一种利用砂基微珠技术建造高标准水田系统的施工方法与流程

1.本技术属于荒坡旱地、城市建设产生的渣土消纳场地建造水田及易受旱涝灾害影响低产量农田提升改造技术领域，尤其是涉及一种利用砂基微珠技术建造高标准水田系统的施工方法。


背景技术：

2.随着近几年国家城市化进程的不断加快，大量优质农田被开发利用，各个地方的优质农田数量不断减少，影响了国家粮食安全。但很多现有的距离水源较远的无法引水的农田，地势高的荒坡旱地、城市建设产生的渣土消纳场地由于缺少水源，无法进行水稻耕种。必须采用一种新的技术来开发优质的农田弥补农田的数量的减少，达到占补平衡，确保18万亿耕地红线。


技术实现要素：

3.本技术的第一方面，为了克服现有技术的不足，提供一种利用砂基微珠技术建造的高标准水田系统。
4.为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种利用砂基微珠技术建造的高标准水田系统，包括耕种单元和水循环利用单元，该水循环单元包括
5.蓄水模块，设于地面下，可储存富余的水资源；
6.水道模块，当水量富余时，可将富余的水引导至蓄水模块进行储存；当需要水进行灌溉时，可将蓄水模块中的水引导至耕种单元用于灌溉；
7.净水模块，利用砂基微珠微生物自我净化技术净化蓄水模块中储存的水源。解决农业面源污染的难题。
8.通过水循环单元中蓄水模块、水道模块、净水模块的配合设置，使得在雨水充沛的季节或者在农田灌溉溢流，多余的水资源能够被储存起来，待到较为干旱的季节或需要灌溉时，再利用蓄水模块中储存的水资源进行灌溉以实现循环利用，保证耕种单元需要用水时始终具有充足的水资源用于灌溉，继而使得原本缺少水资源而无法耕种水稻的农田也可以成为优质的水田，解决优质水田被城市建设占用产生的大规模城市建设用地与粮食安全的矛盾，弥补储备农田的数量不足，达到占补平衡，保证粮食生产的安全，同时也起到了节约用水、提高水资源利用率的目的；而净水模块则保证溢流水的水质在不采用外部净化设备和药剂的前提下靠净水模块内生物酶微生物的作用达到三类水的标准，较好解决了农业生产面源污染对下游河道水系及周围环境的影响，达标的水溢流不会将污染排入下游，解决了农业面源污染的问题。同时也实现旱涝保收，保证粮食高产稳产。解决了距离水源较远无法引水、地势较高的荒坡旱地要变成水稻田灌溉用水的难题。即，从技术角度解决耕地红线问题，响应国家“藏粮于技”的号召，保证粮食安全；同时由于本技术的应用，耕地的选择性更多，无需将某一片土地集中变为耕地，避免某一块区域的生态被完全改变，起到保护生物多样性的作用。
9.可选的，所述蓄水模块为蓄水池，该蓄水池包括用于沉淀泥沙的第一水池、与第一水池连通的第二水池及与第二水池连通的第三水池，所述净水模块设于所述第三水池内；在暴雨时，第一水池也可以用于接受大流量的来水。
10.可选的，所述第二水池的体积占所述蓄水池总体积的70％，所述第三水池的体积占所述蓄水池总体积的20％。
11.可选的，所述净水模块包括多个设于所述第三水池内的储水区和用于将所述第三水池分隔为多个所述储水区的分隔墙。该分隔墙采用砂基微珠材料具有过滤功能和用于吸附微生物生长的着床。
12.可选的，所述储水区的横截面呈多边形结构设置。
13.可选的，所述水道模块包括用于输送水流的沟渠和用于过滤水流的过滤部件。
14.可选的，所述沟渠包括排水沟、与所述排水沟联通的排水渠、用于连通所述排水渠与所述水循环单元的的边沟及与所述水循环单元的连通的灌溉沟；所述过滤部件包括架设于所述边沟上侧的滤水件和铺设于所述滤水件上的滤水料；所述排水沟的底部高于所述排水渠的底部，所述边沟的底部低于所述排水渠的底部，所述滤水件低于所述排水渠的底部设置。
15.可选的，所述耕种单元包括基层、设于基层上的透气防渗层及设于透气防渗层上的种植层。
