CN108842736A - 一种农田生态沟渠及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田生态沟渠，包括底板以及位于所述底板两侧的边坡，所述边坡由位于内侧的浆砌片石以及位于外侧的联锁式护坡砖组成，所述浆砌片石预留有凹坑，所述联锁式护坡砖铺设在所述凹坑中。本发明的农田生态沟渠，通过沟渠沉淀、生物吸收等方式净化废水，水体中的大部分营养物质、微小生物被种养生物摄食吸收转化分解，水体的富营养化程度降低，氮磷含量明显降低，使水质得到了净化，实现对水体污染物质的阻挡、降解、吸收、利用，达到减少排出水体中污染物质，提高农田氮、磷利用率，是一种经济高效、简单实用、易于维护和推广的生态沟渠系统，可产生较好的社会和经济效益，具有极大的应用推广前景。

Description

一种农田生态沟渠及其施工方法

技术领域

本发明涉及农业污水处理、环境保护技术领域，特别涉及一种农田生态沟渠及其施工方法。

背景技术

随着科技的进步、经济的发展，也促进了农业的快速发展，化肥和农药的施用量增加，然而肥料投入量的增加导致的环境污染问题也日益突出，这种以高量化肥投入为主的农业生产模式也直接加速了重要自然资源的消耗，环境问题日益严重，对居民日常生活造成恶劣影响，面源污染负荷所占比重逐年增大，成为水体污染的主要来源之一，并已成为当今世界普遍存在的严重环境问题。

现有的污水处理厂由于处理成本和维持费用昂贵而经常处于间歇运行或者根本不运行的状态，导致大量建设资金的浪费和环境污染的日趋恶化。此外，传统的活性污泥法以去除碳源污染物为主，对氮磷等营养物质的去除则微乎其微，出水排入环境水体后易引起富营养化等问题。

因此，研究制定经济有效的农田氮、磷流失阻控措施，消减农田排水中氮、磷等污染物负荷，对于遏制水体富营养化，促进流域社会和经济可持续发展具有重要意义。

传统土质沟渠内生长有植物，具备一定的土壤吸附、植物吸收和生物降解等功能，对氮磷污染物有一定的但不是非常显著的去除功能，但经过一段时间的运行后，沟渠内杂草丛生、水土流失严重、水流不畅，氮磷污染物的去除效果得不到充分保证，因此对后续受纳水体仍造成一定污染。目前农民经常采用的三面光水泥硬化沟渠主要作用是农田尾水的排放通道，硬化沟渠虽易于维护，但其内基本不长植物，对农田尾水中氮磷等污染物的去除能力弱，且水流速度快，农田尾水在沟渠内的停留时间非常短，因此农田尾水中的氮磷等污染物很难在沟渠内被充分去除。可见，传统土质沟渠和三面光水泥硬化沟渠对农田尾水中的氮磷污染物的自净能力弱，使得以农田尾水为主的农业面源污染呈现日趋严重趋势。

近些年来，国内外的研究人员开始将生态沟渠作为一种控制农业面源污染（氮和磷）的主要手段之一，并且发现具有植物着生的沟渠可以起到较好的截磷以及截氮的效果，沟渠湿地可通过底泥截留吸附、植物吸收和微生物降解降低水体中的氮和磷。

但是目前国内外学者对生态沟渠的研究主要集中在生态沟渠的净化机理、生态沟渠种植植物的净化效果、沟渠的水文效应、环境效应和生物效应等方面，而有关沟渠的截面形态设计、沟渠植物的生长等研究则显得相对薄弱。

已发明的生态沟渠因农业面源污染和人地矛盾的区域差异，占地面积大，缺乏普遍利用性和持续利用性等问题有待进一步改善。因此，如何提供一种生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠，既能够为沟渠内植物提供适宜的生长环境，又能够有效改善作物种植过程中氮磷元素流失量大、周边水体富营养化严重的现象，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题以及克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种农田生态沟渠，其能够净化水质，使水体中的氮、磷含量明显降低，实现对水体污染物质的阻挡、降解、吸收、利用，达到减少排出水体中污染物质，提高农田氮、磷利用率，日常维护简单，管理方便，运行管理成本低。

