可自动调节水流量的农田退水净化沟渠的制作方法

本实用新型涉及一种可自动调节水流量的农田退水净化沟渠，属于农田面源污染控制技术领域。

背景技术：

农田面源污染是指在农业生产活动中，氮、磷等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质通过农田的地表径流、农田排水和地下渗漏引起的水环境污染。农田面源污染主要源于种植方式污染和农药化肥残留污染，它已成为我国水体污染物的主要来源，是我国现代农业和经济社会可持续发展的重大障碍。农田面源污染氮磷养分环境风险控制研究成为我国当前农业面源污染的热点问题。

国内研究学者通过大量研究，总结出了农田面源污染治理的“4R”控制技术，即源头减量、过程阻断、养分再利用和生态修复技术。其中“过程阻断”是农田面源污染控制技术中可实施性最高，也最易推广应用的一项技术。目前，过程阻断技术研究中的主要手段有人工湿地净化、滨岸缓冲带拦截控制和生态沟渠净化等。人工湿地净化技术和滨岸缓冲带拦截控制技术由于占地面积大，维护费用高，在推广和应用方面受到限制。生态沟渠净化技术是目前广泛使用的一种面源污染物原位拦截技术，其具有占地面积小、布置灵活、维护方便等优点。但目前大多数种类的生态沟渠拦截方法都是在现有的农田排水沟渠中种植水生植物或布设一些净化装置，这些措施虽然在一定程度上降低了农田排水中污染物的浓度，但由于沟渠内水力停留时间短，净化效率有限，且沟渠内水流量随季节变化较大，此类完全依赖水生植物的沟渠维护成本高。

技术实现要素：

本实用新型提出了一种可自动调节水流量的农田退水净化沟渠，可由原农田排水沟渠改造建设，具有占地面积小、可根据沟渠水流量自动调节出水路径，延长水力停留时间、净化效果好等优点，适用于农田排水沟渠的截污净化，从而降低农田面源污染对水体的影响。

本实用新型的一种可自动调节水流量的农田退水净化沟渠，包括排水渠、沿水流方向依次设置在所述排水渠中的多级回转型过水装置、设置在排水渠外侧并与之连通的前置渗滤池，所述回转型过水装置包括沿排水渠底部设置的生物炭箱，所述生物炭箱的顶面在水流方向上是两端高、中间低的V形或U形结构。

进一步的，本实用新型中，回转型过水装置包括沿排水渠底部设置的两种生物炭箱，一种为L型生物炭箱，另一种为U型生物炭箱，每个回转型过水装置包括一个U型生物炭箱和两个以沟渠水流方向中心线对称设置的L型生物炭箱，所述L型生物炭箱包括短边和长边，两个L型生物炭箱的短边分别与排水渠的两侧壁邻接，L型生物炭箱的长边与水流方向平行，所述U型生物炭箱包括两个主体段和连接所述两个主体段的连接段，L型生物炭箱的开口和U型生物炭箱的连接段外侧均与水流方向相向设置，所述U型生物炭箱的两个主体段分别设置在各自对应的L型生物炭箱的长边与相邻的排水渠侧壁之间的区域。

进一步的，本实用新型中，排水渠底部设置有与U型生物炭箱的连接段外侧中央位置相接的分流板或分流锥，所述前置渗滤池通过排水管与排水渠连通，所述分流板竖直设置，所述排水管的出口对应设置在分流板上方。

进一步的，本实用新型中，排水渠底部设置有与U型生物炭箱的连接段外侧中央位置相接的分流锥，所述分流锥为三棱锥，分流锥的一个侧面与其底面垂直，且该侧面与U型生物炭箱的连接段外侧贴合设置，分流锥的底面放置在排水渠的底面上，所述前置渗滤池通过排水管与排水渠连通，所述排水管的出口对应设置在分流锥上方。

进一步的，本实用新型中，L型生物炭箱的短边相对于长边加厚，U型生物炭箱的连接段相对于主体段加厚。

进一步的，本实用新型中，L型生物炭箱短边面向水流方向的一侧，以及U型生物炭箱的连接段内侧，均采用圆弧型结构；L型生物炭箱和U型生物炭箱均为中空箱体，箱体表面密布小孔，箱内填装用无纺布包裹的生物炭滤料。

进一步的，本实用新型中，回转型过水装置包括沿排水渠底部设置的两个L型生物炭箱，所述L型生物炭箱包括短边和长边，两个L型生物炭箱的短边分别与排水渠的两侧壁邻接，一个L型生物炭箱开口与水流方向相向设置，另一个L型生物炭箱开口与水流方向同向设置，并且其长边设置在前一个L型生物炭箱与排水渠侧壁之间的区域。

