷养分通过农田降雨、灌溉排水形成地表径流进入稻田周边水体,农田水土流失及面源污染较为严重,农田C0D、氮、磷等主要污染物量排放量均已超过总量的45%,导致河湖水体富营养化现象加剧,已严重影响到我国南方的水环境和生态的安全,阻碍经济社会的持续发展。因此,如何切实解决南方缓坡地稻田水土保持和农业面源污染问题,实现水肥梯级高效利用,有效拦截去除农田径流中的氮磷物质,成为南方缓坡地地区水稻生产过程中迫切需要解决的问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统及其应用方法,本发明施工方便,工程量小,具有良好的氮磷污染物拦截去除和水肥梯级高效利用效果,对改善我国农业用水水质,提高我国南方缓坡地水肥资源循环利用效率和水土保持能力,缓解水体富营养化状况具有重大意义。
[0004] 本发明的第一个目的是提供一种南方缓坡地稻田排水循环利用和氮磷梯级渗滤拦截去除系统,包括稻田灌溉渗滤系统、沟道氮磷拦截去除系统、梯级农田排水回灌利用系统、塘堰蓄水生态湿地处理系统。
[0005] 所述稻田灌溉渗滤系统包灌区内稻田的引水、输水、配水、蓄水、退水等各级渠沟或管道,及相应建筑物和设施。稻田的格田长度150〜200m,宽70〜80m,田埂兼作田间管理道路,埂顶宽50cm,高度加至35cm,减少径流损失,田埂上设有控制排水洞。稻田地下渗滤系统:埋设管径60~70mm波纹塑料管暗管,包裹材料为土工布加作物秸杆,塑料暗管埋设深度为地面以下0.9〜1.1m,间距为15〜30m,暗管的纵坡度应能满足管内不冲不淤流速要求。
[0006] 所述沟道氮磷拦截去除系统,是通过水稻格田地面出水口将稻田地面排水汇入沿等高线布置的排水农沟,农沟边坡采用生态植生型陶粒透水混凝土板衬砌,板后设置透水土工布和厚度为Icm的稻草垫层,构成具有拦截去除农田地表径流氮磷的沟道渗滤系统,排水农沟沟底低于暗管出口 20-25cm,沟底宽度35〜40cm,边坡系数大于1.0。在稻田垂直于等高线的位置布置排水斗沟,使各级田块排水农沟排出的水汇入排水斗沟,考虑经济因素,排水斗沟不需进行渗滤处理。
[0007] 所述梯级农田排水回灌利用系统,是指灌溉时高处(上级)稻田排水通过田埂上的控制排水洞进入低处(下级)稻田再利用,降雨时每一级稻田无法积蓄的雨水直接通过稻田塑料暗管出水口汇入渗滤排水农沟,再经排水斗沟排出,从而充分利用南方缓坡地稻田高差的特殊地形条件,形成稻田径流与氮磷梯级拦截利用系统。
[0008] 所述塘堰蓄水生态湿地处理系统,是指利用位于灌区低洼处的河塘,承纳由农田汇入的径流,河塘深度一般2~3m,河塘边坡采用杉木粧生态防护,岸坡种植草木植物构成水土保持生态防护带,河塘岸边水面种植水生植物,水生植物面积小于水面面积的1/3,通过植物群落构建河塘生态湿地系统,进一步拦截去除来之农田排水中氮磷物质,净化水质。通过在河塘处设置提水灌溉栗站,通过提水灌溉系统回灌农田排水,做到忙时灌田,闲时向坡地高处的塘堰补水,实现农田排水的循环利用,同时保证生态湿地河塘向下级河湖排放水体的水质,控制和减轻农田面源污染。
[0009] 进一步地,在每一级田块的排水农沟出口、塘堰的入口和出口处设置排水控制阀,以便于在暴雨来临前或径流量较大时及时将农田多余水分排出,在作物生育阶段,也可以通过调节和控制水在农田内部的停滞时间,实现减少排水量和充分利用氮磷的目的。
[0010] 进一步地,所述排水农沟边坡上端应种植狗牙根或高羊茅等保持水土的草本植物,以防暴雨或径流较大时,水土流失到沟道中。
[0011] 进一步地,所述排水斗沟与塘堰通过过水涵洞相连接,如果沟道与道路高程接近,可借用倒虹吸原理过水。