为达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种农田生态沟渠，包括底板以及位于所述底板两侧的边坡，所述边坡由位于内侧的浆砌片石以及位于外侧的联锁式护坡砖组成，所述浆砌片石预留有凹坑，所述联锁式护坡砖铺设在所述凹坑中。

优选地，所述底板由混凝土浇筑而成，所述底板的厚度为0.2-0.6m。

更加优选地，所述底板上预留有贯穿所述底板的种植孔，所述种植孔中种植有水生植物。

进一步优选地，所述水生植物为黄菖蒲、灯芯草、再力花、鸢尾、水芹菜、水蕹菜、茭白、水生美人蕉、金鱼藻、马来眼子菜和海菜中的任意一种或多种。

优选地，所述边坡的厚度为0.3-0.5m，所述边坡的坡度为1:0.5-1:1.5，即边坡的水平宽度是边坡的垂直高度的0.5-1.5倍。

优选地，所述联锁式护坡砖中开设有通孔，所述通孔内种植有护坡植物。

更加优选地，所述联锁式护坡砖为镂空的正六边形，以增加联锁式护坡砖之间的稳固性。

更加优选地，所述联锁式护坡砖的厚度为0.05-0.15m。

优选地，所述生态沟渠的横截面形状为倒梯形，所述生态沟渠的顶部到所述底板顶部的垂直高度为0.8-1.8m，顶宽度为1.0-3.0m，底宽度为0.3-1.5m。

本发明还提供了一种如上所述农田生态沟渠的施工方法，包括以下步骤：

1）按照生态沟渠的尺寸整修现有的沟渠或新开凿沟渠；

2）边坡采用浆砌片石护砌，并预留铺设联锁式护坡砖的凹坑，之后在所述凹坑中铺上无纺布，接着在所述无纺布上铺设联锁式护坡砖；

3）在联锁式护坡砖的通孔中种植护坡植物；

4）在生态沟渠的底部通过混凝土浇筑形成底板，且预留有种植孔；

5）在所述的种植孔中种植水生植物。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1. 本发明的生态沟渠的底部为混凝土浇筑的底板，两侧的边坡由位于内侧的浆砌片石和位于外侧的联锁式护坡砖构成，能够有效防止渗漏，防止造成二次污染；

2. 本发明的生态沟渠的底板上预留有贯穿底板的种植孔，种植孔内种植有水生植物，联锁式护坡砖为镂空的正六边形，通孔内也种植有护坡植物，通过种植孔内的水生植物和边坡上的护坡植物能够有效拦截农田尾水流中的颗粒物，延长水利停留时间，增加污染物去除效率，可以在很大程度上截留氮磷化合物，尤其是氨氮；护坡植物不仅能起到拦截颗粒污染物与净化水体的作用，同时还具有景观效果；

3. 本发明的生态沟渠所用材料为石头、混凝土、植物以及联锁式护坡砖，来源易得，成本低廉，构建方法简单，没有复杂工艺，日常维护简单，管理方便，运行管理成本低，易于实现以及推广；

4. 本发明的生态沟渠通过对沟渠的形态、构造的设计，可有效削减悬浮物、氮、磷含量；充分利用现有的农田沟渠空间，节约了土地资源；设施结构简单，便于建设和后期维护，建设成本低。

附图说明

图1为本发明优选实施例的农田生态沟渠的截面图；

图2为本发明优选实施例的农田生态沟渠中联锁式护坡砖的主视图；

其中：边坡-1，浆砌片石-2，凹坑-21，联锁式护坡砖-3，通孔-31，底板-4，种植孔-41。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

