CN110156167A - 硬质化基面生态沟渠和生态沟渠系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硬质化基面生态沟渠和生态沟渠系统，涉及农业面源污染控制工程技术领域。本发明提供了一种硬质化基面生态沟渠，通过在沟渠本体侧壁或底壁上设置网箱，侧台上设置有立体框架以及沟渠本体内设置生态浮床，并利用植物与上述结构的配合，有效改善了硬质化生态沟渠周边农田种植过程中氮磷营养元素流失量大以及周边水体富营养化严重的问题，同时还提高了生态沟渠的利用效率，实现生态景观与经济效益并重的目的；另外，该硬质化基面生态沟渠结构简单，工程量小，成本低，易管理，易推广。本发明还提供了一种生态沟渠系统，包括上述硬质化基面生态沟渠和生物净化池。
Description
技术领域
本发明涉及农业面源污染控制工程技术领域，尤其是涉及一种硬质化基面生态沟渠和生态沟渠系统。
背景技术
农业面源污染是指在农业生产活动中，农田中的污染物在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入水体而形成的面源污染。其中，农业源排放的氮磷是造成水体富营养化的主要因素。在众多针对农业氮磷污染控制的工程措施中，生态沟渠的氮磷去除率高的和景观生态效应好，因此，成为国内外研究的热点。
近年来，关于农田生态沟渠工程的研究较多，现有的工程技术存在以下不足：(1)在沟渠基面方面，大多数沟渠为泥质基面或者透水砖基面，而硬质化基面的生态沟渠研究较少；(2)在区域利用方面，沟渠利用率较低；(3)在工程结构方面，大多数生态沟渠的结构偏复杂，工程量偏大，管理难度高，造成推广可行性偏低。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种硬质化基面生态沟渠，以缓解硬质化生态沟渠周边农田种植过程中氮磷营养元素流失量大以及周边水体富营养化严重的问题，同时还提高了生态沟渠的利用效率，实现生态景观与经济效益并重的目的。
本发明的第二个目的在于提供一种生态沟渠系统，包括上述硬质化基面生态沟渠。
本发明提供的一种硬质化基面生态沟渠，包括沟渠本体，所述沟渠本体包括底壁、侧壁和侧台，所述侧壁位于所述底壁的两侧并与所述底壁连接，所述侧台与所述侧壁连接；
所述沟渠本体的侧壁或底壁上设置有用于种植植物的网箱；
所述沟渠本体的侧台上设置有用于供植物攀爬的立体框架；
所述沟渠本体内设置有用于种植水生植物群落的生态浮床。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述网箱为固式网箱、浮式网箱或沉式网箱。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述网箱为沉式网箱，所述沉式网箱为透水砖沉式网箱。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述立体框架包括横梁和至少两个立柱，所述横梁的两端分别与所述立柱连接，所述立柱分别设置于所述底壁两侧的侧台上以使所述横梁位于所述沟渠本体的上方。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述立体框架为拱形。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述生态浮床上开设有种植孔，所述水生植物群落通过所述种植孔设置在所述生态浮床上。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述生态浮床为高密度聚苯乙烯生态浮床。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述沟渠本体内设置有所述生态净水装置。
本发明还提供一种生态沟渠系统，包括生物净化池和上述硬质化基面生态沟渠，所述生物净化池与所述硬质化基面生态沟渠连通。
进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述生物净化池与所述硬质化基面生态沟渠之间还设置有透水坝。
