一种治理农业面污染源用生态沟渠的修建方法

1.发明涉及生态沟渠领域,尤其涉及一种治理农业面污染源用生态沟渠的修建方法。


背景技术：

2.我国农业面源污染防治问题已迫在眉睫，各地均开展了各类防控技术研究与示范工作，特别是用于农田径流污染物拦截的生态沟渠系统开发与应用。欧美等发达国家在20世纪80年代已经开展该工程类型的研究与示范，并出台了相关法令强制执行；我国则起步于本世纪初，经过多年的探索与实践，在其净化机理研究及成果应用方面均有了长足发展。2008年《太湖流域水环境综合治理总体方案》中明确指出，以生态沟渠为主的农田径流污染物生态拦截工程被作为面源污染治理项目的重要内容，并明确规定了江苏省、浙江省和上海市的建设任务。
3.生态沟渠系统作为集截留沉淀、微生物降解和植物吸收等多项去除功能于一体的生态体系，其净化功能应在各组成单元日渐完善的情况下趋于稳定。研究表明，我国太湖、滇池等流域建造的生态沟渠农田径流总氮(tn)去除率达50％～60％，总磷(tp)去除率达40％～55％，在应用初期均取得了良好的污染物拦截效果，但因其设计参数重点在于污染物去除性能，结构强度和后期管理方面考虑不足，导致处理后期出现沟体损毁、使用寿命缩短、拦截效果逐年降低等问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种治理农业面污染源用生态沟渠的修建方法。
5.本发明所采用的技术方案是，该方法五个步骤：第一步沟体尺寸设计、第二步种植孔设计、第三步沟体稳固性设计、第四步植物配置、第五步运行管理，其中修建方法包括第一步、第二步、第三步，生态沟渠包括第四步、第五步。
6.本发明中，所述沟体尺寸设计，按照《灌溉与排水设计规范》对排水沟渠的功能要求，结合当地田块沟渠间距特征，沟渠采用平底，根据水流坡降，选取排滞深度为0.6m，包含日常水深0.2m，日常水深0.1～0.2m，超高0.2m，从而确定沟深为1.0m，排涝需满足10年一遇的1～3d暴雨3～5d排至耐淹水深的要求，排涝设计模数按2.0m3/(km2·
s)计，在该流量下流速满足不冲不淤的要求，渠底宽度取最小值0.5m，边坡系数取0.25时，按流量校核，流速满足规范要求，沟壁边坡系数放大至0.4，则上宽为1.3m，比传统混凝土渠横截面积扩大25％。
7.本发明中，所述种植孔设计，种植孔选取有效面积大和无应力集中点的圆形孔，最大程度降低开孔对沟底和沟壁预制板造成的强度损伤尺寸设为500mm
×
1200mm，利用污水处理技术中的廊道原理，并根据常规水生植物最小生长面积，采用“s”型交错方式布设3个d150mm孔洞，减缓流速，沟壁多孔板尺寸设为600mm
×
1200mm。根据常年降雨特征和农田排水径流比，计算得出沟渠不同深度的侧壁受水流冲刷概率，沟壁板种植孔开设于距板底
45cm以上，设12个d100mm孔洞。
8.本发明中，所述沟体稳固性设计，沟壁板板厚设为40mm，采用钢筋混凝土结构预制，混凝土标号取c20，钢筋选用hpb300级热轧钢筋(φ4mm)，钢筋露出部分伸入沟渠顶面的现浇水泥板内；同时，强度设计部分采用广泛应用于岩土工程领域的三维植被网护坡技术，施工过程中，在沟壁土体夯实的基础上，贴紧铺设一层三维植物网em2，上端预留有100mm伸入沟壁顶部的廊道上，之后铺盖预制沟壁多孔板；利用沟壁植物根系与三维植物网的锚固作用达到沟渠结构稳定，待沟壁植物生长稳定后，其表面形成了一层“板
‑
网
‑
根
‑
草”的复合护面层，大大增强了纵向雨水和横向水流的冲蚀能力。
9.本发明中，所述植物配置，蛇莓草种植在沟底，沟岸和沟壁种植千屈菜、鸢尾、玉带草。
10.本发明中，所述运行管理内容包括:a完善农田排水系统管理，临近河道的农田，通过田埂、沟渠等修整，使农田径流排水不直接进入周边水体，确保氮、磷污染物在生态沟渠中得到一定量的去除。b水生植物收割处理，蛇莓、千屈菜、鸢尾、玉带草地上氮磷含量以及生物量季节动态变化在10月中旬达到最高值，确定10月中旬为水生植物最佳收割期，c沟底淤泥清理，水生植物收割后，须清除渠底淤泥，在维持排水沟渠水利功能的同时，保障其生态功能，阻断内源污染的发生。
11.本发明所提的方法将抗侵蚀型生态沟渠通过引入三维植物网护坡技术，并按照沟渠水力学和工程力学特性，合理设计水生植物种植孔，提高了沟渠的结构强度，延长其使用寿命，成本适中。