[0012] 本发明的第二个目的是提供上述南方缓坡地稻田排水循环利用和氮磷梯级渗滤拦截去除系统的应用方法,包括以下步骤:
(I)南方缓坡地稻田氮磷渗滤拦截去除方法:首先在稻田灌溉渗滤系统中设置稻田地下渗滤系统,即地下暗管的埋设,暗管采用管径60~70cm波纹塑料管,外部包裹透水土工布加作物秸杆,暗管埋设深度为地面以下0.9〜1.1m,间距约为15〜30m,纵坡度应能满足管内不冲不淤流速的要求,以此作为第一级氮磷渗滤拦截去除处理;
然后在沟道氮磷拦截去除系统中通过水稻格田地面出水口将稻田地面排水汇入沿等高线布置的排水农沟,沟道边坡采用生态植生型陶粒透水混凝土板衬砌,板后设置透水土工布和厚度为Icm的稻草垫层,构成具有拦截去除农田地表径流氮磷的沟道渗滤系统,排水沟道沟底低于暗管出口20-25cm,沟底宽度35〜40cm,边坡系数大于1.0,以此作为第二级氮磷渗滤拦截去除处理;
最后利用位于灌区低洼处的河塘,承纳由农田汇入的径流,河塘深度一般2〜3m,河塘边坡采用杉木粧生态防护,岸坡种植草木植物构成水土保持生态防护带,河塘岸边水面种植水生植物,水生植物面积小于水面面积的1/3,通过植物群落构建河塘生态湿地系统,进一步拦截去除来之农田排水中氮磷物质,净化水质,以此作为第三级氮磷渗滤拦截去除处理。
[0013] (2)南方缓坡地稻田水肥梯级高效利用:主要通过梯级农田排水回灌利用系统,利用南方缓坡地地面有高差的特殊地形条件,使各级田块形成自然落差的梯级状分布,灌溉时高处(上级)稻田排水通过田埂上的控制排水洞进入低处(下级)稻田再利用,降雨时每一级稻田无法积蓄的雨水直接通过稻田塑料暗管出水口汇入渗滤农沟排出,形成稻田径流与氮磷梯级拦截利用系统,实现了稻田水肥的高效利用。
[0014]与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
第一,本发明充分利用坡地的自然高差,构成稻田排水梯级拦截利用;
第二,本发明利用上下级排水沟道水位落差,构成渗滤排水沟道农田径流氮磷梯级拦截去除;
第二,本发明由稻田格田一稻田渗滤系统一沟道渗滤系统一河塘生态缓冲带一河塘生态湿地系统一提水灌溉系统进一步构成缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级拦截去除系统。
[0015] 第四,本发明基于缓坡地地区现有高标准农田水利工程,适当加以改造和优化,施工方便,工程量小,极大程度降低该地区农田径流氮磷拦截去除的成本。
附图说明
[0016]图1是本发明南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除技术的平面示意图;
图2是本发明南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除技术的立体结构示意图;
图3是本发明南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除技术中沟道氮磷拦截去除系统的横断面示意图;
图中:I地下渗滤系统、2排水农沟、3排水回灌利用系统、4塘堰、5控制排水洞、6排水控制阀、7农用机耕桥、8田埂、9道路、10提水灌溉栗站、11陶粒透水混凝土板、12排水组合垫层、13排水斗沟。
具体实施方式
[0017]如图1-3所示,一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除技术,包括稻田灌溉渗滤系统、沟道氮磷拦截去除系统、梯级农田排水回灌利用系统3、塘堰蓄水生态湿地处理系统。