本发明提供的硬质化基面生态沟渠和生态沟渠系统具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种硬质化基面生态沟渠，通过在沟渠本体侧壁或底壁上设置网箱，侧台上设置有立体框架以及沟渠本体内设置生态浮床，并利用植物与上述结构的配合，有效改善了硬质化生态沟渠周边农田种植过程中氮磷营养元素流失量大以及周边水体富营养化严重的问题，同时还提高了生态沟渠的利用效率，实现生态景观与经济效益并重的目的；
另外，该硬质化基面生态沟渠结构简单，工程量小，成本低，易管理，易推广。
(2)本发明提供了一种生态沟渠系统，包括上述硬质化基面生态沟渠和生物净化池。鉴于上述硬质化基面生态沟渠所具有的优势，使得该生态沟渠系统能够有效拦截氮磷及其它污染物，实现了水体达标排放以及农田面源污染治理的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的硬质化基面生态沟渠；
图2为本发明实施例1中的生态浮床；
图3为本发明实施例1中的网箱；
图4为本发明实施例1中的立体框架；
图5为本发明一种实施方式的立体框架。
图标：11-底壁；12-侧壁；13-侧台；14-网箱；15-立体框架；16-生态浮床；151-横梁；152-立柱；161-种植孔。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种硬质化基面生态沟渠，包括沟渠本体，沟渠本体包括底壁、侧壁和侧台，侧壁位于底壁的两侧并与底壁连接，侧台与侧壁连接；
沟渠本体的侧壁或底壁上设置有用于种植植物的网箱；
沟渠本体的侧台上设置有用于供植物攀爬的立体框架；
沟渠本体内设置有用于种植水生植物群落的生态浮床。
本发明提供了一种硬质化基面生态沟渠，通过在沟渠本体侧壁或底壁上设置网箱，侧台上设置有立体框架以及沟渠本体内设置生态浮床，并利用植物与上述结构的配合，有效改善了硬质化生态沟渠周边农田种植过程中氮磷营养元素流失量大以及周边水体富营养化严重的问题，同时还提高了生态沟渠的利用效率，实现生态景观与经济效益并重的目的；
另外，该硬质化基面生态沟渠结构简单，工程量小，成本低，易管理，易推广。
具体的，沟渠本体的侧壁或底壁上设置有用于种植植物的网箱，是指沟渠本体的侧壁上设置有网箱，或者沟渠本体的底壁上设置有网箱。由于网箱是设置于沟渠内，故种植于网箱中的植物典型但非限制性的为水生植物。
沟渠本体的侧台分别设置于底壁的两侧，并分别与底壁两侧的侧壁连接，侧台上设置有用于供植物攀爬的立体框架。立体框架可以设置在沟渠本体的同一侧侧台，也可以横跨沟渠本体上方设置在不同侧的侧台上，具体设置方式不作具体限定。
植物可以攀爬在立体框架上形成一处生态景观。植物的种类可以有多种，典型但非限制性的植物为攀缘型植物。
在沟渠本体内设置生态浮床，生态浮床上种植有水生植物群落，利用水生植物群落的根系吸收水中的富营养化物质，例如总磷、氨氮、有机物等，降低氮磷营养元素流失使得水体的营养得到转移，减轻水体由于封闭或自循环不足带来的水体腥臭、富营养化现象。
作为本发明的一种可选实施方式，网箱为固式网箱、浮式网箱或沉式网箱。
固式网箱主要是通过某些固定件(例如竹桩或水泥桩)固定，不能随水位变动而浮动，只适用于水位变化不大的水体；浮式网箱可通过浮力装置或框架随水位变化而浮动。相对于固式网箱，其可随意移动，适用于较深的水体；沉式网箱则全部沉入水下，该种网箱可以自由升降。具体选用哪种类型的网箱，可根据生态沟渠的具体情况进行设定。
作为本发明的一种优选实施方式，网箱为沉式网箱，沉式网箱为透水砖沉式网箱。
通过对网箱种类，使得其更适合植物生长。采用透水砖作为网箱材质，生态环保。
网箱中所种植的植物种类有很多。作为本发明的一种可选实施方式，网箱中种植有攀缘型植物。攀缘型植物可沿侧壁攀爬。典型但非限制性的攀缘型植物为瓜蒌。该植物擅攀爬，耐高温，可以保证在炎热的硬质化沟渠壁面上存活。此外，瓜蒌的果实、果皮、果仁(籽)、根茎均为上好的中药材，具有较高的利用价值。
立体框架可有多种结构。作为本发明的一种可选实施方式，立体框架包括横梁和至少两个立柱，横梁的两端分别与立柱连接，立柱分别设置于底壁两侧的侧台上以使横梁位于沟渠本体的上方，具体如图4和图5所示。
作为本发明的一种可选实施方式，立体框架为拱形。
通过对横梁和立柱之间位置以及连接关系的限定，使得该立体框架具有类“n”字拱形结构，从而使得立体框架横跨于沟渠本体的两个侧台上。
