箱体汇水覆土种植系统及利用其进行露天坑体复垦的方法与流程

本发明属于矿坑复垦及节水领域，尤其是涉及一种箱体汇水覆土种植系统及利用其进行露天坑体复垦的方法。

背景技术：

在土地复垦过程中，对于大型露天矿坑、采土烧砖的深坑或者废弃坑塘、沟渠，一般采用土方回填的方式进行复垦。土方填埋一方面受限于土源条件，尤其在平原地区土源相对匮乏，调运土方成本大，还会造成私挖乱采，带来生态破坏；另一方面，覆土后的坑塘仅具备种植功能，失去了坑塘原有的地利条件，坑塘存水储水的地形优势没有得到有效利用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种箱体汇水覆土种植系统，以克服现有技术的缺陷，有效解决土地复垦过程中因土源匮乏而难以复垦的露天矿坑、采土烧砖的深坑、废弃坑塘及沟渠等露天坑体的复垦难题，实现地表景观重建，有效增加耕地面积，同时实现节水灌溉。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

箱体汇水覆土种植系统，包括位于露天坑体内的若干相互连通的箱体；若干箱体底部形状与其所在的露天坑体所在位置的形状相当，且若干箱体底部的高程小于露天坑体底部的高程；若干箱体顶部或箱体内距箱体顶部一定距离处均设有盖板，盖板上正对箱体的位置均分布有若干漏水孔；盖板顶部从下至上依次设有土工布、过滤层和覆土种植层；若干箱体中位于最外侧的箱体上设有进水口。

可根据坑体周边地形、地貌条件，降雨量、汇水量，灌溉面积及箱体的载重要求选择单个箱体的形状、大小和间隔距离，使其充分收集降水和地表径流。单个箱体形状可根据深坑的形状自由制定，可以是任何长方体、正方体、柱体等规则形状，也可以是任何不规则的形状，只要保证其便于根据坑体的形状和大小随意组合，使其充分填充坑体的空间，同时满足预留足够厚度的覆土种植层的要求即可。

进一步的，若干箱体内距离箱体顶部处均设有支撑部，所述支撑部上可拆卸的设有盖板；所述露天坑体为露天矿坑、采土烧砖的深坑、废弃坑塘或沟渠。

进一步的，位于最外侧的一个箱体的盖板上设有检修井，所述检修井与该箱体连通；所述检修井顶部高于覆土种植层30-50cm；若干漏水孔成梅花形设置，若干漏水孔的孔径均为5-10cm，相邻两漏水孔之间的间距为15-20cm。

进一步的，若干箱体中位于露天坑体最低处的箱体内设有集水池，所述集水池内设有水泵，所述水泵出水口连接出水管，所述出水管依次穿过该箱体的盖板、土工布、过滤层和覆土种植层，其端部连接有出水栓。

进一步的，所述进水口与地表沟渠连通，且连通处设有拦污网；所述进水口处设有自动控制的阀门；所述覆土种植层的厚度为50-100cm；过滤层的厚度为20-30cm；过滤层的材质为粗砂或级配碎石。箱体表层的覆土种植层的厚度需根据当地种植的植被类型、扎根深度来决定，选择适宜的土层厚度，提高种植植物的成活率。

进一步的，若干箱体中，相邻两个箱体之间通过透水孔连通；各透水孔处均设有自动控制的阀门；若干箱体的材质均为混凝土、pe或pp中的一种。箱体材质的选择，必须能使箱体具有一定的承载功能(汽车荷载等级：公路-ⅱ级)，铺排稳定、防止沉降，可覆土种植且满足机械作业的要求，维护要求较低。箱体还应满足安全无毒、防渗漏并且可降解的要求。

进一步的，所述水泵所在的箱体内设有第一液位传感器，所述第一液位传感器位于水泵所能抽取的最低水位处；进水口所在的箱体内位于进水口下端的位置上设有第二液位传感器；若干箱体内位于盖板底部一定间距内均设有第三液位传感器。第三液位传感器距盖板底部的间距为0-20cm。

本发明的第二个目的在于提出一种利用如上所述箱体汇水覆土种植系统进行露天坑体复垦的方法，借助上述箱体汇水覆土种植系统，有效解决土地复垦过程中难以复垦的大型露天矿坑、采土烧砖的深坑、废弃坑塘及沟渠等露天坑体的复垦难题，实现地表景观重建，有效增加耕地面积，同时缓解坑区附近的耕作区缺水灌溉的问题，通过实施节水灌溉解决好农业生产的用水之需。

一种利用如上所述的箱体汇水覆土种植系统进行露天坑体复垦的方法，包括以下步骤：

(1)在露天坑体周边地表增修汇水渠道和/或改造利用现有排灌系统，并对增修的汇水渠道和/或现有排灌系统进行防渗处理，以保证露天坑体周边的地表径流能自然汇集到露天坑体内部；其中，对现有排灌系统的改造，主要是通过适当调整或者改变原有沟渠走向等方式，将地表雨水汇集到矿坑等所在的位置；防渗方面，在遵循施工方便、经济耐用、养护容易等原则下，择优采用合适的渠道防渗技术,可以选取土料夯实防渗、灰土和三合土防渗、水泥土防渗、砌石防渗、混凝土和钢筋混凝土防渗、塑料薄膜防渗等进行渠道防渗。