16.可选的，所述透气防渗层包括防渗填料和多块防渗毯，相邻两块所述防渗毯的至少部分重叠，所述防渗填料设于相邻两块多数防渗毯的连接处。
17.可选的，所述透气防渗层包括防渗填料和多块防渗毯，相邻两块所述防渗毯之间具有间隙，所述防渗填料设于相邻两块多数防渗毯的间隙处，且防渗填料至少部分与防渗毯重叠。
18.可选的，所述防渗填料的铺设面积占所述透气防渗层的铺设面积的25-35％。
19.本技术的第二方面在于，公开了一种利用砂基微珠技术建造高标准水田系统的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
20.在目标区域，挖掘预设深度的基坑；
21.在基坑内，建设预设体积的蓄水池；
22.在蓄水池顶部建造耕作区；
23.搭建水道模块。
24.进一步的，所述耕作区的建造方法包括以下步骤：
25.在蓄水池顶部铺设基层并压实；
26.在基层上铺设透气防渗层；
27.在透气防渗层上铺设种植层并找平；
28.在种植层四周制作田埂，该田埂内侧区域即为耕作区；
29.对耕作区初步找平并蓄水，蓄水后进行带水找平。
30.进一步的，所述透气防渗层的铺设方法包括以下步骤：
31.在基层上铺设多块防渗毯，相邻两块防渗毯之间具有间隙或至少部分重叠；
32.铺设防渗填料，该防渗填料铺设于相邻两块防渗毯的间隙处或接缝处，且至少部分与防渗毯重。
33.进一步的，所述蓄水池的建设方法包括以下步骤：
34.在基坑中先后浇筑蓄水池的底板和四壁，形成池体；
35.在池体内浇筑隔墙，将池体分隔为第一水池、第二水池及第三水池；
36.在第三水池内构建净水模块；
37.对池体进行封顶，形成蓄水池。
38.进一步的，所述净水模块的构建方法包括以下步骤：
39.设计分隔墙的布设图纸；
40.根据图纸，在第三水池的底板上用砂基微珠滤水活性砌块铺设出第一个多边形结构；
41.在第一个多边形结构的基础上，用砂基微珠滤水活性砌块在第三水池的底板上铺满连续的多边形结构；
42.在第一层多边形结构的基础上，依次一层一层往上砌，构成净水模块。
43.进一步的，还包括在所述隔墙上侧开设通孔，用于连通蓄水池内相邻的两个水池。
44.进一步的，还包括在所述池体对应于第三水池的侧壁上开设溢流孔。
45.进一步的，所述水道模块的搭建方法包括以下步骤：
46.沿耕种区的边缘挖掘预设深度的排水渠和灌溉沟；
47.挖掘预设深度的边沟和排水沟；
48.安装滤水件和滤水料。
49.进一步的，所述排水渠的坡降不小于1％。
50.进一步的，所述多边形结构为四边形或六边形结构。
51.本技术的优点在于：利用蓄水池和水道，使得雨季多余的水资源能够被存储，待到旱季需要用水时再用于灌溉，保证耕种单元需要用水时始终具有充足的灌溉用水，进而使得缺少水源、劣质的土地能够被开发成功为优质的水田，解决占补平衡的矛盾，确保粮食生产安全。
附图说明
52.图1是本技术中水田系统的示意图；
53.图2是本技术中水田系统的横向剖视图；
54.图3是本技术中水田系统另一种实施方式的横向剖视图；
55.图4是本技术中水田系统的纵向剖视图；
56.图5是本技术中水田系统沿第三水池的剖视图；
57.图6是本技术中耕种区的示意图；
58.图7是本技术中边沟、滤水件、滤水料的示意图；
59.图8是本技术中蓄水池底板上的透气防渗孔的示意图。
具体实施方式
60.下面参照附图，对本技术的优选方式详细地进行说明，为了使本技术领域的人员更好的理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术中实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