[0018]首先利用南方缓坡地地面有高差的特殊地形条件,将各级田块分隔形成自然落差的梯级状分布,在稻田内设置基础水利设施,包括引水、输水、配水、蓄水、退水等各级渠沟或管道,及相应建筑物和设施。其中,稻田的格田长度150〜200m,宽70〜80m,田埂8兼作田间管理道路,埂顶宽50cm,高度35cm。田埂8上设有控制排水洞5。地下埋设作为地下渗滤系统I的管径为60-70cm的波纹塑料地下暗管,外部包裹透水土工布加植物秸杆,埋设深度为地面为 0.9-1.1111,间距15-30111。
[0019] 然后在稻田沿等高线布置排水农沟2,在该排水沟道内进行氮磷拦截去除处理,设置坡底宽度35-40cm,边坡系数大于1.0,沟道边坡采用生态植生型陶粒透水混凝土板11衬砌,板后设置透水土工布和厚度为Icm的稻草垫层(即排水组合垫层12),并在排水农沟边坡上端应种植狗牙根或高羊茅等保持水土的草本植物,构成具有拦截去除农田地表径流氮磷的沟道渗滤系统,排水农沟沟底低于暗管出口 20-25cm。
[0020] 再在稻田垂直等高线布置排水斗沟,灌溉时高处(上级)稻田排水通过田埂上的控制排水洞进入低处(下级)稻田再利用,降雨时每一级稻田无法积蓄的雨水直接通过稻田塑料暗管出水口汇入排水农沟,再经排水斗沟13排出;在每一级田块的排水农沟出口处设置排水控制阀6。考虑经济因素,排水斗沟不需进行渗滤处理,在排水斗沟中部设置小型农用机耕桥7,宽度2.5m。
[0021] 在排水斗沟13的尾端附近利用位于灌区低洼处的塘堰4,承纳由农田汇入的径流,塘堰的规模根据农田大小设计,塘堰出口处设置排水控制建筑物,塘堰中心深度为2-3m,形状根据原有地形而定。排水斗沟与塘堰通过过水涵洞相连接,如果排水斗沟与道路9高程接近,可借用倒虹吸原理过水。河塘边坡采用杉木粧生态防护,岸坡种植草木植物构成水土保持生态防护带,河塘岸边水面种植水生植物,水生植物面积小于水面面积的1/3,通过植物群落构建河塘生态湿地系统,进一步拦截去除来之农田排水中氮磷物质,净化水质。并在塘堰处建立提水灌溉栗站1,通过提水灌溉系统回灌农田排水,做到忙时灌田,闲时向坡地高处的塘堰补水,实现农田排水的循环利用。最后将稻田中经稻田灌溉渗滤系统、沟道氮磷拦截去除系统、梯级农田排水回灌利用系统、塘堰蓄水生态湿地处理系统等多级梯级处理的多余水量灌入自然河道中。
[0022] 该发明可在原有河网和灌溉系统的基础上进行施工,施工方便,工程量小,具有良好的氮磷污染物拦截去除和水肥梯级高效利用效果,有助于提高我国南方缓坡地区水肥资源利用效率和水土保持能力,同时提高了农业用水水质,增强了稻田的水文调蓄与生态保育功能,对缓解水体富营养化状况具有重大意义。

Claims (7)

1.一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统,包括有高差的若干级稻田格田,稻田格田上设置稻田灌溉渗滤系统,其特征是,设有稻田地下渗滤系统、沟道氮磷拦截去除系统、塘堰蓄水生态湿地处理系统; 每一级所述稻田格田长度150〜200m,宽70〜80m,每一级稻田格田一端设置田埂,每一级稻田格田另一端设置所述沟道氮磷拦截去除系统;田埂兼作田间管理道路,田埂顶宽.50cm,田埋高度35cm; 每一级所述稻田格田内埋设若干根管径60~70mm波纹塑料管暗管,形成所述稻田地下渗滤系统,塑料暗管包裹材料为土工布加作物秸杆,塑料暗管埋设深度为地面以下0.9〜.1.1m,间距为15〜30m; 每一级所述稻田格田沿等高线布置排水农沟,排水农沟边坡上由内而外设置的透水土工布、稻草垫层和陶粒透水混凝土板,形成沟道氮磷拦截去除系统;上一级高度稻田格田的排水农沟与下一级高度稻田格田的田埂相邻并平行设置,排水农沟设置在所述塑料暗管出口处,排水农沟沟底低于所述塑料暗管出口,排水农沟用于汇入稻田格田地面出水口的稻田地面排水;灌溉时上级稻田格田排水通过田埂上的控制排水洞进入下级稻田格田再利用,降雨时每一级稻田格田无法积蓄的雨水直接通过稻田塑料暗管出水口汇入排水农沟,再经排水斗沟排出,形成梯级农田排水回灌利用系统,排水斗沟垂直于等高线设置; 在排水斗沟的尾端附近利用位于灌区低洼处的河塘,承纳由农田汇入的径流,形成所述塘堰蓄水生态湿地处理系统;塘堰深度2〜3m,塘堰处设置提水灌溉栗站。
