一种稻田地表径流调控与氮磷渗滤拦截去除渗滤系统及其应用方法与流程

本发明涉及一种稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统及去除方法，属于农田地表径流氮磷拦截去除渗滤技术范畴。

背景技术：

随着我国经济社会的不断发展，农业面源污染已经成为造成我国环境污染尤其是水环境污染的主要因素，在我国主要污染物排放量中，农业生产排放的COD、氮、磷等主要污染物量，已远超过工业与生活源，成为污染源之首，其中 COD 排放量占总量的 46%以上，N、P 占 50%以上。在南方地区水稻生产过程中，农药、化肥等农用物资的不合理和过量使用，氮磷养分通过农田降雨、灌溉形成地表径流排水进入附近水体，引起水体的污染已形成共识，由此导致农业面源污染问题日益严重，湖泊富营养化现象加剧，已严重影响到我国的水环境和水生态环境的安全，阻碍了我国经济社会持续发展的脚步。因此如何充分利用水稻作物的耐淹特性、加大稻田对降雨的水文调蓄、减少农田排水和灌溉用水、控制氮磷流失，并有效拦截去除径流中的氮磷物质，成为农田面源污染治理非常重要的途径。

发明专利内容

本发明的目的是提供一种稻田地表径流调控与氮磷渗滤拦截去除渗滤系统及其应用方法。稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统跨设于稻田格田田梗与排水沟道之间，系统包括三个组成部分，一是可调节的折叠式溢流堰，二是溢流堰出口处的渗滤池，三是由陶粒和纤维网构成的农田渗滤体。本发明施工方便，结构合理，成本低廉，使用寿命长，方法操作简便，对稻田地表径流氮磷污染物拦截去除有着显著效果。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的，稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统，在稻田格田田梗与排水沟道之间设有可调节的折叠式溢流堰、渗滤池、排水沟道、渗滤边坡；所述可调节折叠式溢流堰设置在稻田田埂端部，可调节折叠式溢流堰出水口处设置渗滤池，渗滤池出水口连接排水沟道；渗滤池底部为陶粒渗滤层；排水沟道靠近稻田田埂侧的边坡上设置所述渗滤边坡，渗滤边坡最底端为排水沟道最低水位位置，渗滤边坡上端与所述陶粒渗滤层相连接，渗滤边坡包括自上而下依次设置的高分子材料纤维网、混凝土。

所述可调节折叠式溢流堰设置在稻田格田田梗与排水沟道间，可调节折叠式溢流堰堰体由砖块和无砂混凝土砌筑而成，折叠式溢流堰坎主要材料为防老化硬质塑料，塑料板之间利用铰接串联在一起，实现堰坎的折叠功能。

所述渗滤池位于可调节折叠式溢流堰出水口处，依据渗滤池的排水能力，通过水力计算确定渗滤池的高度与宽度，其宽度与格田田埂宽度相近40～50cm，长度为溢流堰宽度的1.5～2倍，渗滤池墙体厚度为12～15cm，高度与格田田埂齐平。

所述农田渗滤体由两部分组成，第一部分位于渗滤池内，渗滤材料为陶粒，陶粒渗滤层厚度10~14cm；第二部分材料为高分子材料纤维网，作为溢流堰出水口处排水沟边坡的护砌材料与第一部分渗滤池相连接，高分子材料纤维网厚度与陶粒层厚度相同，纤维网下方铺有8～10cm厚无砂混凝土，纤维网渗滤体铺砌坡度与排水沟边坡相同，最底端为排水沟最低水位位置；

进一步地，所述可调节折叠式溢流堰，高度水平满足高标准农田水稻各生育阶段适宜淹水深度。

进一步地，所述可调节折叠式溢流堰，溢流能力不低于降雨能力，溢流堰宽度经水力计算确定，一般30～40cm。

进一步地，所述可调节折叠式溢流堰，通过定位销定位到所需高度，实现对水稻不同生育阶段稻田蓄水的调控。

进一步地，所述渗滤池，墙体是由混凝土和砖块砌筑而成。

进一步地，所述陶粒渗滤层，是将陶粒装入厚度为10～14cm的塑料网袋，通过胶结物粘结定型而成，陶粒渗滤体，由土壤和矿渣烧结而成、直径为10～14mm的陶粒构成。

进一步地，所述高分子材料纤维网，具有氮磷拦截去除效果。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的，稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统的应用方法，包括以下步骤：

（1）布置上述地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统：在稻田格田田梗与排水沟道之间设有可调节的折叠式溢流堰、渗滤池、陶粒渗滤层和排水沟道渗滤边坡；

在稻田格田田梗与排水沟道间设置可调节折叠式溢流堰，可调节折叠式溢流堰堰体由砖块和无砂混凝土砌筑而成，堰坎主要材料为防老化硬质塑料。堰顶最大高度为由试验确定的水稻全生育期最大耐淹深度，堰坎可随意调节，通过定位插销进行定位，定位孔高度每2～4 cm设置一水平，满足水稻不同生育阶段稻田适宜最大调蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于降雨能力，宽度经水力计算确定，一般30～40cm。

