一種用于農田退水污染防控的生態溝渠系統及構建方法技術方案

本發明專利技術的用于農田退水污染防控的生態溝渠系統，包括依次相通的毛渠、支渠、庫/塘和干渠，通過以下步驟來構建：1).毛渠的構建：1?1).修整毛渠；1?2).種植植物；1?3).設置多級石階；2).支渠的構建：2?1).修整支渠；2?2).設置支渠邊坡；2?3).修建土質攔截壩；2?4).種植植物和布置人工水草；2?5).設置石籠；3).庫/塘的構建；4).干渠的構建。本構建方法是在原有溝渠的基礎上進行修整和生態改造，更加有利于農田地表徑流和農田灌溉水的排放，整個改造過程不改變農業生產的格局，同時可以提高溝渠對農田排水中污染物質的凈化能力，不額外占用耕地資源，構建方法、工藝及日常維護簡單，易于實現以及推廣。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及農田面源污染控制
，更具體涉及一種阻控農田退水污染的生態溝渠系統構建方法，適用于農田退水污染嚴重的傳統農灌區，尤其是溝渠縱橫的平原農業區。
技術介紹
目前，農業面源污染尤其是農業生產和生活活動引起的農業面源污染，已經成為水環境污染最重要的來源。農業面源污染是指在農業生產活動中，氮素和磷素等養分、農藥以及其他有機或無機污染物質，通過農田的地表徑流和農田滲漏，形成的水環境的污染，主要包括化肥污染、農藥污染和集約化養殖場污染。目前，農業面源污染已成為世界上普遍存在的一個嚴重環境問題。世界上許多國家和地區的研究結果均證實，農業面源污染是導致水體富營養化的主要原因。在中國隨著農業活動和化肥施用量的增加，農業面源污染對水環境造成污染的比例也在不斷增大。在2008年中國已經成為世界上最大的氮肥生產和消費國，總化肥消耗量達到5200萬噸，占世界總消耗量的1/3，農田平均施用量大約為230 kg N hm-2，在一些省份平均施用量達到400 kg N hm-2，有些蔬菜地的施用量甚至超過1000 kg N hm-2。過量施用化肥會加劇地表水體的富營養化。根據調查在滇池富營養化中，農業面源污染分別貢獻了44.5%的氮和26.7%的磷。在太湖中40%~90%的總氮和38%~90%的總磷來自于農田。國內外在治理面源污染的過程中，逐漸認識到生態過程是面源污染治理的有效措施，目前技術比較成熟和應用較多的生態過程有：人工濕地、前置庫、植被緩沖帶、水陸交錯帶等。雖然這些技術可以有效的阻控農業面源污染，但由于需要較大的占地面積，難以在大范圍推廣應用，尤其是不適用于我國人多地少的國情。農田灌排水溝渠是農田生態系統重要組成部分，其在農業生產中主要起到灌溉、蓄水甚至防洪的作用。近些年來，國內外的學者普遍認為農田灌排水溝渠是具有河流或濕地系統特征的生態工程系統，具有水生生態系統的生態功能，逐漸將其作為一種控制農業面源污染的重要手段。而生態溝渠是一種新型生態工程學技術，主要由工程措施和植物系統兩部分組成。主要針對當前農業溝渠進排水功能單一、溝渠結構破壞顯著以及硬質化趨勢加速等現象，生態溝渠遵循生態學原理，在保證土水、土氣交換和生態結構不破壞前提下，通過工程措施適當加大護坡和護底強度，構建穩定生態系統，通過植物吸收和土壤吸附等作用，發揮凈化水質和攔截污染物的功能。因此，生態溝渠具有生態功能完整、污染物截留率高、景觀悅目、護坡高效的特點。生態溝渠的專利技術和構建可以很好地解決人地之間的矛盾，但由于農業面源污染的區域差異和地區經濟發展水平的不同，目前還沒有普遍適用于不同農業耕作區的生態溝渠。
技術實現思路
本專利技術為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種用于農田退水污染防控的生態溝渠系統及構建方法。