CN110042810A - 一种坡耕地径流污染拦蓄系统 - Google Patents

Abstract

一种坡耕地径流污染拦蓄系统，包括遍布于灌溉区内的截流沟渠，该截流沟渠与引水渠相接，引水渠再连接至水窖；在所述引水渠内设置有沉砂池，在引水渠与水窖相连处设有拦污网。本发明对现有农田沟渠进行改造，利用沟渠坡度再造，联接等手段，优化沟渠水网系统，合理、高效引导来水进入农田灌溉系统，提高水资源的利用效率。

Description

一种坡耕地径流污染拦蓄系统

技术领域

本发明属于农业设施技术领域，具体涉及一种坡耕地径流污染拦蓄系统。

背景技术

坡耕地水土流失导致农业面源污染日益加剧，导致土壤质地粗化、土层变薄和养分含量下降，流失的水土携带大量的有机物进入河流、水库，造成下游水库淤积和富营养化，是世界上许多国家所面临的环境问题之一。通过径流污染拦蓄系统，降低径流速度，使其携带土壤能力减弱，有效地保持了水土，减少了氮、磷的流失，实现对面源污染物的阻控。

目前国内外采用植物篱、生态沟渠等阻滞农业径流，但由于具有氮磷等养分拦截率不明显、对农田土地要求较高、占地面积较大等原因，难以推广。

大面积连片农田往往是由具有属性差异的斑块状的地块组成的，对不同属性地块的径流就地处理，是大面积连片农田面源污染削减的关键环节。因此，本系统在不同地块及其形成的小汇水区尺度上，利用农田田间的有效空间，因地制宜，建设收集系统、缓冲调控系统和净化系统，研发和应用农田田间径流拦蓄系统，最大程度地拦蓄径流，增加径流滞留时间，减少径流冲刷和土壤流失，通过其中的生物系统，吸收N、P等污染物，拦截和净化径流。本系统通过削减汇水区中氮、磷随径流和泥沙向下游输移，实现农田的面源污染的过程控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种坡耕地径流污染拦蓄系统，对现有农田沟渠进行改造，利用沟渠坡度再造，联接等手段，优化沟渠水网系统，合理、高效引导来水进入农田灌溉系统，提高水资源的利用效率。

本发明采取的技术方案是：

一种坡耕地径流污染拦蓄系统，包括遍布于灌溉区(1c)内的截流沟渠(1)，该截流沟渠(1)与引水渠(2)相接，引水渠(2)再连接至水窖(7)；在所述引水渠(2)内设置有沉砂池(3)，在引水渠(2)与水窖(7)相连处设有拦污网(4)。

进一步的，所述截流沟渠(1)的纵剖面为梯形，两侧沟沿与灌溉区(1c) 相接，在沟渠的侧面和底面铺设有多孔生态砖(1b)，在生态砖(1b)的孔隙内种植有草本植物(1a)。

进一步的，所述截流沟渠(1)下底宽0.4m，上宽1.2m，沟深0.6m，坡度为1：0.67。

进一步的，所述沉砂池(3)为圆筒状，横截面半径为45cm，高60cm。

进一步的，所述水窖(7)底层为块石垫层(6)，块石垫层(6)之上以及侧壁(5)为C20钢筋混凝土层(8)，C20钢筋混凝土层(8)之外为1cm厚的砂浆面层。

进一步的，所述水窖(7)的容积由坡耕地降雨径流量而定，所述坡耕地降雨径流量由式(1)确定：

Q＝Ψ·q·F (1)

式(1)中

F：农田汇水面积；

Ψ：综合径流系数；

q：设计暴雨强度；

式(2)中

P：暴雨重现期；

t：降雨历时。

本发明的有益效果：

针对山地及农田径流、农田回归水，结合田间沟渠断面的改造、沟渠生态系统修复、植物配种，削减农田面源污染。

利用空心砖构建截流沟渠，收集小雨径流及灌溉尾水，同时对暴雨径流起到拦沙沉淀、清水排出的作用。

通过坡耕地降雨径流量的精确计算，得到满足现场需要的水窖容积，即满足收集雨水的需要，又能最大程度地降低建造成本。

本发明结合农田田间径流拦蓄与污染控制技术、农田植物网格化截流控污技术、农田生态沟渠技术及水肥循环利用技术为一体，集成实现以农户为单元田- 沟-水窖的水肥循环利用技术体系。在农田田间沟道系统成为农田田间径流控制的最初屏障，通过农田沟渠系统汇集田间径流，进入田间人工水窖，进行短期蓄积截流处理，然后回灌农田，实现水肥资源化循环利用，在微观尺度上，借助田 -沟-水窖系统，形成削减汇水区中氮、磷随径流和泥沙向下游输移的最初屏障，不仅解决当地水资源匮乏，而且可以实现农田的面源污染的过程控制。

