一种控制农业面源污染的多塘系统的构建方法与流程

技术特征：

1.一种控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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R_i——R_i＝P_iAr；

灌溉回水日来水量L_gi——L_gi＝(G_i-P_i)Ab，G_i＞P_i；

日来水总量L_i——L_i＝R_i+L_gi；

S13：计算目标地区的日农灌用水量：

U_i——

S14：建塘库前日提水量T_0i和建塘库后日可用水量△V_i：

T_0i＝U_i；

${\mathrm{\ΔV}}_i=\left\{\begin{array}{cc}{L}_i-U_i,& i=1\\ {\mathrm{\ΔV}}_{i-1}+L_i-U_i,& i\>1\end{array}\right.,0\≤{\mathrm{\ΔV}}_i\≤V_m;$

V_max＝0.6V_总；

S15：计算建库后日提水量T_ei——

S16：计算降雨径流来水后日剩余可用水量△V_pi：

0≤ΔV_pi≤V_m；

当1≤i≤t时，ΔV_pi＝V_m；

当i>1时，ΔV_pi＝max(ΔV_gi-1-L_i-1,0)；

S17：计算回水来水后剩余日可用水量△V_gi

0≤ΔV_gi≤V_m；

当△V_pi<R_i时，ΔV_gi＝min(V_m,U_i)；

当△V_pi>R_i时，ΔV_gi＝min(V_m,ΔV_pi-R_i+U_i)；

S18：日溢流量Y_i

日降雨溢流：

日回水溢流：Y_gi＝max(0,L_gi-V_gi)；

日总溢流量：Y_i＝Y_pi+Y_gi；

S19：计算截流率和减少提水量：

减少提水量V_减＝∑T_ei-∑T_0i；

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，R_i——第i日降雨径流量；P_i——第i日降雨量；G_i——第i日灌溉定额；L_gi——第i日灌溉回水量；L_i——第i日塘库总来水量；U_i——第i日塘库提供的农灌用水量；T_0i——建塘前农灌提水量；△V_i——建塘后第i日塘内可使用水量；V_总——总库容；V_max——可用最大库容(为总库容的60％)；T_ei——建塘后第i日用于农灌的提水量；△V_pi——第i日降雨径流入塘后塘内可用水量；△V_gi——第i日农灌回水入塘后塘内可用水量；Y_i——第i日溢流水量；Y_pi——第i日降雨径流溢流水量；Y_gi——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。

4.根据权利要求3所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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；A_j——第j个分区的塘库对应的农田的面积。

5.根据权利要求1所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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。

6.根据权利要求5所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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。

7.根据权利要求6所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求1所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，所述的水质净化塘的深度为2～6m。

9.根据权利要求7所述的控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，其特征在于，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。