利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法
阅读：993发布：2020-06-07
专利汇可以提供利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法。该方法通过 整理 完善农田排灌沟渠的 基础 上，根据农田 地表径流 汇流足迹，在农田灌排沟渠上添加生态塘，实现快速减缓农田沟渠 水 流速度，强化农田系统对水的缓冲能 力 ，提高农田内部水资源/氮磷养分的循环效率，减少农田面源污水 排放量 ，有效削减农田氮磷污染物的排放，为保护区域水环境发挥更大作用。，下面是利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法专利的具体信息内容。
1.一种利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)确定区域农田面积，农田种植制度，10年及以上的降雨数据，所述种植制度指水旱轮作、旱旱轮作及水作，农田所种植作物构成；
2)确定农田排灌沟渠网络、农田径流汇流足迹和过程，明确汇流节点的汇水面积；其中汇流节点指农田局部径流汇流进入农田主沟渠的点；汇流面积是指进入汇流节点的产流农田面积；
3)将农田沟渠生态系统，在汇流节点建设塘系统，根据各级塘系统对汇入的水流污染物进行沉积，塘容积大小根据汇流面积的汇流量，径流系数及降雨量确定；农田的径流是指单位面积农田在灌溉或降雨或泡田形成的径流；塘容积(Q)＝汇流面积×径流系数×灌溉量/降雨量(mm)，其中径流系数指单位面积农田的径流量与降雨或灌溉量的比值；
所述步骤2)中汇流节点位于主干渠，二级干渠和三级干渠上。
利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及农业环境保护技术领域，特别涉及一种利用农田沟塘系统防治区域性农田面源污染的方法。
背景技术
[0002] 农田面源污染是指在农业生产活动中，氮磷营养盐在降雨或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流和淋溶进入水体而形成的面源污染。研究表明农田中氮磷的流失主要是通过地表径流进入接纳水体的(马立珊，汪祖强等人苏南太湖水系农业面源污染及其控制对策[J]环境科学学报，17(1)：39～47)。近年来，随着农田生态系统中化肥用量的不断增加，农田土壤中的氮磷含量和农田氮磷的流失量也不在不断增加，给环境管理带来了很大风险(杨林章,孙波农田生态系统养分迁移转化与优化管理的研究[J]，地球科学进展，17(3)):147～153)，农田面源污染负荷随地表径流量增加呈增加，在一般河道、湖泊水质表现为汛期劣于非汛期(陈荷生，太湖生态修复治理工程[J]，长江流域资源与环境，2001,10(2)：173～178)。农田中排灌水沟渠在农业生产中发挥着重要的作用，其中排水和输水是重要最重功能。在农田系统中由众多宽度大小不一的排灌沟渠组成了排灌网络，而这些排灌网络在农田中发挥了水分“调节器”及其与河流湖泊之间水流的“联通器”，在雨季田间水分较多时候，农田沟渠可以作为农田排水的“汇”，在干旱少雨的季节，沟渠中存留的水分可以用来补充农田水分亏缺，成为田间灌溉水的“源”(陆海明，孙金华等人农田排水沟渠的环境效应与生态功能综述[J]水科学进展，2010,21(5)：719～725)。
[0003] 随着农业产业化生产集约化越来越高，农田水利建设越来越完善，农田排灌沟渠一体化、标准化程度也越来越高，虽然提高了农田沟渠的排灌能力，但沟渠贮存水能力严重缺失，农田径流快速、顺畅的直接流入区域水体。虽然农田径流的氮磷浓度较其它污水浓度低，但对于区域保护水体来说也是污水，近年来受到专家、学者们的关注。近年来的研究主要集中在农田排灌沟渠进行生态改造，农田尾水净化方面，一方面在农田沟渠内部种植水生植物，强化沟渠的生态多样性和植物对氮磷拦截和吸收能力，降低径流流速(邓芙蓉，刘东生等人工湿地与土壤净化槽处理农村生活污水的对比[J]，环境化学，2013，32(2)232～239)；另一方面在此基础上添设一些脱氮附磷的多孔介质专用材料并通过多级回流方式增加径流的停留时间(施卫明，薛利红等农村面源污染治理的“4R”理论与工程时间-生态拦截技术[J]环境科学学报，2013,32(9)1697-1704)等。这些现有方法缺乏区域型、整体性考虑农田系统的整体水量平衡(贮存)等。研究一种利用农田生态沟塘系统防治农田面源污染的方法，该方法不仅能利用农田沟渠植物拦截吸附氮磷，还能增加农田系统的水分贮存能力，截留农田高浓度尾水，强化农田径流的循环利用率，激活农田生态沟塘在农田系统中的“调节器”作用，实现有效解决农田面源污染的水环境问题有十分重要的意义。
发明内容
[0004] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用生态沟塘系统防治农田面源污染的方法，该方法在充分了解农田径流产生量、发生时段、径流轨迹的基础上，一方面通过在农田沟渠汇水节点处因地制宜的建设生态塘系统，实现对农田面源污水的贮存能力最大化，尤其是高浓度农田面源污水截留贮存，从水量上控制农田面源污染；另一方面在连接塘之间的沟渠因地制宜的改造，优化构建沟渠内生态系统，强化沟渠内部的阻截能力和进化能力，从浓度方面削减氮磷流失量。从而在提高农田径流循环利用能力(氮磷循环利用)，从而实现农田面源污染综合防治。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] 一种利用生态沟塘系统防治农田面源污染的方法，具体步骤如下：