可调节折叠式溢流堰出口处设有渗滤池，其宽度与格田田埂宽度相近40～50cm、长度为溢流堰宽度的1.5～2倍，渗滤池墙体厚度为12～15cm，高度与格田田埂齐平。

渗滤池内铺设一层渗滤体，渗滤材料为陶粒，陶粒渗滤层厚度10~14cm；与渗滤池出水口相接，沿着溢流堰水流方向的排水沟边坡铺设有一层高分子材料纤维网，高分子材料纤维网厚度与陶粒层厚度相同，纤维网下方铺有8～10cm厚无砂混凝土，纤维网渗滤体铺砌坡度与排水沟边坡相同，最底端为排水沟最低水位位置；

（2）可调节溢流堰对稻田地表径流的氮磷拦截：氮、磷等污染物易随着时间沉积在稻田地表径流的下层，而本方法溢出的水流是地表径流上层水体，氮、磷等污染物浓度较低，污染物排放量较少，将养分拦蓄在田间，减少了稻田养分流失。

（3）农田渗滤体对稻田地表径流的氮磷拦截：从可调节溢流堰上方溢出来的地表径流，首先要经过渗滤池再沿着排水沟道边坡流入排水沟，途中陶粒渗滤体与高分子材料渗滤网渗滤体一起构成组合渗滤系统，利用它们渗透、吸附性强，易形成微生物群落的特性，可以高效拦截吸附农田渗流中的氮磷物质，使溢出水体氮磷浓度进一步降低。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明由可调节折叠式溢流堰、渗滤池、池内的农田渗滤体和沿着溢流堰水流方向的排水沟渗滤边坡组成。利用农田氮磷物质通常积淀在地表径流下层水流中的特性，而溢流堰溢出的水流为地表径流的上层水体，氮磷物质浓度较低、流失量小，实现了稻田地表径流的氮磷拦截去除效果。

第二，可调节折叠式溢流堰堰坎可随意调节，并由定位插销进行定位，满足水稻不同生育阶段稻田适宜最大调蓄水深要求。

第三，溢流堰出口处所设渗滤池，其宽度为溢流堰宽度的1.5～2倍，使溢出水流能够迅速扩散，保证农田地表径流顺利进入渗滤，保证渗滤体作用得到充分发挥。

第四，溢流池中的陶粒渗滤体，陶粒孔隙度在60%以上、渗透、吸附性强，有利于氨态氮拦截；排水沟坡上的高分子材料纤维网渗滤体，孔隙率高达95%以上，同样具有很强的透水性、耐久性，均匀多孔的陶粒、高分子材料渗滤网都有利于形成微生物群落；陶粒渗滤体与高分子材料渗滤网渗滤体一起构成组合渗滤系统，可以高效去除农田渗流中的氮磷物质。

第五，本发明工程造价与维护成本低廉，耐久度高，使用寿命长，施工方便，方法操作简便，安全可靠，适宜大规模推广。

附图说明

图1是本发明稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统的平面结构示意图；

图2是本发明稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统沿A-A方向的剖面立体结构示意图；

图3是本发明稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统沿A-A方向的剖面平面示意图；

图中：1格田田埂、2可调节折叠式溢流堰 、3渗滤池、4渗滤池墙体、 5农田渗滤体 、6 渗滤边坡 、7排水沟道、8高分子材料纤维网、9陶粒渗滤层、10混凝土、11定位插销。

具体实施方式

如图1-3所示，一种稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统及其应用方法，包括可调节折叠式溢流堰2、渗滤池3、农田渗滤体5、渗滤边坡6。

可调节折叠式溢流堰2设置在稻田田埂端部，可调节折叠式溢流堰2出水口处设置渗滤池3，渗滤池3出水口连接排水沟道7；渗滤池3底部为陶粒渗滤层9。

排水沟道7靠近稻田田埂侧的边坡上设置所述渗滤边坡6，渗滤边坡6最底端为排水沟道7最低水位位置，渗滤边坡6上端与所述陶粒渗滤层9相连接，渗滤边坡6包括自上而下依次设置的高分子材料纤维网8、混凝土10。农田渗滤体5是由陶粒渗滤层和高分子纤维网共同组成。

可调节折叠式溢流堰2安置在稻田格田田埂1与排水沟道间，可调节折叠式溢流堰2堰体以砖块和无砂混凝土10为主要材料，堰坎主要材料为防老化硬质塑料，塑料板之间利用铰接串联在一起，实现堰坎的折叠功能。堰顶最大高度为水稻全生育期最大耐淹深度，溢流堰坎高度可随意调节，通过定位插销11进行定位，定位孔高度每2～4 cm设置一档，满足水稻不同生育阶段稻田适宜调蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于降雨能力，宽度经水力计算确定，一般30～40cm。