进一步的，本实用新型中，前置渗滤池底部为防渗的半圆柱体结构，前置渗滤池中从下到上依次填有鹅卵石，生物炭，砾石中的一种或几种。

进一步的，本实用新型中，排水渠截面为下小上大的梯形，排水渠底部设置有用以安装生物炭箱的凹槽。

进一步的，本实用新型中，排水渠侧壁的外侧设置多个前置渗滤池。

本实用新型中，L型生物炭箱和U型生物炭箱为中空结构，箱体表面密布小孔，箱内填装生物炭滤料；L型生物炭箱和U型生物炭箱按照一定的组合摆放于沟渠内部底面，使水流经生物炭箱时，水流方向反复调转后才能通过；L型生物炭箱和U型生物炭箱均为两端高，中间矮的结构(图3)；L型和U型生物炭箱在水流转向处优化结构设计(L型和U型的底面加厚，此处受水流冲击较大，加厚可防止过多水分穿透生物炭箱，并进一步提高穿透水分的净化效率；L型和U型的底面采用圆弧型设计，使水流转向更加平稳，加快过水效率)。为防止生物炭受水流冲击流失，生物炭被无纺布包裹后填装于生物炭箱。

本实用新型中，分流锥安装于U型生物炭箱底部，分流锥的作用就是对两个方向的来水起到均分的作用，两个方向中，一个是沿沟渠水流方向，另一个是排水管口出水方向。

本实用新型中，前置渗滤池位于沟渠靠近农田一侧，渗滤池底部防渗，渗滤池为半圆柱体结构，半圆柱体平面一侧靠近沟渠，渗滤池从下到上，依次填有鹅卵石，生物炭，砾石中的一种或几种。

本实用新型中，排水管连通渗滤池底部与排水渠，排水管一段位于渗滤池底部，排水管另一端位于分流锥上方，排水管位于分流锥上方的一端开口朝下，分流锥对角线针对排水管开口中心位置，使排水管流出的排水被分流锥平分后分别流入沟渠两侧入水水路。

本实用新型中，排水渠截面为下小上大的梯形，排水渠底面安装L型生物炭箱和U型生物炭箱处有15cm凹陷，用于固定L型生物炭箱和U型生物炭箱；排水渠两侧侧壁由中心开有圆孔的正六边形堆砌，正六边形中心种植有水生植物；排水渠底部铺有鹅卵石，生物炭，砾石中的一种或几种。

本实用新型中，两个L型生物炭箱和1个U型生物炭箱所组成的回转型过水装置，其数量可依实际需要进行设置；所述前置渗滤池的数量可依实际需要进行设置；

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1.本实用新型通过在沟渠底部布置L型或/和U型生物炭箱，大大延长了水流路径，提高了沟渠的净化效率。

2.L型和U型生物炭箱均为两侧高，中间矮的结构，当沟渠内水流量增加时，水流将直接从L型和U型生物炭箱中心位置横向穿过，缩短水力滞留时间；当沟渠内水流量进一步增加时，水流可直接越过L型和U型生物炭箱，从其顶部直接穿过，不影响沟渠正常排涝功能。

3.小孔生物炭箱为水力可渗透设计(生物炭箱不完全阻隔水流)，部分水流可穿透生物炭箱(穿透生物炭箱的水流将得到较高净化效果)。

4.L型和U型生物炭箱采用优化的结构设计，提高对农田退水的净化效率和过水效率。

附图说明

图1为本实用新型的农田退水净化沟渠整体架构俯视图(L+U型)。

图2为农田退水净化沟渠截面图(图1的A-A截面)。

图3为本实用新型的L型和U型生物炭箱高度分布示意图。

图4为本实用新型的农田退水净化沟渠整体架构俯视图(双L型)。

图5a为L+U型生物炭箱低水流量时的沟渠内部水流路径图，图5b为双L型生物炭箱低水流量时的沟渠内部水流路径图。

图6a为L+U型生物炭箱中水流量时的沟渠内部水流路径图，图6b为双L型生物炭箱中水流量时的沟渠内部水流路径图。

图7a为L+U型生物炭箱高水流量时的沟渠内部水流路径图，图7b为双L型生物炭箱高水流量时的沟渠内部水流路径图。

图中有：排水渠1、前置渗滤池2、L型生物炭箱3、U型生物炭箱4、分流锥5、排水管6、排水渠侧壁7、农田8、水生植物9、沟渠填料10、渗滤池填料11、生物炭箱地上部分12、生物炭箱地下部分13、L型直角生物炭箱14、L型圆角生物炭箱15。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