附图说明

图1为本发明拦蓄系统的剖面图；

图2为本发明拦蓄系统的平面图；

图3为截流沟渠剖面图；

图中，(1)截流沟渠，(1a)草本植物，(1b)生态砖，(1c)灌溉区， (2)引水渠，(3)沉砂池，(4)拦污网，(5)侧壁，(6)块石垫层，(7) 水窖，(8)C20钢筋混凝土层。

具体实施方式

如图1和2所示，一种坡耕地径流污染拦蓄系统，包括遍布于灌溉区内纵横交错的截流沟渠1，该截流沟渠1与引水渠2相接，引水渠2再连接至水窖7；在所述引水渠2内设置有沉砂池3，所述沉砂池3为圆筒状，横截面半径为45cm，高60cm，在引水渠2与水窖7相连处设有拦污网4。

如图3所示，所述截流沟渠1的纵剖面为梯形，下底宽0.4m，上宽1.2m，沟深0.6m，坡度为1：0.67，两侧沟沿与灌溉区相接，在沟渠的侧面和底面铺设有多孔生态砖1b，在生态砖的孔隙内种植有草本植物狗牙根。具体做法为在原有沟渠基础上进行平整削坡，然后进行夯实，土层夯实后铺设多孔生态砖，在种植孔内种植草本植物。

所述水窖底层为块石垫层6，块石垫层6之上以及侧壁5为C20钢筋混凝土层8，混凝土层之外为1cm厚的砂浆面层；水窖的容积由坡耕地降雨径流量而定，所述坡耕地降雨径流量由式(1)确定：

Q＝Ψ·q·F (1)

式(1)中

F：农田汇水面积；

Ψ：综合径流系数，取0.20；

q：设计暴雨强度；

式(2)中

P：暴雨重现期，取2年；

t：降雨历时，取30min。

根据计算，一亩地产生的降雨径流量为7.84m³/h，故设计水窖容积为15m³。

以滇池流域坡耕地、坝平地范围内设施大棚、露天农田为研究区域，项目区坡耕地共计186.90亩，本方案根据现场地形及坡耕地自然形成的斑块，共设计水窖50座，分四个汇水区进行研究。

单个水窖主要工程量表及材料用量见表1、表2。

表1主要工程量表

表2主要材料用量

水泥(t)	砂子(m<sup>3</sup>)	碎石(m<sup>3</sup>)	钢筋(Kg)	块石垫层(m<sup>3</sup>)
					1.50	3.34	3.74	35.00	1.64

通过坡耕地径流拦蓄与资源化利用，得到四个汇水区的研究结果为：

表3四条汇水区水质总磷浓度变化(单位mg/l)

表4四条汇水区水质溶解磷浓度变化(单位mg/l)

从表3、表4可以看出，汇水区内部各采集点的变化差异性很大，但整体上看四号沟在磷素流失上在各个月份一直是最高的，二号汇水区次之，只是溶解态磷在全部磷流失中比例有所变化。并且各汇水区内由于土质的差异、植物的生长、农田在雨季的耕作等原因，使得各汇水区的月际间的变化趋势差异性很大。溶解态磷素的流失与总磷的流失浓度趋势存在一定差异，以四号汇水区最高，一号、二号汇水区次之，三号汇水区流失浓度最低。也即是一号汇水区的磷素流失整体上看，溶解态比例高于其他三条汇水区。

表5四条汇水区水质总氮浓度变化(单位mg/l)

表6四条汇水区水质溶解氮浓度变化(单位mg/l)

在整体水平上从总氮及溶解氮来看，由于氮素的流失主要是以溶解态流失，所以溶解态氮与总氮流失浓度的变化趋势基本相同，而且一号及四号汇水区的流失浓度最高(表5、表6)。具体原因可能有区域内农田分布较多、雨季蔬菜种植会使用大量氮肥及农家肥。而同样有农田分布的二号汇水区，由于农田分布的斑块化、位置处于较高的山坡、距离居住区较远以及此区域水资源的缺乏及储存的难度，导致农田的耕作只发生在雨季，一般只种植玉米和豌豆，且施肥较少所以其流失浓度整体上较低。三号汇水区流失浓度最低，主要是由于人为干扰小、无农田分布，并且优势群落为灌木丛，郁闭度在雨季初期较高。