附图说明
12.图1为本发明生的方法流程图；
13.图2为本发明的生态沟渠横断面。
具体实施方式
14.需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和有具体实施例对本技术作进一步详细说明。
15.如图1所示，一种治理农业面污染源用生态沟渠的修建方法，该方法包括五个步骤：第一步沟体尺寸设计、第二步种植孔设计、第三步沟体稳固性设计、第四步植物配置、第五步运行管理，其中修建方法包括第一步、第二步、第三步，生态沟渠包括第四步、第五步。
16.沟体尺寸设计，按照《灌溉与排水设计规范》对排水沟渠的功能要求，结合当地田块沟渠间距特征，沟渠采用平底，根据水流坡降，选取排滞深度为0.6m，日常水深0.1～0.2m，超高0.2m，从而确定沟深为1.0m，排涝需满足10年一遇的1～3d暴雨3～5d排至耐淹水深的要求，排涝设计模数按2.0m3/(km2·
s)计，在该流量下流速满足不冲不淤的要求，渠底宽度取最小值0.5m，边坡系数取0.25时，按流量校核，流速满足规范要求，沟壁边坡系数放大至0.4，则上宽为1.3m，比传统混凝土渠横截面积扩大25％。
17.种植孔设计，种植孔选取有效面积大和无应力集中点的圆形孔，最大程度降低开孔对沟底和沟壁预制板造成的强度损伤，尺寸设为500mm
×
1200mm，利用污水处理技术中的廊道原理，并根据常规水生植物最小生长面积，采用“s”型交错方式布设3个d150mm孔洞，减
缓流速，沟壁多孔板尺寸设为600mm
×
1200mm，根据常年降雨特征和农田排水径流比，计算得出沟渠不同深度的侧壁受水流冲刷概率，沟壁在距沟底40cm以上受排水冲刷造成的破坏风险显著降低。因此，沟壁板种植孔开设于距板底45cm以上，设12个d100mm孔洞。
18.沟体稳固性设计，在参考《灌溉与排水工程设计规范》(gb50288
‑
1999)和《给水排水工程构筑物结构设计规范》(gb50069
‑
2002)等标准的基础上，根据设施粮田建设中的混凝土沟渠设计要点和施工经验，沟壁板板厚均为40mm，采用钢筋混凝土结构预制，混凝土标号取c20，钢筋选用hpb300级热轧钢筋(φ4mm)，钢筋露出部分伸入沟渠顶面的现浇水泥板内。
19.同时，强度设计部分采用广泛应用于岩土工程领域的三维植被网护坡技术。施工过程中，在沟壁土体夯实的基础上，贴紧铺设一层三维植物网em2，上端预留有100mm伸入沟壁顶部的廊道上，之后铺盖预制沟壁多孔板。由此，可利用沟壁植物根系与三维植物网的锚固作用达到沟渠结构稳定，待沟壁植物生长稳定后，其表面形成了一层“板
‑
网
‑
根
‑
草”的复合护面层，大大增强了纵向雨水和横向水流的冲蚀能力。沟渠抗坡面侵蚀强度较裸露土质沟渠可提高2倍以上；实际应用表明，其强度基本可达到全混凝土型排水沟渠。综上，抗侵蚀型生态沟渠断面见图2所示。
20.植物配置，蛇莓草种植在沟底，沟岸和沟壁种植千屈菜、鸢尾、玉带草。
21.沟渠水生植物主要起到减缓流速、拦截吸收等作用，并可为根系微生物降解提供必要的泌氧环境。
22.运行管理内容包括:a完善农田排水系统管理。特别是临近河道的农田，通过田埂、沟渠等修整，使农田径流排水不直接进入周边水体，确保氮、磷污染物在生态沟渠中得到一定量的去除，b水生植物收割处理，蛇莓、千屈菜、鸢尾、玉带草地上氮磷含量以及生物量季节动态变化在10月中旬达到最高值，确定10月中旬为水生植物最佳收割期，c沟底淤泥清理。水生植物收割后，须清除渠底淤泥，在维持排水沟渠水利功能的同时，保障其生态功能，阻断内源污染的发生。
23.本发明所提的方法将抗侵蚀型生态沟渠通过引入三维植物网护坡技术，并按照沟渠水力学和工程力学特性，合理设计水生植物种植孔，提高了沟渠的结构强度，延长其使用寿命，成本适中。玉米种植地径流排水水质停留时间超过48h后，沟渠对农田径流总氮(tn)和总磷(tp)污染物去除率分别为59.5％、57.8％和45.3％，具有良好的面源污染控制效果，按照1hm2玉米种植地配置300m该种抗侵蚀型生态沟渠，则超过80％以上的玉米种植地地表径流均能得到有效处理，该配置方案在我国北方玉米地种植地区基本能够满足，适于在东北及北方地区推广应用。
24.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。