本实用新型的沟渠包括排水渠1、沿水流方向依次设置在所述排水渠1中的多级回转型过水装置、设置在排水渠1外侧并与之连通的前置渗滤池2，所述回转型过水装置包括沿排水渠1底部设置的生物炭箱，所述生物炭箱的顶面在水流方向上是两端高、中间低的V形或U形结构。回转型过水装置包括沿排水渠,1底部设置的两种生物炭箱，一种为L型生物炭箱3，另一种为U型生物炭箱4，每个回转型过水装置包括一个U型生物炭箱(4)和两个以沟渠水流方向中心线对称设置的L型生物炭箱3，所述L型生物炭箱3包括短边和长边，两个L型生物炭箱3的短边分别与排水渠1的两侧壁邻接，L型生物炭箱3的长边与水流方向平行，所述U型生物炭箱4包括两个主体段和连接所述两个主体段的连接段，L型生物炭箱3的开口和U型生物炭箱4的连接段外侧均与水流方向相向设置，所述U型生物炭箱4的两个主体段分别设置在各自对应的L型生物炭箱3的长边与相邻的排水渠1侧壁之间的区域。L型和U型生物炭箱按图1的结构排列，沟渠深度100cm，L型和U型生物炭箱两侧高度为60cm，中间高度为30cm(图3)，当沟渠内水位低于30cm时，沟渠内水流方向如图5a；当沟渠内水位低于60cm，高于30cm时，沟渠内水流方向如图6a；当沟渠内水位高于60cm时，沟渠内水流方向如图7a。L型和U型生物炭侧壁厚度为5cm，底部厚度最薄处为10cm。

实施例2

本实用新型的沟渠包括排水渠1、沿水流方向依次设置在所述排水渠1中的多级回转型过水装置、设置在排水渠1外侧并与之连通的前置渗滤池2，所述回转型过水装置包括沿排水渠1底部设置的生物炭箱，所述生物炭箱的顶面在水流方向上是两端高、中间低的V形或U形结构。回转型过水装置包括沿排水渠1底部设置的两个L型生物炭箱3，所述L型生物炭箱3包括短边和长边，两个L型生物炭箱3的短边分别与排水渠1的两侧壁邻接，一个L型生物炭箱3开口与水流方向相向设置，另一个L型生物炭箱3开口与水流方向同向设置，并且其长边设置在前一个L型生物炭箱3与排水渠1侧壁之间的区域。所述L型生物炭箱按图4的结构排列，沟渠深度100cm，L型生物炭箱两侧高度为60cm，中间高度为30cm(图3)，当沟渠内水位低于30cm时，沟渠内水流方向如图5b；当沟渠内水位低于60cm，高于30cm时，沟渠内水流方向如图6b；当沟渠内水位高于60cm时，沟渠内水流方向如图7b。L型和U型生物炭侧壁厚度为10cm，底部厚度最薄处为15cm。

实施例3

本实施例中，排水渠1底部竖直设置有与U型生物炭箱4的连接段外侧中央位置相接的分流板，前置渗滤池2通过排水管6与排水渠1连通，所述排水管6的出口对应设置在分流板上方。分流板的作用就是对两个方向的来水起到均分的作用，两个方向中，一个是沿沟渠水流方向，另一个是排水管口出水方向。

实施例4

本实施例中，排水渠1底部设置有与U型生物炭箱4的连接段外侧中央位置相接的分流锥5，前置渗滤池2通过排水管6与排水渠1连通，所述排水管6的出口对应设置在分流锥5上方。分流锥5为三棱锥，锥体的一个侧面与其底面垂直，且该侧面与U型生物炭箱4的连接段外侧贴合设置，分流锥5的底面放置在排水渠1的底面上。分流锥5的作用就是对两个方向的来水起到均分的作用，两个方向中，一个是沿沟渠水流方向，另一个是排水管6出水方向，锥体一条棱针对入水方向，使水流进入后被平均分割为两侧两个流向。

实施例5

本实施例中，L型生物炭箱3的短边相对于长边加厚，U型生物炭箱4的连接段相对于主体段加厚，此处受水流冲击较大，加厚可防止过多水分穿透生物炭箱，并进一步提高穿透水分的净化效率。

实施例6

本实施例中，L型生物炭箱3短边面向水流方向的一侧，以及U型生物炭箱4的连接段内侧，均采用圆弧型结构，使水流转向更加平稳，加快过水效率。L型生物炭箱3和U型生物炭箱4均为中空结构，并密布小孔，箱内填装用无纺布包裹的生物炭滤料。

实施例7

本实施例中，生物炭箱通过设置在排水渠1上的可拆卸卡槽进行固定安装。L型生物炭箱3中长边的末端进行了切角处理，以降低水流阻力。