61.如图1-7所示，本技术公开了一种利用砂基微珠技术建造的高标准水田系统，尤其适用于无水源区域，该高标准水田系统包括耕种单元和水循环单元；具体的，耕种单元包括基层201(或称之为垫层)、透气防渗层202、填料203、种植层204及田埂；基层201由素土铺设并夯实而成，夯实度大于93％，该基层的厚度为30-80cm，优选为50cm；于其他实施例中，基层的厚度、夯实度可以根据实际标高选择。透气防渗层202铺设在基层201上，用于防止水分流失；该透气防渗层202包括多块防渗毯和防渗填料203，相邻两块防渗毯至少部分重叠(或相邻两块钠基膨润土防渗毯之间相互搭接)；防渗毯为钠基膨润土防渗毯，可从市场上直接购买得到，本实施例中选用的钠基膨润土防渗毯质量为4-6kg/m2，在一些实施例中，钠基膨润土防渗毯质量可以根据实际需要选择；防渗填料203铺设在透气防渗层202的接缝处，用于进一步防止水分流失及营造微生物生长的环境；防渗填料203的铺设厚度为1-10cm，优选为8cm，且防渗填料203的铺设面积占透气防渗层202铺设面积的25-35％，优选为30％；该防渗填料203为砂基透气防渗保鲜复合材料，在一些实施例中，防渗填料203的铺设厚度、铺设面积、选用材料都可以根据实际需要进行选择；种植层204由铺设于透气防渗层202上方的种植土形成，用于植被的种植，该种植层204的铺设厚度为40-80cm，优选为70cm；在一些实施例中，种植层204的铺设厚度、选用材料都可以根据实际需要进行选择；田埂围设于种植层204外侧，由回填的泥土形成，使得田埂内侧形成耕作区110。钠基膨润土防渗毯、砂基透气防渗复合材料增加土壤的溶解氧含量，有利于微生物的生长，气流交换和微生物自由运动避免了作物的烂根现象,同时提高土壤的蓄水能力，增加了肥料的溶解能力，减少化肥的挥发和流失。
62.在一些实施例中，钠基膨润土防渗毯呈三层结构设置，上下两层分别为土工织物，中间为钠基膨润土粒层，其由天然的粘土矿物机材料加工而成。
63.在一些实施例中，种植土为土壤、硅藻土、石灰、蛭石、生物炭按100:5:3:2:10比例搅拌而成。
64.具体的，水循环单元包括水道模块、蓄水模块及净水模块；蓄水模块用于将富余的水资源(如雨水)收集并储存，以便于后续在雨水匮乏时重新用于灌溉；水道模块则用于在农田水量富余时，将多余的水资源引导输送至蓄水模块进行储存，而在农田需要水进行灌溉时，将蓄水模块中储存的水输送至耕作区110。净水模块既可以在雨水富余量较多时，用于进一步的水资源储蓄，同时可以对水资源进行净化，处理水中的农药、cod、总氮、总磷、氨氮成分，便于长时间的储蓄，避免水体变质、发黑、发臭；而在超出水循环单元的蓄水极限时，多余的水会经过净水模块排出，使得排出的水的水质达到ⅲ类水标准。
65.在一些实施例中，蓄水模块为设于地面下的蓄水池，该蓄水池包括池体和隔墙，隔墙设于池体内，通过隔墙的分隔，在池体内形成有第一水池105、第二水池106及第三水池109；隔墙上开设有通孔，该通孔的直径为30-50cm，该通孔位于隔墙的上侧，通孔的中心距离隔墙的顶部为50-70cm；使得第一水池105蓄满水之后，水可以溢流到第二水池106中，而第二水池106蓄满水后，水可以溢流到第三水池109中；其中，第一水池105主要用于沉淀泥沙和接受暴雨时大流量来水的进入，保证泥沙等杂质不进入第二、第三水池。第一道的池水已去除了大部分泥沙，还保留了大自然的径流雨水中所含有的水稻生长所需的胺氮、磷、钾有机元素进入第二水池。净水模块设置在第三水池109内。
66.于其他实施例中，隔墙上的通孔的直径、通孔的中心与隔墙的顶部的距离均可以
根据实际需要选择，只需保证在进水流量大时，池内水能正常流通即可。
