防止沟壁土壤流失的农田生态排水沟渠构建方法与流程

本发明涉及的是一种环境保护领域的技术，具体是一种用于农业面源污染防治的、可以防止沟壁土壤流失的农田生态排水沟渠构建方法。

背景技术：

农田排水沟渠是位于道路两旁或田间用于农田排水(泄洪)的水道，其形成过程就是人类为满足生产、生活安全保障等需要而人工挖掘的过水通道。排水沟渠是一种人类活动影响下的半自然化的湿地生态系统，对农业生产和生态环境具有重要的影响，是农业区常见的景观要素。沟渠的排灌功能是农业生产和生态安全的重要保障，随着水环境问题的日益严重，沟渠在水环境污染的防治和生物多样性保护等方面的作用开始引起关注，成为减轻氮、磷和农药等农田非点源污染的有效途径之一。

国内外与农田排水沟渠相关的研究正处于发展阶段，已取得一些研究成果。相关研究表明，沟渠对农业生产，尤其是对排水不畅地区的农业生产非常重要，是提高农业生产力的有效措施之一；作为过水通道，沟渠系统影响着流域的降水分配和径流形成过程，并控制着农田区的地下水位变化；沟渠同时具有河流和湿地特征的景观要素，可以为水生和湿生动植物提供栖息地，极大地影响着区域的生物多样性；此外，作为一种人工湿地，沟渠可以通过植物吸收、沉降、化学转化和微生物转化等过程有效地截留和转化农业生产造成的面源污染，是减少地表水体污染和富营养化的有效途径之一。相关研究表明，生态排水沟渠具备良好的农田径流污染物拦截效果，合理构建的农田生态排水沟渠系统对水田径流TN、TP污染物拦截量分别可达1.6kg/亩·年、0.04kg/亩·年，对旱地径流TN、TP污染物拦截量分别可达0.9kg/亩·年、0.06kg/亩·年，极大的减轻了河道污染负担，降低了富营养化风险。

整体上看，传统的水泥护板排水渠不能有效截留、去除农田降雨径流中的污染物质，不具备生物栖息地功能，景观品质单一，不能形成良好的生态效应；目前构建的生态排水沟渠系统相对传统的水泥明沟具有很大的进步，不但恢复了沟渠生境，而且对农田径流污染物具有良好的净化效果。但是，对现行常规的圆孔沟渠侧板生态沟渠长期跟踪监测结果发现，在经历了几年的使用后，由于排水冲刷及浸泡等作用，沟渠侧面泥土通过圆孔逐渐流失，最终导致护板后泥土被掏空，大量泥土淤积沟渠底部，同时侧面水生植物失去附着面，逐渐枯萎死亡，失去了沟渠构建初期的勃勃生机和净化能力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术结构不稳定、使用寿命短、沟壁土壤易流失、沟渠容易淤积、维护管理不方便等缺陷，提出一种防止沟壁土壤流失的农田生态排水沟渠构建方法，具有简便实用、结构稳定、避免沟壁土壤流失、对农田径流污染物净化效果好以及具备良好的景观效果等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过对原排水沟渠进行初步整理，然后在农田排水口与生态排水沟渠交接处设置集水井，农田径流在集水井中初步沉淀后，经出水堰进入生态排水沟渠；在对生态排水沟渠的沟底留孔固化及沟壁放坡处理基础上，再用多孔性生态排水沟渠侧板对生态排水沟渠边坡进行加固处理，并在生态排水沟渠的边坡和底部预留植生种植孔中种植净化植物；最后在生态排水沟渠末端设置挡水墙，使农田降雨径流经过生态排水沟渠净化后入河。

技术效果

与现有技术相比，本发明选取过水能力强、对氮磷污染物截除效率高的水生、湿生植物及合理的搭配方式，构建生态沟渠的植物体系，能有效降低有效截留、去除农田径流中氮、磷等污染物质，恢复生物多样性，营造良好的沟渠湿地生态系统。同时，相对现有的一般圆孔型生态排水沟渠，本发明提出的托盘式、组合式及百叶窗式生态沟渠侧板可以有效解决一般圆孔排水沟渠侧板后被掏空、水土流失等问题，提高生态沟渠水土保持能力，更好的营造植物生境，延长沟渠使用寿命，提供更好的农田径流污染净化效果，同时建立更完善的农业景观，对于农田径流污染防治及农田生态系统保持具有更为重要的意义。

附图说明

图1为托盘式(A：碗式托盘)生态排水沟渠护板结构图；

图中：a为三视图；b为剖视图；c为安装断面示意图；

图2为托盘式(B：锯齿托盘)生态排水沟渠护板结构图；

图中：a为三视图；b为剖视图；c为安装断面示意图；

图3为百叶窗式生态排水沟渠护板结构图；

图中：a为三视图；b为剖视图；c为安装断面示意图；

图4为组合式生态排水沟渠护板结构图；

图中：a为三视图；b为剖视图；c为安装断面示意图；d为网格板结构示意图；

图中：1侧板种植单元、2降渍孔、3沟底种植孔、4组合式护板植生格栅、5PVC格栅种植孔、6沟底植物(湿生植物)、7沟壁植物(草本植物)。

具体实施方式

本实施例位于上海市某现代农业园区内，具体包括以下步骤：

步骤1)进行初步整理，拆除农田排水沟渠的原混凝土护坡及底板。

所述的初步整理是指：拆除传统排水沟渠的明沟护板及底板，恢复排水沟渠自然状态，从而打通排水沟渠中水体和沟底、沟壁的物质能量交换通道，恢复植物、动物生境；

步骤2)在农田排水口和生态排水沟渠交接处设置1.5米*1.0米*0.8米(长*宽*深)的集水井，集水井出水端设0.3*0.1米(宽*深)的出水堰。

所述的集水井为下沉式长方体结构，长度为1.5-2米，宽度为1.0-1.2米，深度为0.8-1.0米，砖砌后内壁粉刷平整，从而使得农田排水携带的大量泥沙颗粒(SS)在集水井中得以沉淀去除，减轻了生态沟渠的处理负荷；