从各汇水区月际间变化趋势上看一、二、三号汇水区在降雨初期六月份的氮素流失浓度较高，而四号汇水区流失浓度在降雨初期较低，在八月份最高，然后又有降低的趋势，可能是由于雨季初期开始施肥的积累，到了九月份以后，降雨减少，蔬菜种植进入尾段，很多蔬菜进入采收时期，很多农田不再施肥或者施肥量骤减。

表7水样颗粒态悬浮物含量(单位g/l)

水样中颗粒态悬浮物(SS)流失浓度在各月份仍然以四号汇水区浓度最高，并且四条汇水区在降雨初期流失浓度较大，尤其是四号汇水区(表7)。但是，进入雨季中后期四条汇水区的SS流失浓度大小趋势趋向于降低，但是四号汇水区浓度仍然远高于另外三条汇水区。雨季中后期SS流失浓度降低，植被的作用很大，包括对雨水的截留及根系的土壤固定能力，尤其是低矮的草本植物。四号汇水区流失浓度较大，主要是此汇水区内土壤翻动较大，表层土壤破坏较严重。

表8化学需氧量含量(单位mg/l)

从表8可看出八月份四条汇水区COD含量在八月份最低，可能与八月份采样之前的降雨有关，此次采样之前两天晴天，降雨天数四天总降雨量较大，达到了55.6mm。丰厚的降雨量稀释了化学需氧量的高低，但是从采样装置的状况查看得知，此次的径流量也前两次降雨大得多。虽然此次径流样品COD含量整体较低，但是二号、四号汇水区的浓度还是高于另外两个汇水区。

另外，一号、三号汇水区的植被较低矮，在雨季植物茂盛之时，对枯落物的截留能力远高于另外另个汇水区。低矮的植被对降雨的截留及缓速能力也得到了很多人的证明，此因素也可能是此两个汇水区COD含量低的重要原因之一。

以安乐片区为例，其坡耕地面积为83hm2，水窖数量为50个，微型坝塘为4个。坡耕地水窖在雨季，平均可以蓄满约9次，坝塘可以蓄满6次，共收集地表径流为约18958m3，约占坡耕地年径流量的14.3％。

Claims (6)

1.一种坡耕地径流污染拦蓄系统，其特征在于，包括遍布于灌溉区(1c)内的截流沟渠(1)，该截流沟渠(1)与引水渠(2)相接，引水渠(2)再连接至水窖(7)；在所述引水渠(2)内设置有沉砂池(3)，在引水渠(2)与水窖(7)相连处设有拦污网(4)。

2.如权利要求1所述的一种坡耕地径流污染拦蓄系统，其特征在于，所述截流沟渠(1)的纵剖面为梯形，两侧沟沿与灌溉区(1c)相接，在沟渠的侧面和底面铺设有多孔生态砖(1b)，在生态砖(1b)的孔隙内种植有草本植物(1a)。

3.如权利要求1所述的一种坡耕地径流污染拦蓄系统，其特征在于，所述截流沟渠(1)下底宽0.4m，上宽1.2m，沟深0.6m，坡度为1：0.67。

4.如权利要求1所述的一种坡耕地径流污染拦蓄系统，其特征在于，所述沉砂池(3)为圆筒状，横截面半径为45cm，高60cm。

5.如权利要求1所述的一种坡耕地径流污染拦蓄系统，其特征在于，所述水窖(7)底层为块石垫层(6)，块石垫层(6)之上以及侧壁(5)为C20钢筋混凝土层(8)，C20钢筋混凝土层(8)之外为1cm厚的砂浆面层。

6.如权利要求1所述的一种坡耕地径流污染拦蓄系统，其特征在于，所述水窖(7)的容积由坡耕地降雨径流量而定，所述坡耕地降雨径流量由式(1)确定：

Q＝Ψ·q·F (1)

式(1)中

F：农田汇水面积；

Ψ：综合径流系数；

q：设计暴雨强度；

式(2)中

P：暴雨重现期；

t：降雨历时。