在立体框架也可以种植攀缘型植物，典型但非限制性的攀缘型植物包括丝瓜和/或凌霄花。该植攀缘型植物兼顾观赏和经济双重功能。
考虑到立体框架所处环境，作为本发明的一种可选实施方式，立体框架为不锈钢立体框架。
通过对立体框架材质的限定，使得该立体框架经久耐用。
对于立体框架的具体尺寸，没有特殊限定，可根据沟渠本体的尺寸大小进行设定。
作为本发明的一种可选实施方式，生态浮床上开设有种植孔，水生植物群落通过种植孔设置在生态浮床上。
其中的水生植物群落可以存在多种植物的组合方式。典型但非限制性的水生植物群落为菱角、莼菜、豆瓣菜、慈姑、荷花和花菖蒲的组合。通过多种植物的组合，使其对水体的净水效果佳，且经济价值高。
作为本发明的一种可选实施方式，生态浮床为高密度聚苯乙烯生态浮床。
高密度聚苯乙烯生态浮床具有坚固耐用，绿色环保，良好的抗腐蚀性和稳定性，不入水下沉。
作为本发明的一种可选实施方式，高密度聚苯乙烯生态浮床上还具有特殊的边角设计，防撞防挤压，大幅度提高浮床抗风浪性能，延长浮床使用寿命。
本发明提供的硬质化基面生态沟渠，在植物群落选择方面进行了优化。在侧壁以及立体框架上应用攀缘型植物以及在生态浮床上应用水生植物群落。在植物群落选择方面，不仅考虑植物的水质净化和生态景观功能，还考虑经济价值，选择具有经济价值的水生型蔬菜和攀缘型植物或蔬菜，可采摘食用，经济实用，避免生态沟渠内植物枯萎引发的二次污染问题。
作为本发明的一种可选实施方式，硬质化基面生态沟渠内设置有生态净水装置。
生态净水装置括箱体，在箱体内从上至下依次设置有用于盛放水生植物的水生植物区、用于盛放水生动物的水生动物区和用于盛放底栖生物的底栖生物区，并利用水生植物、水生动物和底栖生物之间相互依存的食物链关系(水生植物可充分吸收水体中的氮磷，水生动物以水生植物的根系碎屑、浮游植物或浮游动物为饵料，底栖生物以水生动物的排泄物或底泥碎屑为饵料)以及三者对水质的改善净化作用，实现了水生植物、水生动物和底栖生物所形成的生态体系的稳定存在，同时还实现了对生态沟渠中的水体进行净化，且净化效果显著，可有效促进水环境可持续良性发展。
根据本发明的第二个方面，还提供一种生态沟渠系统，包括生物净化池和上述硬质化基面生态沟渠，生物净化池与硬质化基面生态沟渠连通。
将硬质化基面生态沟渠中的水体在排出到河流之前，还要经过生物净化池的处理。
本发明提供了一种生态沟渠系统，包括上述硬质化基面生态沟渠和生物净化池。鉴于上述硬质化基面生态沟渠所具有的优势，使得该生态沟渠系统能够有效拦截氮磷及其它污染物，实现了水体达标排放以及农田面源污染治理的目的。
作为本发明的一种可选实施方式，在生物净化池内设置水生植物、水生动物。
依据水生植物的生长特性，选择适宜当地生长、污染物去除效果好、易于管理且具有一定经济价值的水生植物。水生植物可提高水体自净能力，为鱼类、昆虫、两栖类、鸟类提供生活生境的同时也具有克藻效应。水生动物可降低营养物质浓度，提高水体透明度，放养前应考察环境，根据环境污染特性放养相应的水生动物。
作为本发明的一种可选实施方式，生物净化池与硬质化基面生态沟渠之间还设置有透水坝。
通过硬质化基面生态沟渠、透水坝和生物净化池的层层设置，可有效拦截氮磷及其它污染物，实现水体达标排放。
为了说明本发明的技术效果，特设以下实施例。
实施例1
本实施例提供一种硬质化基面生态沟渠，包括沟渠本体，沟渠本体包括底壁11、侧壁12和侧台13，具体如图1；
沟渠本体的总长度为200m，底壁11、侧壁12和侧台13均为硬质化水泥基面。沟渠本体的横断面为上宽下窄的等腰梯形结构，顶部宽度3.0m，底部宽度1.5m。
沟渠本体内设置有用于种植水生植物群落的生态浮床16，生态浮床16设置有种植孔161，具体如图2所示。生态浮床16为高密度聚苯乙烯生态浮床，生态浮床16的尺寸规格为80cm×80cm×10cm(长×宽×厚)，生态浮床16上种植的水生植物群落组合为“菱角+莼菜+豆瓣菜+慈姑+荷花+花菖蒲”，种植密度为35株/m2。
沟渠本体的侧壁12上设置有用于种植植物的网箱14，网箱14结构具体如图3所示。网箱14材质为透水砖，尺寸规格为30cm×40cm(直径×高度)，实验基地种植壁面攀缘型植物为瓜蒌，种植密度为10株/m2。