67.本实施例中，该蓄水池为钢筋混凝土结构，池体呈空心矩形体结构设置；底板为开口的结构，开口面积占总面积的30％左右，开口内填砂基透气防渗复合材料及硅砂微珠等。
68.于其他实施例中，蓄水模块也可以为开设的人工水塘。
69.进一步的，在第一水池105上开设有第一水井107a，第一水池105内安装有第一驱动件108a，该第一驱动件108a通过管道，可以将第一水池105内沉淀的泥沙从第一水井107a处排出，有效清理第一水池105，防止泥沙淤积；第二水池106上开设有第二水井107b，第二水池106内安装有第二驱动件108b，该第二驱动件108b通过管道，可以将第二水池106内的水从第二水井107b处排出至水道模块，再由水道模块输送至耕作区110；第三水池109上开设有第三水井107c，第三水池109内安装有第三驱动件108c，该第三驱动件108c通过管道，可以将第三水池109内的水从第三水井107c处排出至水道模块，再由水道模块输送至耕作区110；池体上还开设有溢流口303，该溢流口303与第三水池109连通，位于池体上侧，当第三水池109内的水过多时，可以通过溢流口303排出池体。
70.在一些实施例中，第二水池106的体积占池体总体积的70％。
71.在一些实施例中，第三水池109的体积占池体总体积的20％。
72.本实施例中，第一驱动件108a、第二驱动件108b、第三驱动件108c均为市场上购买的潜水泵，具体型号为jyw65-25-30-1200-5.5，此为现有技术，故在此不做赘述；于其他实施例中，也可选用其他驱动件，或选用其他型号的潜水泵。
73.在一些实施例中，净水模块包括多个设于第三水池109内的储水区301和用于将第三水池109分隔为多个储水区301的分隔墙302；储水区301的横截面呈多边形结构设置，本实施例中为四边形结构。于其他实施例中，也可为六边形或八边形结构。
74.分隔墙302能够过滤水，使得水在储存满一个储水区301的同时，也会过滤到相邻的储水区301内，使得相邻储水区301不易相互污染。使得每个独立单元的多边形结构能层层净化雨水。多个储水区301与分隔墙302配合呈田字状结构设置，于其他实施例中，也可以根据需要组成其他形状。分隔墙302由砂基微珠滤水活性砌块制成，该砂基微珠滤水活性砌块表面呈凹凸不平设置，亲水性高，有利于微生物着床挂膜。且由于蓄水池设于地面下，储存水常年温度保持在20度左右，配合砂基微珠滤水活性砌块表面凹凸不平的结构、水中充足的溶解氧，能够加快微生物的生长，更有利于砂基微珠滤水活性砌块制成的分隔墙302表面形成生物膜，利用生物膜分解水中有机物，防止水体变质、发黑、发臭，使得水资源能够长久储存。
75.在一些实施例中，砂基微珠滤水活性砌块采用硅砂微珠、水泥、增强剂、减水剂、促凝剂、生物添加剂按照比例搅拌压制成型(本公司特殊的技术)。尺寸为一般为480*120*200mm，也可以根据蓄水池空间大小的不同调整为其他尺寸。
76.在一些实施例中，水道模块包括用于输送水流的沟渠和用于过滤水流的过滤部件；其中沟渠包括排水渠101、边沟102、排水沟111及灌溉沟1120；过滤部件包括滤水件103和滤水料104；排水渠101沿田埂(即耕作区110)的边缘开设，边沟102一端与排水渠101连通，另一端与第一水井107a连通，从而将排水渠101中的水通过边沟102引导至第一水井107a，再进入第一水池105；其中，边沟102的底部低于排水渠101的底部，且边沟102的底部呈倾斜设置；滤水件103设于边沟102的上方，且该滤水件103略低于排水渠101的底部，或两
