本发明属于环境治理
技术领域：
，具体涉及一种控制农业面源污染的多塘系统的构建方法。
背景技术：
：全球在亚热带、热带有大量的农田，由于这些地区的气候很适用农作物的生长，人类的活动日益频繁，随着流域人口与经济压力的增加，这些地区的农业面源污染日趋严重，这使得水体的污染也日益增加。农田回归水、雨水径流是将农业面源污染带入水体的主要途径，因此，研究制定有效的面源污水截流措施，削减农业面源污染物进入水体，成为控制农业面源污染、遏制水体富营养化的重要研究内容。农业面源污染拦截技术主要包括生态沟渠技术、拦截坝技术、人工湿地技术等，生态塘是人工湿地技术的一种，又称为稳定塘，污水通过在生态塘内较长时间停留，利用水生植物、微生物、水生动物等生物综合作用，使污染物降解，污水得以净化。生态塘库具有运行费用低、管理简单等的优点，同时该技术可以通过养殖、种植以及处理水农灌回用创造很好的经济效益与环境效益。但生态塘技术也存在一定缺陷：处理效率不稳定，水力停留时间较长，占地面积大，基建费用高等。目前，生态塘工艺正朝着系统化、资源化、生态化、美学化的方向发展，营造一体化的动植物复合生态体系，将成为生态塘库处理工艺的发展方向。技术实现要素：针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种净化效果好、水资源利用率高、建设工程量小的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，在热带或亚热带地区构建多塘系统，该多塘系统包括多个农田水净化塘单元；每个农田水净化塘单元包括农田、水质净化塘和泵站；所述农田的最低点与所述水质净化塘的进水口连通，用以将雨季降雨径流和旱季农田回水排入水质净化塘进行水质净化；所述泵站的进水端与所述水质净化塘连通，该泵站的出水端与所述农田的最高点连通，以实现农田水净化塘单元的循环提灌和水质净化；上述农田水净化塘单元按海拔高度从下到上依次划分为第一级农田水净化塘单元、第二级农田水净化塘单元、第三级农田水净化塘单元……第N级农田水净化塘单元；每级农田水净化塘单元均有若干个；其中，上一级农田水净化塘单元的水质净化塘通过灌溉沟渠与下一级农田水净化塘单元的农田连通；位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘之间通过相应的横向连通渠连通；具体包括以下步骤：S1：确定总库容：计算目标地区的库容对应的截流率和减少提水量，绘制总库容与截流率和减少提水量的关系图，并依据该关系图确定总库容；所述的总库容是所有农田水净化塘单元的水质净化塘的库容之和；所述的农田面积是所有农田水净化塘单元农田的面积之和；S2：确定分区库容：将目标地区划分为m个分区，标记为分区m，m为≥1的整数；根据分区m内的不同污染物负荷，计算分区m的库容占总库容的比例，得到分区m的库容；S3：构建分区m内的多塘体系：S31：在分区m内在相应的农田的最低点附近挖设水质净化塘，并建设相应的泵站，使所述泵站的进水端与所述水质净化塘连通，出水端与所述农田的最高点连通，以形成M个独立的农田水净化塘单元，M取≥1的整数；其中，分区m中所有的水质净化塘的库容之和等于步骤S2确定的分区m的库容；S32：将上述M个农田水净化塘单元按海拔高度从下到上依次划分为第一级农田水净化塘单元、第二级农田水净化塘单元、第三级农田水净化塘单元……第N级农田水净化塘单元；每级农田水净化塘单元均有若干个；其中，上一级农田水净化塘单元的水质净化塘通过灌溉沟渠与下一级农田水净化塘单元的农田连通；S33：在位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘之间挖设横向连通渠，形成第一级横向连通渠、第二级横向连通渠……第N级横向连通渠；S4：在m个分区之间位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘之间挖设横向连通渠，使目标地区的农田水净化塘单元连为一体，形成多塘系统。