沟渠的侧台13上设置有用于供攀缘型植物攀爬的立体框架15，立体框架15包括横梁151和两个立柱152，横梁151的两端分别与立柱152连接，立柱152分别设置于所述沟渠本体的两个侧台13上以使横梁151位于沟渠本体的上方。立体框架15的材质为不锈钢，尺寸规格为150cm×300cm(立柱高度×横梁直径)，立体框架15上的攀缘型植物为丝瓜和凌霄花，种植密度为5株/m2。
实施例2
本实施例提供一种硬质化基面生态沟渠，该硬质化基面生态沟渠是在对实施例1提供的硬质化基面生态沟渠的基础上进行改进。
该硬质化基面生态沟渠是在实施例1中的沟渠本体内设置有生态净水装置。
生态净水装置括箱体，在箱体内从上至下依次设置有用于盛放水生植物的水生植物区、用于盛放水生动物的水生动物区和用于盛放底栖生物的底栖生物区，水生植物区与水生动物区相连通，水生动物区与底栖生物区相连通。水生植物为美人蕉、水生鸢尾和香蒲，水生动物为罗非鱼、鲢鱼和草鱼，底栖生物为螺类、蚌类和贝类。
实施例3
本实施例提供一种生态沟渠系统，包括生物净化池和实施例1提供的硬质化基面生态沟渠。
生物净化池与硬质化基面生态沟渠连通，生物净化池内种植有水生植物和水生动物。
实施例4
本实施例提供一种生态沟渠系统，包括生物净化池和实施例2提供的硬质化基面生态沟渠。
生物净化池与硬质化基面生态沟渠连通，生物净化池与硬质化基面生态沟渠之间还设有透水坝。生物净化池内种植有水生植物和水生动物。
另外，为了验证本发明提供的硬质化基面生态沟渠的技术效果，以湖北省桐山实验基地的农田硬质化沟渠为对象，按照实施例1提供的技术方案进行实验。在示范区经过一年运行期，农田排水水质得到明显提升，总氮的平均去除率达到35％，总磷的平均去除率达到45％。这不仅有效改善实验基地农田地排水水质，控制区域面源污染问题，同时达到因地制宜、经济高效、简单实用、易于维护、便于推广的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种硬质化基面生态沟渠，其特征在于，包括沟渠本体，所述沟渠本体包括底壁、侧壁和侧台，所述侧壁位于所述底壁的两侧并与所述底壁连接，所述侧台与所述侧壁连接；
所述沟渠本体的侧壁或底壁上设置有用于种植植物的网箱；
所述沟渠本体的侧台上设置有用于供植物攀爬的立体框架；
所述沟渠本体内设置有用于种植水生植物群落的生态浮床。
2.根据权利要求1所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述网箱为固式网箱、浮式网箱或沉式网箱。
3.根据权利要求1所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述网箱为沉式网箱，所述沉式网箱为透水砖沉式网箱。
4.根据权利要求1所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述立体框架包括横梁和至少两个立柱，所述横梁的两端分别与所述立柱连接，所述立柱分别设置于所述底壁两侧的侧台上以使所述横梁位于所述沟渠本体的上方。
5.根据权利要求4所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述立体框架为拱形。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述生态浮床上开设有种植孔，所述水生植物群落通过所述种植孔设置在所述生态浮床上。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述生态浮床为高密度聚苯乙烯生态浮床。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的硬质化基面生态沟渠，其特征在于，所述沟渠本体内设置有生态净水装置。
9.一种生态沟渠系统，其特征在于，包括生物净化池和权利要求1-8任一项所述的硬质化基面生态沟渠，所述生物净化池与所述硬质化基面生态沟渠连通。
10.根据权利要求9所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述生物净化池与所述硬质化基面生态沟渠之间还设置有透水坝。
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