者平齐；滤水料104铺设在滤水件103上，滤水件103与滤水料104可以减少水动力的冲击，过滤掉部分漂浮物和泥沙。灌溉沟1120沿田埂(即耕作区110)的边缘布置，与耕作区110连通。第二驱动件108b和第三驱动件108c的出口均高于灌溉沟1120顶部设置。排水沟111开设在田埂上，用于连通耕作区110和排水渠101，且排水沟111的底部高于排水渠101的底部。
77.在一些实施例中，灌溉沟1120可以连接多块水田。
78.在一些实施例中，水道模块为直接在土地上挖掘形成的沟渠。或者，水道模块也可以为用于输送水的管道，如塑料管、金属管。
79.本实施例中，排水渠101宽50cm,高50cm，边沟102宽50cm，高80cm，坡降不小于1％，边沟102的底部与排水渠101的底部的距离为30cm；滤水件103架设在距离边沟102底部20cm高处，该滤水件103为雨水篦子，可直接从市场上采购得到，在此不做赘述；滤水料104为直径3-8cm的鹅卵石。灌溉沟1120为混凝土浇灌或砖砌或直接在土地上挖成的沟，可呈u形或v形或其他形状，灌溉沟1120宽度为50-60cm，高度为40-60cm，坡降为0.5％-1.5％(靠近耕作区110的一侧低)。第二驱动件108b和第三驱动件108c的出口均高于灌溉沟1120顶部5cm；灌溉沟1120的底部高于耕作区110的土面10cm；排水沟111的底部高于排水渠101的底部5cm。
80.于其他实施例中，排水渠101和边沟102的尺寸、坡度可以根据需要选择；滤水件103的架设高度、选用的材料、形状均可根据实际需要选择，如可选用不锈钢过滤网；滤水料104的材料、粒径等也均可以根据实际需要选择，如可选用级配碎石；灌溉沟1120、排水沟111、驱动件的出口、耕作区110之间的高度差的数值可以根据实际需要选择。
81.本技术的具体工作流程如下：
82.当雨水时期到来时，雨水从排水渠101收集，且耕作区110中多余的水也可以通过排水沟111排入排水渠101内，水流再从排水渠101进入边沟102内，经过滤水件103和滤水料104的过滤后，从第一水井107a进入第一水池105，雨水(或水流)经过初步沉淀后，流入第二水池106内储存；若是第二水池106储存满了，则流入第三水池109中，利用净水模块净化后储存；若是第三水池109也满了，则将多余的已经净化后的水从溢流口303处来到蓄水池外沟渠；
83.当耕作区110需要灌溉时，启动第二驱动件108b，将第二水池106中储存的水用提升泵提升输送至灌溉沟1120，再经由灌溉沟1120输送至耕作区110处。当第二水池106中储存的水不足以满足灌溉需求时，启动第三驱动件108c，将第三水池109中储存的水输送至灌溉沟1120，再经由灌溉沟1120输送至耕作区110处。
84.而当水田的水达到饱和状态时或无需用水时，将水从排水沟111流入排水渠101中，重新回流到蓄水池中，形成水和氮、磷、钾有机元素循环利用，有利于减少化肥用量控制。雨季收集的雨水，储藏饱和后经池体内部砂基微珠微生物自我净化后溢流达标排放。
85.在一些实施例中，在蓄水池内设置有多个透气防渗孔112，透气防渗孔内铺设有砂基透气防渗保鲜复合材料和硅砂微珠；从而使得泥土中的氧气能够渗透到蓄水池中；透气防渗孔开设在蓄水池的底板上，透气防渗孔的面积占蓄水池底板总面积的20％～30％；本实施例中，透气防渗孔的长宽高尺寸为600*600*300mm，包括50mm厚度的沙子找平层112a、50mm厚度的砂基透气防渗保鲜复合材料112b以及200mm厚度的混合料112c，该混合料包括级配碎石、硅砂微珠及pzg。
86.本技术还公开了一种无水源区域利用砂基微珠技术建造高标准水田系统的施工
方法，包括以下步骤：
87.s1、在目标区域，挖掘预设深度的基坑；
88.s2、在基坑内，建设预设体积的蓄水池；
89.s3、在蓄水池顶部建造耕作区110；
90.s4、搭建水道模块。