进一步，所述的水质净化塘为生态塘库，该生态塘库中配有水生植物和水生动物；其中，总库容的40％为水生植物和水生动物生存保有水量，60％的总库容用于灌溉调蓄。更进一步，S1中的截流率和减少提水量按以下步骤计算：S11：设总库容以40％总库容起始运行，选择农灌用水量为0的一天为起始点，即有降水入库，定义该天的i＝1；塘库运行过程设计为：降雨径流进塘——农灌用水出塘——农田回归水进塘；S12：计算目标地区的来水量：降雨径流日来水量Ri——Ri＝PiAr；灌溉回水日来水量Lgi——Lgi＝(Gi-Pi)Ab，Gi＞Pi；日来水总量Li——Li＝Ri+Lgi；S13：计算目标地区的日农灌用水量：S14：建塘库前日提水量T0i和建塘库后日可用水量△Vi：T0i＝Ui；Vmax＝0.6V总；S15：计算建库后日提水量Tei≥0；S16：计算降雨径流来水后日剩余可用水量△Vpi：0≤ΔVpi≤Vm；当1≤i≤t时，ΔVpi＝Vm；当i>1时，ΔVpi＝max(ΔVgi-1-Li-1,0)；S17：计算回水来水后剩余日可用水量△Vgi0≤ΔVgi≤Vm；当△Vpi＜Ri时，ΔVgi＝min(Vm,Ui)；当△Vpi>Ri时，ΔVgi＝min(Vm,ΔVpi-Ri+Ui)；S18：日溢流量Yi日降雨溢流：日回水溢流：Ygi＝max(0,Lgi-Vgi)；日总溢流量：Yi＝Ypi+Ygi；S19：计算截流率和减少提水量：减少提水量V减＝∑Tei-∑T0i；截流率：S20：调节总库容以计算对应截流率与减少提水量，并绘制三者关系曲线确定总库容；上述公式中，Ri——第i日降雨径流量；Pi——第i日降雨量；Gi——第i日灌溉定额；Lgi——第i日灌溉回水量；Li——第i日塘库总来水量；Ui——第i日塘库提供的农灌用水量；T0i——建塘前农灌提水量；△Vi——建塘后第i日塘内可使用水量；V总——总库容；Vmax——可用最大库容(为总库容的60％)；Tei——建塘后第i日用于农灌的提水量；△Vpi——第i日降雨径流入塘后塘内可用水量；△Vgi——第i日农灌回水入塘后塘内可用水量；Yi——第i日溢流水量；Ypi——第i日降雨径流溢流水量；Ygi——第i日农灌回水溢流水量；A——服务农田面积；r——径流系数；b——农灌回水系数；V减——建塘后可减少的农灌提水量；n——建塘后农业面源污水截流率；i取≥1的整数；上述塘、塘库均指连通后的水质净化塘，总库容指所有水质净化塘的库容之和。更进一步，S2中分区m的库容占总库容的比例按下式计算：分区库容占比：式中n——主要控制污染物为n种；j——第j个分区，分区总数为m；Qaj——表示第j个分区中污染物a的负荷；所述的n、j均取≥1的整数；库容平均分配参数：分区库容分配参数：式中V总——总库容规模；Aj——第j个分区的塘库对应的农田的面积。进一步，还包括步骤S5：在相邻两级的农田水净化塘单元的水质净化塘之间挖设纵向调蓄渠，用以在重力作用下实现对N级农田水净化塘单元的水质净化塘中的储水量进行自然调度和多级净化。进一步，还包括步骤S6：在相邻两级的农田水净化塘单元的泵站之间架设管道使之连通，以实现对N级农田水净化塘单元的水质净化塘中的水进行高度方向上的调配来实现再次多级净化和循环利用。进一步，还包括步骤S7：在分区m内挖设若干条垂直于等高线的纵向生态渠，使纵向生态渠与邻近该纵向生态渠的各级横向连通渠逐一连通，用于在降水超过库容时排出多余的水量。进一步，所述的水质净化塘的深度为2～6m。进一步，还包括海拔高度低于第一级农田水净化塘单元的受纳水体，所述的纵向生态渠与该受纳水体连通；所述的第一级农田水净化塘单元的泵站通过管道与该受纳水体连通。