[0007] 1)确定区域农田面积，农田种植制度，10年及以上的降雨数据，所述种植制度指水旱轮作、旱旱轮作及水作，农田所种植作物构成；
[0008] 2)确定农田排灌沟渠网络、农田径流汇流足迹和过程，明确汇流节点的汇水面积；其中汇流节点指农田局部径流汇流进入农田主沟渠的点；汇流面积是指进入汇流节点的产流农田面积；
[0009] 3)将农田沟渠生态系统，在汇流节点建设塘系统，根据各级塘系统对汇入的水流污染物进行沉积，塘容积大小根据汇流面积的汇流量，径流系数及降雨量确定；农田的径流是指单位面积农田在灌溉或降雨或泡田形成的径流；塘容积(Q)＝汇流面积×径流系数×灌溉量/降雨量(mm)，其中径流系数指单位面积农田的径流量与降雨或灌溉量的比值。
[0010] 进一步的，所述步骤2)中汇流节点位于主干渠，二级干渠和三级干渠上。
[0011] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0012] 本发明方法在充分了解农田径流产生量、发生时段、径流轨迹的基础上，一方面通过在农田沟渠汇水节点处因地制宜的建设生态塘系统，实现对农田面源污水的贮存能力最大化，尤其是高浓度农田面源污水截留贮存，从水量上控制农田面源污染；另一方面在连接塘之间的沟渠因地制宜的改造，优化构建沟渠内生态系统，强化沟渠内部的阻截能力和净化能力，从浓度方面削减氮磷流失量。从而在提高农田径流循环利用能力(氮磷循环利用)，从而实现农田面源污染综合防治。附图说明
[0013] 图1本发明所述的沟塘系统示意图。
[0014] 图1中：1,2,3,4表示生态的塘系统；5,6表示生态沟渠-生态塘之间的沟渠；A表示农田系统中主排水渠；B表示农田系统中支排水渠；C表示农田系统中侧沟；D表示沟渠中地表径流水流动方向。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
[0016] 如图1所示，一种利用生态沟塘系统防治农田面源污染的方法，具体步骤如下：
[0017] 1)确定区域农田面积，农田种植制度，10年及以上的降雨数据，所述种植制度指水旱轮作、旱旱轮作及水作，农田所种植作物构成；
[0018] 2)确定农田排灌沟渠网络、农田径流汇流足迹和过程，明确汇流节点的汇水面积；其中汇流节点指农田局部径流汇流进入农田主沟渠的点；汇流面积是指进入汇流节点的产流农田面积；
[0019] 3)将农田沟渠生态系统，在汇流节点建设塘系统，根据各级塘系统对汇入的水流污染物进行沉积，塘容积大小根据汇流面积的汇流量，径流系数及降雨量确定；农田的径流是指单位面积农田在灌溉或降雨或泡田形成的径流；塘容积(Q)＝汇流面积×径流系数×灌溉量/降雨量(mm)，其中径流系数指单位面积农田的径流量与降雨或灌溉量的比值。
[0020] 进一步的，所述步骤2)中汇流节点位于主干渠，二级干渠和三级干渠上。
[0022] 云南省洱源县凤羽镇上寺自然村位于凤羽河流域西部，距离凤羽镇5.50公里，海拔2210m，年平均气温13.70℃，年降水量745.00mm，种植作物有水稻、油菜、大蒜、玉米和烤烟等。农民人均纯收入2933.00元。农田面积约4000亩，有林地27669亩，农田排水量约为120万立方米，氮磷负荷排年放量约为4～4.8t和0.2～0.24t，其中水旱交过度期(包括旱地向水田过度期和水田向旱地过度期)外排尾水浓度最高，是其他时期的10～20倍，排放负荷是全年排放量的70％以上。这些污染物的发生具有突发性、短时性和随机性，治理难度极大。云南省洱源县凤羽镇上寺村农田内构建生态沟塘系统示范工程，即在上寺村通过构建完善利用农田生态沟塘系统区域性农田面源污染的系统工程，一方面通过在农田沟渠汇水节点处因地制宜的建设生态塘系统，实现对农田面源污水的贮存能力的最大化，尤其是高浓度农田面源污水截留贮存，从水量上控制农田面源污染；另一方面在连接塘之间的沟渠因地制宜的改造，优化构建沟渠内生态系统，强化沟渠内部的阻截能力和进化能力，从浓度方面削减氮磷流失量。从而实现最小经济投入，最大处理效率和氮磷元素的最大利用，达到水环境保护的目的。
[0023] 表1 农田断面排水水质状况
[0024]界面 总氮 可溶性总氮 总磷 可溶性总磷
水旱过度期 13.5 5.33 1.9 0.05
其他时期 2.3 1.75 0.5 0.01
平均农田排水 7.9 3.54 1.2 0.03
水旱过度期 13.5 5.33 1.9 0.05
其他时期 2.3 1.75 0.5 0.01
平均农田排水 7.9 3.54 1.2 0.03
[0025] 表1所示为农田断面排水水质状况：
[0026] 该示范工程设计能力为：污水年处理利用能力90万立方米，其中截留利用高浓度农田面源污水8万立方米。具体内容包括优化完善农田内部10000米生态沟渠完善，构建生态塘20个，有效容积6万立方米。工程总投资为39.6万元。
[0027] 改示范工程建成后，每年可处理90000m3农村田面源污水，减少2t氮污染物和0.1t磷污染物排入凤羽河。
[0028] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
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