渗滤池3设在可调节折叠式溢流堰2出口处，其宽度与格田田埂1宽度相近40～50cm、长度为溢流堰宽度的1.5～2倍，渗滤池墙体4厚度为12～15cm，主要砌筑材料为无砂混凝土10和砖块，高度与格田田埂1齐平，并在渗滤池3上方铺设可供行走的木质盖板，尺寸与渗滤池大小相同。

农田渗滤体5由两部分组成，第一部分位于渗滤池3内，渗滤材料为陶粒，陶粒渗滤层9厚度10~14cm；第二部分材料为高分子材料纤维网8，作为溢流堰出水口处排水沟边坡的护砌材料与第一部分渗滤池相连接，高分子材料纤维网8厚度与陶粒渗滤层9厚度相同，纤维网下方铺有8～10cm厚无砂混凝土10，纤维网渗滤体铺砌坡度与排水沟道7边坡相同，最底端为排水沟道7最低水位位置；

稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统及其应用方法，包括以下步骤：

（1）布置地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统：在稻田格田田梗与排水沟道之间设有可调节的折叠式溢流堰、渗滤池、陶粒渗滤层和排水沟道渗滤边坡；

在稻田格田田梗与排水沟道间设置可调节折叠式溢流堰，可调节折叠式溢流堰堰体由砖块和无砂混凝土砌筑而成，堰坎主要材料为防老化硬质塑料，塑料板之间利用铰接串联在一起，实现堰坎的折叠功能。堰顶最大高度为水稻全生育期最大耐淹深度25～35cm，溢流堰坎高度可随意调节，通过定位插销进行定位，定位孔高度每2～4 cm设置一档，满足水稻不同生育阶段稻田适宜调蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于当地最大降雨能力，宽度经水力计算确定，一般30～40cm。

可调节折叠式溢流堰出口处设有渗滤池，其宽度与格田田埂宽度相近40～50cm、长度为溢流堰宽度的1.5～2倍，渗滤池墙体厚度为12～15cm，高度与格田田埂齐平。

渗滤池内铺设一层渗滤体，渗滤材料为陶粒，陶粒渗滤层厚度10~14cm；与渗滤池出水口相接，沿着溢流堰水流方向的排水沟边坡铺设有一层高分子材料纤维网，高分子材料纤维网厚度与陶粒层厚度相同，纤维网下方铺有8～10cm厚无砂混凝土，纤维网渗滤体铺砌坡度与排水沟边坡相同，最底端为排水沟最低水位位置；

（2）可调节溢流堰对稻田地表径流的氮磷拦截：氮、磷等污染物易随着时间沉积在稻田地表径流的下层，而本方法溢出的水流是地表径流上层水体，氮、磷等污染物浓度较低，污染物排放量较少，将养分拦蓄在田间，减少了稻田养分流失。

（3）农田渗滤体对稻田地表径流的氮磷拦截：从可调节溢流堰上方溢出来的地表径流，首先要经过渗滤池再沿着排水沟道边坡流入排水沟，途中陶粒渗滤体与高分子材料渗滤网渗滤体一起构成组合渗滤系统，利用它们渗透、吸附性强，易形成微生物群落的特性，可以高效拦截吸附农田渗流中的氮磷物质，使溢出水体氮磷浓度进一步降低。

稻田地表径流调控与氮磷拦截去除渗滤系统及其应用方法的作用：在稻田地表径流渗滤系统中设置由可调节折叠式溢流堰、渗滤池、农田渗滤体和排水沟渗滤边坡组成的氮磷拦截去除组合渗滤装置。可调节折叠式溢流堰堰顶最大高度为水稻全生育期最大耐淹深度，溢流堰坎高度可随意调节，通过定位插销进行定位，定位孔高度每2～4 cm设置一档，满足水稻不同生育阶段稻田适宜调蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于当地最大降雨能力，宽度经水力计算确定，一般30～40cm。渗滤体由两部分构成，一个是渗滤池中的陶粒层，另一个是以纤维网为材料的排水沟道渗滤边坡，两者厚度相同10~14cm。陶粒层和高分子材料纤维网组成的渗滤体，透水性强，同时逐步对地表径流中的氮磷进行滞留、过滤、吸附、氧化还原作用，为微生物群落提供更好的附着与生长条件，微生物的硝化与反硝化作用成为排水过程氮磷去除的主要途径，专利申请者的试验结果表明该方法的地表径流氮磷拦截去除率可高达60%以上。

该发明施工方便，结构合理，操作简便，使用寿命长，同时渗滤材料主要为陶粒和纤维网，节能环保，成本低廉。本专利的特别之处在于，实现稻田水位调控与地表排水中氮磷污染物拦截去除双重功效，增强了稻田水文调蓄与生态环境保育功能，有助于提高雨水资源利用率，节约灌溉用水、有效控制农田径流氮磷排放，对加快农田面源污染治理，保护水生态环境具有重要的意义。