与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：1、多塘系统在配备或利用现有水利设施的情况下，在达到污水净化的目的的同时充分使用农灌回归水与降水，提高地区水资源利用率，构建高品质农灌区。2、按照污染负荷较根据农田面积比例或降雨径流水量比例确定分区库容规模有利于提高生态塘库容在净化污染物上的利用率。3、纵向分级与横向带状塘库布置方式可实现水量大范围的调度，优化水资源配置，同时增大暴雨产流的截流率，减少污水的溢流。4、多塘系统可结合现有农灌渠道以及水利配套设施，减少改建、新建工程量，节省基建费用。5、多塘系统的生态化在提供水体净化的同时具备良好的景观观赏性，对打造城市形象，提高城市生态环境具有积极作用。附图说明图1为本发明的雨季运行结构示意图；图2为本发明的旱季运行结构示意图；图3为本发明的实施例总库容与目标截流率和需减少提水量的关系图。附图中：1—农田；2—水质净化塘；21—纵向调蓄渠；22—横向连通渠；3—泵站；4—纵向生态渠；5—水质净化厂；6—受纳水体。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。一种控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，在热带或亚热带地区构建多塘系统，该多塘系统包括多个农田水净化塘单元；每个农田水净化塘单元包括农田1、水质净化塘2和泵站3；所述农田1的最低点与所述水质净化塘2的进水口连通，用以将农田回水排入水质净化塘2进行水质净化；所述泵站3的进水端与所述水质净化塘2连通，该泵站3的出水端与所述农田1的最高点连通，以实现农田水净化塘单元的循环提灌和水质净化；上述农田水净化塘单元按海拔高度从下到上依次划分为第一级农田水净化塘单元、第二级农田水净化塘单元、第三级农田水净化塘单元……第N级农田水净化塘单元；每级农田水净化塘单元均有若干个；其中，上一级农田水净化塘单元的水质净化塘2通过沟渠与下一级农田水净化塘单元的农田连通；位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘2之间通过相应的横向连通渠22连通；分级受实施地区地形地貌、道路情况、土地使用情况等多方面因素影响，具体分级数因地制宜。具体包括以下步骤：S1：确定总库容：计算目标地区的截流率和减少提水量，绘制总库容与截流率和减少提水量的关系图，并依据该关系图确定总库容；该总库容为最佳效益的总库容。所述的总库容是所有农田水净化塘单元的水质净化塘2的库容之和；所述的农田面积是所有农田水净化塘单元农田1的面积之和；S2：确定分区库容：将目标地区划分为m个分区，标记为分区m，m为≥1的整数；根据分区m内的不同污染物负荷，计算分区m的库容占总库容的比例，得到分区m的库容；S3：构建分区m内的多塘体系：S31：在分区m内在相应的农田1的最低点附近挖设水质净化塘2，并建设相应的泵站3，使所述泵站3的进水端与所述水质净化塘2连通，出水端与所述农田1的最高点连通，以形成M个独立的农田水净化塘单元，M取≥1的整数；其中，分区m中所有的水质净化塘2的库容之和等于步骤S2确定的分区m的库容；S32：将上述M个农田水净化塘单元按海拔高度从下到上依次划分为第一级农田水净化塘单元、第二级农田水净化塘单元、第三级农田水净化塘单元……第N级农田水净化塘单元；每级农田水净化塘单元均有若干个；其中，上一级农田水净化塘单元的水质净化塘2通过沟渠与下一级农田水净化塘单元的农田1连通；S33：在位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘2之间挖设横向连通渠22，形成第一级横向连通渠22、第二级横向连通渠22……第N级横向连通渠22；S4：在m个分区之间位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘2之间挖设横向连通渠22，使目标地区的农田水净化塘单元连为一体，形成多塘系统。