2.根据权利要求1所述的一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统,其特征是,所述排水农沟坡底宽度35-40cm,排水农沟边坡系数大于1.0,稻草垫层的厚度为lcm,排水农沟沟底低于所述暗管出口 20-25cm,并在排水斗沟中部设置小型农用机耕桥,农用机耕桥宽度2.5m。
3.根据权利要求1或2所述的一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统,其特征是,所述在每一级田块的排水农沟出口、塘堰的入口和出口处设置排水控制阀。
4.根据权利要求3所述的一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统,其特征是,所述排水农沟边坡上端种植狗牙根或高羊茅。
5.根据权利要求4所述的一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统,其特征是,所述排水斗沟与塘堰通过过水涵洞相连接;或者如果沟道与道路高程接近,排水斗沟与塘堰借用倒虹吸原理过水。
6.根据权利要求5所述的一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统,其特征是,所述塘堰边坡采用杉木粧生态防护,塘堰岸坡种植草木植物构成水土保持生态防护带,塘堰岸边水面种植水生植物,水生植物面积小于水面面积的1/3。
7.根据权利要求1-6所述一种南方缓坡地稻田排水循环利用与氮磷梯级渗滤拦截去除系统的应用方法,其特征是,所述应用方法包括以下步骤: (I)首先在稻田灌溉渗滤系统中设置稻田地下渗滤系统,即地下暗管的埋设,暗管采用管径60-70cm波纹塑料管,外部包裹透水土工布加作物秸杆,暗管埋设深度为地面以下0.9-.1.1m,间距为15-30m,以此作为第一级氮磷渗滤拦截去除处理; 然后通过水稻格田地面出水口将稻田地面排水汇入沿等高线布置排水农沟,形成沟道氮磷拦截去除系统,排水农沟边坡采用生态植生型陶粒透水混凝土板衬砌,板后设置透水土工布和厚度为Icm的稻草垫层,构成具有拦截去除农田地表径流氮磷的沟道渗滤系统,排水沟道沟底低于暗管出口 20-25cm,沟底宽度35〜40cm,边坡系数大于1.0,以此作为第二级氮磷渗滤拦截去除处理; 最后利用位于灌区低洼处的河塘,承纳由农田汇入的径流,河塘深度一般2〜3m,河塘边坡采用杉木粧生态防护,岸坡种植草木植物构成水土保持生态防护带,河塘岸边水面种植水生植物,水生植物面积小于水面面积的1/3,通过植物群落构建河塘生态湿地系统,进一步拦截去除来之农田排水中氮磷物质,净化水质,以此作为第三级氮磷渗滤拦截去除处理; (2)通过梯级农田排水回灌利用系统,利用南方缓坡地地面有高差的特殊地形条件,使各级田块形成自然落差的梯级状分布,灌溉时上级稻田格田排水通过田埂上的控制排水洞进入下级稻田格田再利用,降雨时每一级稻田格田无法积蓄的雨水直接通过稻田出水口汇入渗滤农沟,再经排水斗沟排出,形成稻田径流与氮磷梯级拦截利用系统,实现了稻田水肥的尚效利用。
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