本專利技術的用于農田退水污染防控的生態溝渠系統，包括毛渠、支渠、庫/塘和干渠，毛渠、支渠間隔分布于農田中，毛渠與支渠相通，以便將進入毛渠的農田退水排入支渠中；支渠與庫/塘相通，以便將支渠中的農田退水排入至庫/塘中；庫/塘與干渠相通，以便庫/塘中的水經干渠排出；其特征在于：毛渠的渠底、邊坡上種植有本土植物，毛渠進入支渠的入口處設置有多級石階，以實現對農田退水中泥沙、懸浮物的截留；支渠中間隔設置有不透水的土質攔截壩，相鄰攔截壩間設置有透水壩，支渠的渠底鋪設有陶粒、砂石和礫石組成的顆粒狀基質吸附材料，以實現對退水中氮磷營養物質的吸附，支渠的邊坡上壘筑一層帶孔磚或石籠并種植護岸植物、設置人工水草；支渠的渠底種植有沉水植物、浮水植物和挺水植物，以實現對農田退水的凈化處理；支渠進入庫/塘的入口處設置有石籠，以實現對固體廢棄物的攔截；庫/塘中種植有沉水植物、浮水植物和挺水植物，并在周邊設置若干人工魚槽，提供生物棲息地，以便恢復水生態系統；庫/塘進入干渠的入口處設置有石籠堤壩，干渠中種植有挺水植物，干渠邊坡上間隔設置有護岸木樁并種植有護岸植物。本專利技術的用于農田退水污染防控的生態溝渠系統的構建方法，其特征在于，通過以下步驟來實現：1).毛渠的構建：1-1).修整毛渠，在原有毛渠的基礎進行修整和生態改造，根據易于將農田中的水排出的布局原則，挖掘寬度為30～60cm、深度為50～120cm、邊坡比為1:1.0～1:1.5、橫截面為梯形的毛渠，并將毛渠的渠底和兩側的邊坡整平；1-2).種植植物，在毛渠的渠底、邊坡上種植苦蕎麥、馬齒莧和狼尾草本地植物，以穩固毛渠結構，防止水土流失和氮磷的污染；1-3).設置多級石階，在毛渠進入支渠的入口處設置由礫石鋪設成的多級石階，用于阻擋和沉淀農田排水中攜帶的泥沙、懸浮物；2).支渠的構建：2-1).修整支渠，按照寬度為120～240cm、深度為100～200cm、邊坡比為1:2.0～1:2.5的尺寸，對原有支渠進行修整和生態改造，構建出橫截面為梯形的支渠，同時將支渠的渠底和邊坡整平；2-2).設置支渠邊坡，首先在整平的支渠邊坡上施加土壤改良劑，用于改善邊坡土壤結構；然后在支渠邊坡底部壘筑一層帶孔磚或石籠，最后在帶孔磚或石籠的孔內種植護坡植物；護坡植物按照淹水邊坡種植挺水植物、上部邊坡種植根系發達的本土植物的原則；2-3).修建土質攔截壩，在支渠中每200m修建2～3個不透水的土質攔截壩，以便將農田退水截留在支渠中；然后在相鄰兩攔截壩之間修建多個透水壩，并在支渠的渠底鋪設陶粒、砂石和礫石組成的顆粒狀基質吸附材料，以實現對農田退水中氮磷營養物質的吸附；2-4).種植植物和布置人工水草，在支渠內種植挺水植物、浮水植物和沉水植物，以實現對農田退水中氮磷營養元素的吸收；并在支渠的邊坡上懸掛人工水草，利用人工水草表面形成的生物膜降解、分解、吸收退水中污染物質；2-5).設置石籠，在支渠進入庫/塘的入口處沿水流方向布置石籠，以實現對農田退水中個體較大的垃圾、漂浮物和農業廢棄物的攔截；管理人員定期對攔截物進行清理；同時在石籠上懸掛人工水草，以增強溝渠的水質凈化功能；3).庫/塘的構建：3-1).挖掘庫/塘，根據當地降水量和飽和持水量設計庫/塘容量，按照庫/塘內水位不低于庫/塘總深度2/3的原則挖掘庫/塘，庫/塘用于存儲和凈化農田退水，并且在農田需灌水時回灌農田；3-2).設置石籠堤壩，在庫/塘進入干渠的出口處設置石籠堤壩，石籠堤壩的頂部處于干渠深度的2/3處；3-3).種植植物，在庫/塘內種植挺水植物、浮水植物和沉水植物，以實現對農田退水的凈化處理；3-4).設置魚槽，在庫/塘中放置若干人工魚槽，并放養螺螄、鯽魚、泥鰍水底生物，以增加庫/塘濕地生態系統的穩定性，促進庫/塘中污染物的降解；4).干渠的構建：4-1).修整干渠，按照寬度為240～500cm、深度為200～400cm、邊坡比為1:2.0～1:2.5的尺寸，對原有干渠進行修整和生態改造，構建橫截面為梯形的干渠；4-2).采用木樁護岸并栽種護岸植物，在干渠邊坡上壘筑一層帶孔磚或石籠，并在干渠的邊坡上間隔打入木樁，實現干渠邊坡的防護；同時在帶孔磚或石籠的孔內種植護坡植物；護坡植物按照淹水邊坡種植挺水植物、上部邊坡種植根系發達的本土植物的原則，在干渠的邊坡上種植護岸植物；4-3).種植植物，在干渠內種植挺水植物，以實現干渠對水體的凈化。