将处于相近海拔高度(同级)的水质净化塘2连通形成连通器，这样可以实现水量的自动调配，以平衡降水不均带来的影响，即利用处于同一级的水质净化塘2的总库容对降水形成的地面径流截流，进而使大部分地表径流水进入水质净化塘2进行净化处理。通过计算亚热带或热带种植区的降水量、农业面源污染情况，合理地构建农田水净化塘单元，并使之连通成塘库系统，利用水质净化塘2实现对农田回水进行截留、净化，同时对降水形成的地面径流进行截流；在雨季时，以对地面径流的截流、净化作用为主，对农田回水的截留、净化为辅；在旱季时，对农田回水的截留、净化为主，同时还可以利用雨季时储存的水对农田进行灌溉。构建的多级塘库系统，可以实现截流、净化、灌溉的多级化，最大程度地提高了工作效率，保证净化效果，在最大程度上减少农业面源污染对水质的影响，甚至可以达到零排放。以实现同级的水质净化塘2的水量均匀调配。将处于相近海拔高度(同级)的水质净化塘2连通形成连通器，这样可以实现水量在同级内自动调配，以平衡降水不均带来的影响，即利用处于同一级的水质净化塘2的总库容对降水形成的地面径流截流，进而使大部分地表径流水进入水质净化塘2进行净化处理。同时，由于各级均形成了连通器，所以每级相当于有一个大型的水质净水塘。所述的灌溉沟渠上设有闸阀，开启进可以将水质净化塘2中的水引入农田1进行灌溉。作为优化，所述的水质净化塘2为生态塘库，该生态塘库中配有水生植物和水生动物；其中，总库容的40％为水生植物和水生动物生存保有水量，60％的总库容用于灌溉调蓄。配置水生动植物来构建水生生态系统，其中沉水植物水下覆盖率为50％～70％，挺水植物占岸线60％左右，浮叶植物占明水面的5％，同时还具有丰富鱼类与底栖动物。各类水生动植物物种种类根据当地情况进行筛选。作为优化，S1中的截流率和减少提水量按以下步骤计算：S11：设总库容以40％总库容起始运行，选择农灌用水量为0的一天为起始点，即有降水入库，定义该天的i＝1；塘库运行过程设计为：降雨径流进塘——农灌用水出塘——农田回归水进塘；S12：计算目标地区的来水量：降雨径流日来水量Ri——Ri＝PiAr；灌溉回水日来水量Lgi——Lgi＝(Gi-Pi)Ab，Gi＞Pi；日来水总量Li——Li＝Ri+Lgi；S13：计算目标地区的日农灌用水量：S14：建塘库前日提水量T0i和建塘库后日可用水量△Vi：T0i＝Ui；Vmax＝0.6V总；S15：计算建库后日提水量Tei≥0；S16：计算降雨径流来水后日剩余可用水量△Vpi：0≤ΔVpi≤Vm；当1≤i≤t时，ΔVpi＝Vm；当i>1时，ΔVpi＝max(ΔVgi-1-Li-1,0)；S17：计算回水来水后剩余日可用水量△Vgi0≤ΔVgi≤Vm；当△Vpi＜Ri时，ΔVgi＝min(Vm,Ui)；当△Vpi>Ri时，ΔVgi＝min(Vm,ΔVpi-Ri+Ui)；S18：日溢流量Yi日降雨溢流：日回水溢流：Ygi＝max(0,Lgi-Vgi)；日总溢流量：Yi＝Ypi+Ygi；S19：计算截流率和减少提水量：减少提水量V减＝∑Tei-∑T0i；截流率：S20：调节总库容以计算对应截流率与减少提水量，并绘制三者关系曲线确定总库容；上述公式中，Ri——第i日降雨径流量；Pi——第i日降雨量；Gi——第i日灌溉定额；Lgi——第i日灌溉回水量；Li——第i日塘库总来水量；Ui——第i日塘库提供的农灌用水量；T0i——建塘前农灌提水量；△Vi——建塘后第i日塘内可使用水量；V总——总库容；Vmax——可用最大库容(为总库容的60％)；Tei——建塘后第i日用于农灌的提水量；△Vpi——第i日降雨径流入塘后塘内可用水量；△Vgi——第i日农灌回水入塘后塘内可用水量；Yi——第i日溢流水量；Ypi——第i日降雨径流溢流水量；Ygi——第i日农灌回水溢流水量；A——服务农田面积；r——径流系数；b——农灌回水系数；V减——建塘后可减少的农灌提水量；n——建塘后农业面源污水截流率；i取≥1的整数；上述塘、塘库均指连通后的水质净化塘，总库容指所有水质净化塘的库容之和。