实施例一 农田生态沟渠的结构

参照附图1-2，本实施例的一种农田生态沟渠，包括底板4以及位于底板4两侧的边坡1，边坡1由位于内侧的浆砌片石2以及位于外侧的联锁式护坡砖3组成，浆砌片石2预留有凹坑21，联锁式护坡砖3铺设在凹坑21中。

底板4由混凝土浇筑而成，且在浇筑时底板4上预留有贯穿底板4的种植孔41，种植孔41中种植有水生植物。水生植物为黄菖蒲、灯芯草、再力花、鸢尾、水芹菜、水蕹菜、茭白、水生美人蕉、金鱼藻、马来眼子菜和海菜中的任意一种或多种。

联锁式护坡砖3中开设有通孔31，通孔31内种植有护坡植物。在靠近底板4的联锁式护坡砖3的通孔31中的护坡植物可为挺水植物，如芦苇、茭白，在远离底板4的联锁式护坡砖3的通孔31中的护坡植物可为草皮。本实施例中联锁式护坡砖3为镂空的正六边形，如图2所示，以增加联锁式护坡砖3之间的稳固性。

生态沟渠的横截面形状为倒梯形，生态沟渠的顶部到底板4顶部的垂直高度为0.8-1.8m，顶宽度为1.0-3.0m，底宽度为0.3-1.5m，底板4的厚度为0.2-0.6m，边坡1的坡度为1:0.5-1:1.5，边坡1的厚度为0.3-0.5m，联锁式护坡砖3的厚度为0.05-0.15m。如图1所示，在本实施例中，生态沟渠的顶部到底板4顶部的垂直高度为1.5m，顶宽度为1.5m，底宽度为0.5m，底板4的厚度为0.5m，边坡1的坡度为1:1，即边坡1的水平宽度与边坡1的垂直高度相同，边坡1的厚度为0.4m，其中联锁式护坡砖3的厚度为0.1m。这样的设计方式能够有效削减悬浮物、氮、磷含量，充分利用现有的农田沟渠空间，节约土地资源。

实施例二 农田生态沟渠的施工方法

本实施例还提供了一种如上所述农田生态沟渠的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：按照生态沟渠的尺寸整修现有的沟渠或新开凿沟渠。

生态沟渠的顶部到底板4顶部的垂直高度为1.5m，顶宽度为1.5m，底宽度为0.5m，底板4的厚度为0.5m，边坡1的坡度为1:1，即边坡1的水平宽度与边坡1的垂直高度相同，边坡1的厚度为0.4m，其中联锁式护坡砖3的厚度为0.1m。这样的设计方式能够有效削减悬浮物、氮、磷含量，充分利用现有的农田沟渠空间，节约土地资源。

步骤S2：边坡1采用浆砌片石护砌2，并预留铺设联锁式护坡砖3的凹坑21，之后在21凹坑中铺上无纺布，接着在无纺布上铺设联锁式护坡砖3。

本实施例中联锁式护坡砖3为镂空的正六边形，如图2所示，以增加联锁式护坡砖3之间的稳固性。

步骤S3：在联锁式护坡砖3的通孔31中种植护坡植物。

在靠近底板4的联锁式护坡砖3的通孔31中的护坡植物可为挺水植物，如芦苇、茭白，在远离底板4的联锁式护坡砖3的通孔31中的护坡植物可为草皮。

步骤S4：在生态沟渠的底部通过混凝土浇筑形成底板4，且预留有贯穿底板4的种植孔41。

步骤S5：在种植孔41中种植水生植物。

水生植物为黄菖蒲、灯芯草、再力花、鸢尾、水芹菜、水蕹菜、茭白、水生美人蕉、金鱼藻、马来眼子菜和海菜中的任意一种或多种。

本实施例中1m的生态沟渠铺设3m²联锁式护坡砖3，种植16棵菖蒲和16棵鸢尾。

实施例三 实施效果

原农田尾水中COD_Cr浓度50～100mg/L，氨氮浓度1.8～2.4mg/L，TN浓度2.5～4mg/L，TP浓度为0.8～1.8mg/L。

采用本发明中的农田生态沟渠后，农田尾水COD_Cr浓度18～42mg/L，氨氮浓度0.5～1.8mg/L，TN浓度1.1～2.0mg/L，TP浓度为0.2～0.6mg/L。