所述的出水堰设置成高度可调节，出水口标高和田面水常水位持平，从而调节高度的出水堰口有利于调节田面水深度，以满足农田作物在不同生长季节对水位的不同要求；

步骤3)对沟渠底部进行沟底留孔固化，并对沟渠边坡进行放坡处理，然后在边坡进行加固处理。

所述的沟底留孔固化是指：对沟渠底部采用生态混凝土沿水流方向每隔0.5米分别左右交替留孔固化，预留直径15厘米圆孔作为生态沟渠底部种植孔3。

所述的放坡处理是指：对沟渠边坡按照60-70°的坡度进行放坡，并夯实土壤，从而为后续边坡加固处理提供良好基础。

如图1～图4所示，所述的加固处理是指：在生态排水沟渠的沟底留孔固化处理及边坡夯实基础上，在多孔性生态排水沟渠侧板降渍孔对应位置放置碎石层，然后在边坡依次序放置多孔性生态排水沟渠侧板，沟底接缝处采用底梁固定，然后将碎土施于板后有空隙处及种植孔中，采用水夯的方式让板后土壤及种植孔中土壤沉降均匀，1-2天后采用碎石压顶，生态混凝土加固，从而在满足传统明沟护板版图护坡功能的基础上，由于底部种植孔和边坡种植孔的开设，恢复了农田径流水和沟渠的物质能量交换通道；

所述的多孔性生态排水沟渠侧板，具体尺寸为1*0.5米(长*宽，包括但不限于该尺寸)，该农田生态排水沟渠护板包括：位于上方的种植部和位于下方的降渍部，其中：种植部由种植孔和正对其设置的侧板种植单元组成。

所述的侧板下部区域表面做拉毛处理，以利于微生物附着挂膜，提高系统净化效果。

所述的降渍部为若干降渍孔2组成。

所述的侧板种植单元1，包括：如图1、图2所示的托盘式结构、如图3所示的百叶窗式结构或如图4所示的组合式结构，从而在确保沟渠结构稳定的基础上，为沟渠植物提供更多的生长空间，为水生动、植物等提供生境，进而构建并恢复农田排水沟渠生态系统，恢复生物多样性。

所述的托盘式结构，包括：如图1所示的碗式结构或如图2所示的锯齿式结构，其中：托盘式结构的上部开口8-10厘米，深10厘米；背部开口直径10厘米。

所述的百叶窗式结构，包括：如图3所示的至少两排百叶窗式斜孔组成，该百叶窗式结构的上部开口10厘米，高5厘米，斜度45°。

所述的组合式结构，包括：如图4a所示的组合式护板外框、植生格栅4和如图4d所示的PVC格栅种植孔5，PVC植生格栅4的尺寸为40厘米*50厘米(宽*高)，PVC格栅种植孔5呈菱形、六边形孔或百叶窗型种植孔等其它任意结构布置，边长3厘米，深5厘米，斜度45°。

所述的碎石层的直径10厘米，其中的碎石位于中间部分为3-5厘米粒径，位于外围部分依次为2-4及1-2厘米粒径，从而防止护板后的泥土通过降渍孔2流失，保持沟壁稳定；

步骤4)在生态沟渠底部种植孔3、侧板种植单元1和/或PVC格栅种植孔5内种植净化植物，并在生态排水沟渠排水口设置挡水墙，以保持沟内一定水位，使得农田降雨径流经生态排水沟渠净化后入河。

所述的种植净化植物，具体是指：在生态排水沟渠的多孔性生态排水沟渠侧板的种植孔中种植草本植物，在生态排水沟渠的底部沿径流水在生态排水沟渠中的流向，呈S型依次混和交替种植各类经筛选湿生植物，从而构建并恢复沟渠湿地生态系统，提高农田排水沟渠的污染物拦截及净化能力，减少面源污染排放。

所述的草本植物是指：麦冬、高羊茅、黑麦草中的一种或其组合。

所述的湿生植物是指：美人蕉、芦苇、水葱、黄菖蒲、水竹或千屈菜中的一种或其组合，每丛植物间距0.5米。

所述的挡水墙是指：在生态排水沟渠末端设置的高20厘米的小型水坝，土壤就地夯筑，从而保持沟内水位，维持沟渠植物正常生长。

通过对上述实施例进行了为期2年的监测，结果表明利用本发明构建的生态排水沟渠系统对径流水SS去处率达到90％以上，对氮、磷养分的去处率达到35％以上。同时，2年运行结果发现，碗式侧板种植单元中土壤不外流，渠底沉降的污泥量比现行圆孔型生态护板减少45％以上。结果证明本发明提出的碗式侧板种植单元的生态排水沟渠能有效避免护坡水土流失，降低径流污染物的入河量，减轻地表水环境污染负荷。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。