作为进一步优化，S2中分区m的库容占总库容的比例按下式计算：分区m库容占比：式中n——主要控制污染物为n种；j——第j个分区，分区总数为m；Qaj——表示第j个分区中污染物a的负荷；所述的n、j均取≥1的整数；库容平均分配参数：分区库容分配参数：式中V总——总库容规模；Aj——第j个分区的塘库对应的农田的面积。作为优化，还包括步骤S5：在相邻两级的农田水净化塘单元的水质净化塘2之间挖设纵向调蓄渠21，用以在重力作用下实现对N级农田水净化塘单元的水质净化塘2中的储水量进行自然调度和多级净化。这样设计可以在上一级水质净化塘2的水量过多时，打开闸阀，让水在重力作用下不进入农田1，而是进入下一级的水质净化塘2，由于各均形成了连通器，所以每级相当于有一个大型的生质净水塘，从一处补水到下一级即可实现全太系统对总储水量进行自然调度和多级净化。作为优化，还包括步骤S6：在相邻两级的农田水净化塘单元的泵站3之间架设管道使之连通，以实现对N级农田水净化塘单元的水质净化塘2中的水进行高度方向上的调配来实现再次多级净化和循环利用。这样可以将任一下级水质净化塘2中的水利用泵站3的作用逐级提到上级，进行灌溉或补充上级水质净化塘2的水量。操作时，应关闭泵站3的进水端阀门，将管道阀打开，以使泵站3从下级提水上来。作为优化，还包括步骤S7：在分区m内挖设若干条垂直于等高线的纵向生态渠4，使纵向生态渠4与邻近该纵向生态渠4的各级横向连通渠22逐一连通，用于在降水超过库容时排出多余的水量。当地表径流量过大超出各级水质净化塘2的总库时，多余的水会通过纵向生态渠4外排，此时外排的水中有相当一部分是经过水质净化塘2净化的，所以这在很大程度上降低了外排水的污染物浓度。更一步作为优化，还包括海拔高度低于第一级农田水净化塘单元的受纳水体6，所述的纵向生态渠4与该受纳水体6连通；所述的第一级农田水净化塘单元的泵站3通过管道与该受纳水体6连通。受纳水体6可以是自然湖泊，也可以是人工湖泊，将塘库系统与受纳水体6相连，可以在雨季时排洪，也可以在旱季时提水灌溉，这样可以将本发明的作用发挥到最大。作为优化，所述的水质净化塘2的深度为2～6m。过深则底层水长期不流动，得不到有效的利用和净化，过浅则达不到本发明需求的净化、蓄水的水力停留时间。此外，所述的水质净化塘2可以挖设引水渠，用于引入水质净化厂5所产生的再生水。这样可以使再生水得以利用，也可以对再生水进行再二次净化，还可以充分补充水质净化塘2的储水量。无论在雨季还是旱季，多塘系统都构成了一个完整的水质净化循环系统，在达到污水净化的目的的同时充分使用农田回水与降水，提高地区水资源利用率，构建高品质农灌区。同时，也优化水资源配置，同时增大暴雨产流的截流率，减少污水的溢流。实施例选择洱海地区，按本发明的方法构建多塘系统：S1：确定总库容：计算洱海地区的目标截流率和需减少提水量，绘制总库容与目标截流率和需减少提水量的关系图(图3)，并依据该关系图确定总库容；从图3可以看出，从100万m3～600万m3增长时，每增加100万m3库容，截流率增长5％～10％，从600万m3～1200万m3每增长100万m3库容，截流率仅上升1％～2％。因此选择600万m3库容效益最佳。