本发明对农田尾水中总氮、总磷的平均浓度消减率至少达到40%以上。

本发明的农田生态沟渠通过沟渠沉淀、生物吸收等方式净化废水，水体中的大部分营养物质、微小生物被种养生物摄食吸收转化分解，水体的富营养化程度降低，氮磷含量明显降低，使水质得到了净化，实现对水体污染物质的阻挡、降解、吸收、利用，达到减少排出水体中污染物质，提高农田氮、磷利用率，是一种经济高效、简单实用、易于维护和推广的生态沟渠系统，可产生较好的社会和经济效益，具有极大的应用推广前景。

本发明的生态沟渠的底部为混凝土浇筑的底板，两侧的边坡由位于内侧的浆砌片石和位于外侧的联锁式护坡砖构成，能够有效防止渗漏，防止造成二次污染；底板上预留有贯穿底板的种植孔，种植孔内种植有水生植物，联锁式护坡砖为镂空的正六边形，通孔内也种植有护坡植物，通过种植孔内的水生植物和边坡上的护坡植物能够有效拦截农田尾水流中的颗粒物，延长水利停留时间，增加污染物去除效率，可以在很大程度上截留氮磷化合物，尤其是氨氮；护坡植物不仅能起到拦截颗粒污染物与净化水体的作用，同时还具有景观效果；所用材料为石头、混凝土、植物，以及联锁式护坡砖，来源易得，成本低廉，构建方法简单，没有复杂工艺，日常维护简单，管理方便，运行管理成本低，易于实现以及推广；通过对沟渠的形态、构造的设计，可有效削减悬浮物、氮、磷含量；充分利用现有的农田沟渠空间，节约了土地资源；设施结构简单，便于建设和后期维护，建设成本低。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种农田生态沟渠，其特征在于，包括底板以及位于所述底板两侧的边坡，所述边坡由位于内侧的浆砌片石以及位于外侧的联锁式护坡砖组成，所述浆砌片石预留有凹坑，所述联锁式护坡砖铺设在所述凹坑中。

2.根据权利要求1所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述底板由混凝土浇筑而成，所述底板的厚度为0.2-0.6m。

3.根据权利要求2所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述底板上预留有贯穿所述底板的种植孔，所述种植孔中种植有水生植物。

4.根据权利要求3所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述水生植物为黄菖蒲、灯芯草、再力花、鸢尾、水芹菜、水蕹菜、茭白、水生美人蕉、金鱼藻、马来眼子菜和海菜中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述边坡的厚度为0.3-0.5m，所述边坡的坡度为1:0.5-1:1.5。

6.根据权利要求1所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述联锁式护坡砖中开设有通孔，所述通孔内种植有护坡植物。

7.根据权利要求6所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述联锁式护坡砖为镂空的正六边形。

8.根据权利要求6所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述联锁式护坡砖的厚度为0.05-0.15m。

9.根据权利要求1所述的一种农田生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠的横截面形状为倒梯形，所述生态沟渠的顶部到所述底板顶部的垂直高度为0.8-1.8m，顶宽度为1.0-3.0m，底宽度为0.3-1.5m。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的农田生态沟渠的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按照生态沟渠的尺寸整修现有的沟渠或新开凿沟渠；

2）边坡采用浆砌片石护砌，并预留铺设联锁式护坡砖的凹坑，之后在所述凹坑中铺上无纺布，接着在所述无纺布上铺设联锁式护坡砖；

3）在联锁式护坡砖的通孔中种植护坡植物；

4）在生态沟渠的底部通过混凝土浇筑形成底板，且预留有种植孔；

5）在所述的种植孔中种植水生植物。