91.本实施例中，s1中基坑的深度不超过8m；于其他实施例中，可以根据实际需要选择基坑的挖掘深度。
92.在一些实施例中，步骤s2中蓄水池的建设方法包括以下步骤：
93.s21、在基坑中先后浇筑蓄水池的底板和四壁，形成池体；
94.s22、在池体内浇筑隔墙，将池体分隔为第一水池105、第二水池106及第三水池109；
95.s23、在第三水池109内构建净水模块；
96.s24、对池体进行封顶，形成蓄水池；本实施例中，封顶采用现场浇筑或预制盖板的方式实现，于其他实施例中，也可以采用其他方式封顶。
97.其中，步骤s23中净水模块的构建方法包括以下步骤：
98.s231、设计分隔墙302的布设图纸；以确定分隔墙302的形状、尺寸、位置；
99.s232、根据图纸，在第三水池109的底板上用砂基微珠滤水活性砌块铺设出第一个多边形结构；优选的，第一个多边形从第三水池109的其中一个角开始施工；
100.s233、在第一个多边形结构的基础上，用砂基微珠滤水活性砌块在第三水池109的底板上铺满连续的四边形结构；构成田字状结构；
101.s234、在第一层四边形结构的基础上，依次一层一层往上砌，构成净水模块。
102.其中，在步骤s24之前，在隔墙上侧开设通孔，用于连通蓄水池内相邻的两个水池；在步骤s23之前，在池体对应于第三水池109的侧壁上开设溢流孔303，便于池体内的水满后达标溢流排放到下游沟渠。
103.在蓄水池的顶部开设三个开口，第一水池105、第二水池106及第三水池109分别与其中一个开口对应并连通；第一水井107a、第二水井107b及第三水井107c分别设置在于第一水池105、第二水池106及第三水池109对应的开口处。
104.在一些实施例中，步骤s3中耕作区110的建造方法包括以下步骤：
105.s31、在蓄水池顶部铺设基层201并压实；
106.s32、在基层201上铺设透气防渗层202；
107.s33、在透气防渗层202上铺设种植层204并找平；
108.s34、在种植层204四周制作田埂，田埂内侧区域即为耕作区110；
109.s35、对耕作区110初步找平并蓄水，蓄水后进行带水找平。
110.其中，步骤s32中，透气防渗层202的铺设方法包括以下步骤：
111.s321、在基层201上铺设多块防渗毯，相邻两块防渗毯之间至少部分重叠；
112.s322、铺设防渗填料203，将防渗填料203铺设于相邻两块防渗毯的接缝处。相邻两块防渗毯之间约50cm铺设5～8cm的砂基透气防渗复合材料。砂基透气防渗复合材料可在市场上采购。
113.本实施例中，步骤s35中蓄水深度为5～10cm；于其他实施例中，也可以根据实际需
要调整蓄水深度。
114.于其他实施例中，在铺设透气防渗层时，也可以是相邻两块防渗毯之间具有间隙，并将防渗填料203铺设于相邻两块防渗毯之间的间隙处，且防渗填料203至少部分与防渗毯重叠；本实施例中，相邻两块防渗毯之间的间隙为30～50cm。
115.在一些实施例中，步骤s4中水道模块的搭建方法包括以下步骤：
116.s41、沿耕种区110的边缘挖掘预设深度的排水渠101和灌溉沟1120；
117.s42、挖掘预设深度的边沟102和排水沟111；使得耕种区110、排水沟111、排水渠101、边沟102、蓄水池、灌溉沟1120相连通；
118.s43、安装滤水件103和滤水料104。
119.在一些实施例中，步骤s41和步骤s42可以交换顺序。
120.以上显示和描述了本技术的基本原理和主要特征和本技术的优点,对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
121.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。