本專利技術的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于農田退水污染防控的生態溝渠系統，包括毛渠（1）、支渠（2）、庫/塘（3）和干渠（4），毛渠、支渠間隔分布于農田中，毛渠與支渠相通，以便將進入毛渠的農田退水排入支渠中；支渠與庫/塘相通，以便將支渠中的農田退水排入至庫/塘中；庫/塘與干渠相通，以便庫/塘中的水經干渠排出；其特征在于：毛渠的渠底、邊坡上種植有本土植物（16），毛渠進入支渠的入口處設置有多級石階（8），以實現對農田退水中泥沙和懸浮物的截留；支渠中間隔設置有不透水的土質攔截壩（9），相鄰攔截壩間設置有透水壩（10），支渠的渠底鋪設有陶粒、砂石和礫石組成的顆粒狀基質吸附材料，以實現對退水中氮磷營養物質的吸附，支渠的邊坡上壘筑一層帶孔磚或石籠并種植護岸植物、設置人工水草；支渠的渠底種植有沉水植物、浮水植物和挺水植物，以實現對農田退水的凈化處理；支渠進入庫/塘的入口處設置有石籠，以實現對固體廢棄物的攔截；庫/塘中種植有沉水植物、浮水植物和挺水植物，并在周邊設置若干人工魚槽，提供生物棲息地，以便恢復水生態系統；庫/塘進入干渠的入口處設置有石籠堤壩，干渠中種植有挺水植物，干渠邊坡上間隔設置有護岸木樁并種植有護岸植物。

【技術特征摘要】
1.一種用于農田退水污染防控的生態溝渠系統，包括毛渠（1）、支渠（2）、庫/塘（3）和干渠（4），毛渠、支渠間隔分布于農田中，毛渠與支渠相通，以便將進入毛渠的農田退水排入支渠中；支渠與庫/塘相通，以便將支渠中的農田退水排入至庫/塘中；庫/塘與干渠相通，以便庫/塘中的水經干渠排出；其特征在于：毛渠的渠底、邊坡上種植有本土植物（16），毛渠進入支渠的入口處設置有多級石階（8），以實現對農田退水中泥沙和懸浮物的截留；支渠中間隔設置有不透水的土質攔截壩（9），相鄰攔截壩間設置有透水壩（10），支渠的渠底鋪設有陶粒、砂石和礫石組成的顆粒狀基質吸附材料，以實現對退水中氮磷營養物質的吸附，支渠的邊坡上壘筑一層帶孔磚或石籠并種植護岸植物、設置人工水草；支渠的渠底種植有沉水植物、浮水植物和挺水植物，以實現對農田退水的凈化處理；支渠進入庫/塘的入口處設置有石籠，以實現對固體廢棄物的攔截；庫/塘中種植有沉水植物、浮水植物和挺水植物，并在周邊設置若干人工魚槽，提供生物棲息地，以便恢復水生態系統；庫/塘進入干渠的入口處設置有石籠堤壩，干渠中種植有挺水植物，干渠邊坡上間隔設置有護岸木樁并種植有護岸植物。2.一種權利要求1所述的用于農田退水污染防控的生態溝渠系統的構建方法，其特征在于，通過以下步驟來實現：1).毛渠的構建：1-1).修整毛渠，在原有毛渠的基礎進行修整和生態改造，根據易于將農田中的水排出的布局原則，挖掘寬度為30～60cm、深度為50～120cm、邊坡比為1:1.0～1:1.5、橫截面為梯形的毛渠，并將毛渠的渠底和兩側的邊坡整平；1-2).種植植物，在毛渠的渠底、邊坡上種植苦蕎麥、馬齒莧和/或狼尾草本地植物，以穩固毛渠結構，防止水土流失和氮磷的污染；1-3).設置多級石階，在毛渠進入支渠的入口處設置由礫石鋪設成的多級石階，用于阻擋和沉淀農田排水中攜帶的泥沙、懸浮物；2).支渠的構建：2-1).修整支渠，按照寬度為120～240cm、深度為100～200cm、邊坡比為1:2.0～1:2.5的尺寸，對原有支渠進行修整和生態改造，構建出橫截面為梯形的支渠，同時將支渠的渠底和邊坡整平；2-2).設置支渠邊坡，首先在整平的支渠邊坡上施加土壤改良劑，用于改善邊坡土壤結構；然后在支渠邊坡底部壘筑一層帶孔磚或石籠，最后在帶孔磚或石籠的孔內種植護坡植物；護坡植物按照淹水邊坡種植挺水植物、上部邊坡種植根系發達的本土植物的原則；2-3).修建土質攔截壩，在支渠中每200m修建2～3個不透水的土質攔截壩，以便將農田退水截留在支渠中；然后在相鄰兩攔截壩之間修建多個透水壩，并在支渠的渠底鋪設陶粒、砂石和礫石組成的顆粒狀基質吸附材料，以實現對農田退水中氮磷營養物質的吸附；2-4).種植植物和布置人工水草，在支渠內種植挺水植物、浮水植物和沉水植物，以實現對農田退水中氮磷營養元素的吸收；并在支渠的邊坡上懸掛人工水草，利用人工水草表面形成的生物膜降解、分解、吸收退水中污染物質；2-5).設置石籠，在支渠進入庫/塘的入口處沿水流方向布置石籠，以實現...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳慶鋒，趙長盛，李榮斌，
申請(專利權)人：山東省分析測試中心，
類型：發明
國別省市：山東;37