(2)将露天坑体表面的土层去掉一部分用于箱体建设，之后将若干箱体原位浇筑或固定在露天坑体内部，保证各箱体沿露天坑体内部形状布设，且各个箱体之间相互连通，依次加盖所述盖板，设置铺设土工布、过滤层和覆土种植层，设置检修井、集水池、水泵、出水管、出水栓、第一液位传感器、第二液位传感器和第三液位传感器，构建所述箱体汇水覆土种植系统；

(3)在覆土种植层根据需要种植相应的植物，将所述出水栓与灌溉单元连通，第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器、水泵和各自动控制的阀门与自动控制系统连通，将汇水渠道和/或现有排灌系统与箱体汇水覆土种植系统的进水口连通，通过汇水渠道和/或现有排灌系统收集地表径流、盖板上的漏水孔收集覆土种植层等的下渗水，通过控制最低水位和最高水位，保证箱体内的储水既满足灌溉需求，又不至于溢出箱体淹没覆土种植层及其周边的农作物。

优选的，所述步骤(2)中覆土种植层的土来源于汇水渠道新建和/或现有排灌系统改造，以及箱体建设过程产生的开挖土；所述步骤(3)中，灌溉方式采用低压管道输水灌溉、喷灌、微灌或虹吸式灌溉；所述步骤(3)中，灌溉的对象为箱体上覆土种植层内的植物和/或露天坑体周边农田中的农作物。

优选的，所述步骤(3)中，通过汇水渠道和/或现有排灌系统的地表径流在进入箱体之前，预先经过截污挂篮装置、弃流过滤装置、自动过滤装置进行预处理。

相对于现有技术，本发明所述的箱体汇水覆土种植系统具有以下优势：

本发明所述的箱体汇水覆土种植系统，能有效解决土地复垦过程中因土源匮乏难以复垦的露天矿坑、采土烧砖的深坑以及废弃的坑塘、沟渠等露天坑体的复垦难题，实现地表景观重建，有效增加耕地面积——新增耕地率达到90％以上，改善农田小气候。同时，利用箱体储水，与节水灌溉技术相结合，缓解复垦区域缺水问题。其中，箱体储水过程中雨水主要通过两种方式进入箱体，一是地表径流，雨水通过地表径流流入沟渠，沟渠通过拦污网和进水管进入箱体中；二是通过耕作层、过滤层及土工布的下渗水至箱体中。箱体所有的水最终汇集于集水井中，集水井中的水通过水泵抽至箱体上方，通过出水栓对作物进行灌溉。

所述利用如上所述的箱体汇水覆土种植系统进行露天坑体复垦的方法与上述箱体汇水覆土种植系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所述的箱体汇水覆土种植系统的简单结构示意图；

图2为图1中a部分的放大图；

图3为本发明实施例1所述的箱体汇水覆土种植系统的盖板与漏水孔相对位置示意图；

图4为本发明实施例2所述的箱体汇水覆土种植系统的简单结构示意图。

附图标记说明：

1-检修井；2-盖板；3-漏水孔；4-矿坑；5-箱体；501-支撑部；6-透水孔；7-出水栓；8-出水管；9-水泵；10-集水池；11-进水管；12-拦污网；13-土工布；14-粗过滤层；15-覆土种植层；16-沟渠；17-阀门；18-第一液位传感器；19-第二液位传感器；20-第三液位传感器；21-采土烧砖的深坑；23-道路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如图1、图2所示，箱体汇水覆土种植系统，包括位于矿坑4内的若干相互连通的箱体5；若干箱体5底部形状与其所在的矿坑4所在位置的形状相当，且若干箱体5底部的高程小于露天坑体底部的高程；若干箱体5内距箱体5顶部一定距离处均设有盖板2，盖板2上正对箱体5的位置上设置若干漏水孔3；盖板2顶部从下至上依次设有土工布13、过滤层14和覆土种植层15；若干箱体5中位于最外侧的箱体5上设有进水口，最外侧的箱体5靠近沟渠16。土工布13可提高储水中的溶解氧含量，保证水质，又能防止细小的杂质进入箱体5内。

若干箱体5内距离箱体5顶部处均设有支撑部501，所述支撑部501上可拆卸的设有盖板2。支撑部501上设有凹槽，盖板2底部设有凹槽对应卡合的凸起。

位于最外侧(靠近道路)的一个箱体5的盖板2上设有检修井1，所述检修井1与该箱体5连通；所述检修井1顶部高于覆土种植层1540cm；如图3所示，若干漏水孔3成梅花形设置，若干漏水孔3的孔径均为8cm，相邻两漏水孔3之间的间距为15cm。

若干箱体5中位于矿坑4最低处的箱体5内设有集水池10，所述集水池10内设有水泵9，所述水泵9出水口连接出水管8，所述出水管8依次穿过该箱体5的盖板2、土工布13、粗过滤层14和覆土种植层15，其端部连接有出水栓7。