S2：确定分区库容：将洱海地区按镇划分为9个分区，根据各个镇内的不同污染物负荷(见表1)，计算各分区的库容占总库容的比例，得到分区库容(见表2)；表1洱海地区各镇总氮总磷农业面源污染负荷及比例表表2洱海地区各镇分区库容表行政区域耕地面积统计塘库塘库容积单位库容m2亩农田比例比例(万m3)(m3/亩)喜洲镇2580393138705.90.130.1592.1123.8湾桥镇1485313422279.70.070.1482.8337.18银桥镇1960135029402.020.10.1269.3123.57大理镇2102080431531.210.10.21126.5540.14下关镇968935214534.030.050.0633.1822.83凤仪镇5174155677612.330.250.1377.9410.04海东镇3520977652814.660.170.0739.387.46挖色镇1327508319912.620.060.0847.6123.91双廊镇1426892821403.390.070.0531.0714.52合计205463913.2308195.911600-S3：构建农田塘库灌溉系统：将将海拔在214国道以上的部分划为第三级农田水净化塘单元，214国道和大丽路之间的部分划为第二级农田水净化塘单元，海拔低于大丽路的部分划分第一级农田水净化塘单元，并分级构建，其中，各镇所有的水质净化塘的库容之和等于步骤S2确定的所在镇的库容；并按设计要求完成各镇的多塘体系。S4：将各镇之间位于同一级的相邻两个农田水净化塘单元的水质净化塘2之间挖设横向连通渠22，使洱海地区的农田水净化塘单元连为一体，形成多塘系统。S5：在相邻两级的农田水净化塘单元的水质净化塘2之间挖设纵向调蓄渠21，用以在重力作用下实现对N级农田水净化塘单元的水质净化塘2中的储水量进行自然调度和多级净化。S6：在相邻两级的农田水净化塘单元的泵站3之间架设管道使之连通，以实现对N级农田水净化塘单元的水质净化塘2中的水进行高度方向上的调配来实现再次多级净化和循环利用。S7：在各镇挖设若干条垂直于等高线的纵向生态渠4，使纵向生态渠4与邻近该纵向生态渠4的各级横向连通渠22逐一连通，并最终于洱海相通用于在降水超过库容时排出多余的水量。S8：在有条件的镇，给水质净化塘2挖设引水渠，引入水质净化厂5所产生的再生水。这样可以使再生水得以利用，也可以对再生水进行再二次净化，还可以充分补充水质净化塘2的储水量。其中，水质净化塘中配置有水生植物和水生动物，用于净化水质。配置水生动植物来构建水生生态系统，其中沉水植物水下覆盖率为50％～70％，物种主要为常绿矮生苦草、轮叶扩生黑藻、微齿眼子菜、叶轮生金鱼藻、竹叶眼子菜，少量配置篦齿眼子菜、穿叶眼子菜和穗状狐尾藻；挺水植物占岸线60％左右，物种主要为湿地芦苇、大叶菖蒲、耐寒鸢尾等土著种；浮叶植物占明水面的5％，物种主要为莕菜、菱等；鱼类以长丰白鲢和花角鳙鱼为主，少量搭配观赏鱼种等；底栖动物配置螺蛳、沼幼青虾、斑节草虾和河蚬等。在雨季的时候，自然降水形成的地面径流进入各级农田水净化塘单元的水质净化塘2，上述水质净化塘2对进入的地面径流水和注入的农田回水进行蓄存，并通过水质净化塘2中的水生动植物对水质进行净化。蓄存水可以在旱季时用于灌溉。当个别地点降水量过大时，处于相近海拔高度的水质净化塘2之间可以通过横向连通渠22调整库蓄水量，当地表径流量过大超出各级水质净化塘2的总库时，多余的水会通过纵向生态渠4外排入洱海，此时外排的水中有相当一部分是经过水质净化塘2净化的，所以这在很大程度上降低了外排水的污染物浓度，通常不会对洱海的水质造成影响。在旱季的时候，可以充分利用雨季蓄存的水对农田进行灌溉，同时，利用水质净化塘2对产生的农田回水进行截流、净化，以控制面源污染。当各级水质净化塘2的水量不足时，可以利用一级泵站3从洱海中抽出水来，并逐级提水灌溉。此外，还可以通过引水渠引入水质净化厂5产生的再生水进入本发明以补充蓄水量并对再生水进行净化处理。本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。当前第1页1 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