所述进水口与地表水沟渠16连通，且连通处设有拦污网12；所述进水口处设有自动控制的阀门17；所述覆土种植层15的厚度为90cm；过滤层14的厚度为25cm；粗过滤层14的材质为级配碎石。

若干箱体5中，相邻两个箱体5之间通过透水孔6连通；各透水孔6处均设有自动控制的阀门17；若干箱体5的材质均为pe。

所述水泵9所在的箱体5内设有第一液位传感器18，所述第一液位传感器18位于水泵9所能抽取的最低水位处，具体来说位于水泵的进水口以上20cm处；整个系统的进水口所在的箱体5内位于进水口下端的位置上设有第二液位传感器19，第二液位传感器19紧贴进水口底部；若干箱体5内位于盖板2底部20cm处均设有第三液位传感器20。

利用上述的箱体汇水覆土种植系统进行矿坑复垦的方法：

先在矿坑4周边地表增修汇水渠道，并对增修的汇水渠道进行水泥土防渗处理，以保证矿坑4周边的地表径流能自然汇集到矿坑4内部；

再将矿坑4表面的土层去掉一部分用于箱体5建设，之后将若干箱体5原位固定在矿坑4内部，，保证各箱体5沿矿坑4内部形状铺设，且各个箱体5之间相互连通，依次加盖上述盖板2，设置铺设土工布13、过滤层14和覆土种植层15，其中覆土种植层15的土源来自于汇水渠道新建和箱体5建设过程产生的开挖土；设置检修井1、集水池10、水泵9、出水管8、出水栓7、第一液位传感器18、第二液位传感器19和第三液位传感器20，构建上述箱体汇水覆土种植系统；

最后，在覆土种植层15根据需要种植相应的农作物，将所述出水栓7与灌溉单元连通，第一液位传感器18、第二液位传感器19、第三液位传感器20、水泵9和各自动控制的阀门17与现有自动控制系统连通，将汇水渠道与箱体汇水覆土种植系统的进水口连通，通过汇水渠道收集地表径流、盖板2上的漏水孔3收集覆土种植层15等的下渗水，箱体5中所有的水最终汇集于集水井10中，通过现有自动控制系统控制第一液位传感器18感应箱体5中的最低水位，当箱体5中的储水量在最低水位以上时，现有自动控制系统即可控制水泵9停止抽取箱体5内的储水；当箱体5内的储水量被第二液位传感器19感应到时，第二液位传感器19将信号反馈给现有自动控制系统，现有自动控制系统控制箱体汇水覆土种植系统的进水口处的自动控制的阀门17关闭，此时若覆土种植层15内的下渗水仍可通过漏水孔3流入箱体5内，当箱体5内的水位(也即最高水位)被第三液位传感器20感应到时，则可通过开启水泵9，将箱体5内的水排至矿坑外部周边的沟渠内，避免储水溢出箱体。此处灌溉可采用喷灌对覆土种植层15内的农作物进行灌溉，采用虹吸式灌溉对矿坑周边一定距离内农田中的农作物进行灌溉。

上述通过汇水渠道的地表径流在进入箱体5之前，预先依次经过截污挂篮装置、弃流过滤装置、自动过滤装置进行预处理，使通过汇水渠道的地表径流得到初步净化。截污挂篮装置，可以拦截较大垃圾和树叶；弃流过滤装置，主要用于完成降雨初期污染严重雨水的自动排放和预过滤；自动过滤装置可利用雨水重力流动的特点，将雨水中的垃圾物和水自动分离开来，从而得到更加干净的雨水。

通过对矿坑5进行以上处理，可有效增加耕地面积，新增耕地率达到90％。

实施例2

如图4所示，本实施例的箱体汇水种植系统与实施例1基本相同，若干箱体是在采土烧砖的深坑21内，若干盖板2位于若干箱体5的顶部，且若干箱体5中最左侧和最右侧靠近沟渠16的箱体5上均设有进水口，进水口通过进水管11连通采土烧砖的深坑21外的沟渠16，进水口处设有自动控制的阀门17，进水口下端设有第二液位传感器19，进水管11与沟渠16连通处设有拦污网12。

利用上述的箱体汇水覆土种植系统进行采土烧砖的深坑复垦的方法与实施例1中对矿坑的复垦方法也基本相同，不同之处在于：复垦的对象为采土烧砖的深坑，在采土烧砖的深坑周边地表增修汇水渠道，并对现有排灌系统进行改造利用，之后对增修的汇水渠道和现有排灌系统进行钢筋混凝土防渗处理，以保证采土烧砖的深坑21周边的地表径流能自然汇集到采土烧砖的深坑21内部。其中覆土种植层15的土源来自于汇水渠道新建、对现有排灌系统改造以及箱体5建设过程产生的开挖土。将箱体5底部埋覆于采土烧砖的深坑21的表层土下5cm处。

通过对采土烧砖的深坑21进行以上处理，可有效增加耕地面积，新增耕地率达到93％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。