一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，包括旱地、闸门、提升井、高位水箱和循环灌溉系统；在旱地排水沟设置闸门，将降雨产流收集至提升井中，利用水泵提升至高位水箱储存，于缺水期利用输水管道将收集雨水循环灌溉至旱地，从而达到减少旱地系统面源污染外排，提高水资源和肥料利用效率和节水灌溉的目的；利用旱地作为天然土壤渗滤系统，净化沟内雨水，补充地下水资源。本发明专利技术还涉及一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤方法，通过该方法对旱地面源污染进行控制，可以使降雨产流外排减少30％以上，削减面源污染30‑50％，且施工方便，成本低廉。

Dryland soil infiltration system controlled by agricultural non-point source pollution and method thereof

The invention provides a dryland soil infiltration system for controlling agricultural non-point source pollution, including dryland, gate, lifting well, high water tank and circulating irrigation system; a gate is arranged in the dryland drainage ditch to collect rainfall runoff into the lifting well, and a water pump is used to raise the high water tank for storage, and a water transmission pipeline is used to collect the rainfall runoff during the water shortage period. Rainwater collection and recycling irrigation to dry land, so as to reduce non-point source pollution drainage in dry land system, improve water resources and fertilizer utilization efficiency and water-saving irrigation purposes; use dry land as a natural soil infiltration system, purify rainwater in ditches, supplement groundwater resources. The invention also relates to a dryland soil infiltration method for agricultural non-point source pollution control, through which the pollution of dryland source can be controlled, the rainfall runoff discharge can be reduced by more than 30%, the non-point source pollution can be reduced by 30 50%, and the construction is convenient and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统及方法
本专利技术属涉及农业面源污染控制
的系统，具体地说，涉及一种有利于农业面源污染防控和节水灌溉的旱地土壤渗滤系统及方法。
技术介绍
随着工业废水和城市生活污水等点源污染得到有效控制，农业面源污染已经逐渐成为水环境污染的最重要来源。农业面源污染受到地形地貌、下垫面条件、农事活动、水文气象等多种因素复合影响，具有隐蔽性、分散性、面广量大等特点，由此导致对农业面源污染的监测和治理相对都比较困难，其长期无序排放引起的环境问题日趋严重。由于化肥的过度投入，加之利用率仅为30-35％，大量氮磷等元素随地表径流冲刷和土壤水运动进入地表水体，在区域内产生巨大的污染负荷，造成水体富营养化、水质恶化等环境问题，严重威胁着农业生产和饮用水安全。根据土地利用现状调查，我国旱地主要分布在东北、华北和西南地区，占耕地总面积的56％以上。与水田相比，天然降雨和引洪漫灌是旱地水资源补充的主要来源，故降雨产流是造成旱地面源污染的首要途径。与此同时，我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源量仅为世界的1/4，且存在水资源时空分布不均衡等特点，淮河以北的广大地区拥有全国60％的耕地，却只有15％的水资源，缺水季节的干旱少雨长期以来是威胁我国北方农业正常生产的问题之一。大量研究表明，由土壤、农作物和土壤微生物构成的旱地是一种天然的地表土壤渗滤系统。雨洪水进入旱地系统后，农药化肥等随水流自地表向下迁移，依次经过农作物、表层土、植物根系和包气带，通过物理截留、植物吸收、土壤吸附和生物降解等方式，可以使污染物得到有效削减。若能通过农田工程和科学管理等方式，增加降雨产流在旱地系统中的停留时间，则可以在减少面源污染物外排的同时，充分利用旱地土壤渗滤系统对面源污染物进行处理，补充和恢复地下水资源，提高肥料和水资源的利用率，有利于保障粮食生产和环境安全。目前针对农业面源污染控制的技术，主要包括人工湿地、生态沟渠、人工多水塘等。如申请号为CN201320195725.1的专利阐述了一种适用于旱地农田的高效生态拦截沟渠，其沟渠两侧的渠壁表面铺设有带孔洞的水泥板,孔洞中种植香菇草，沟渠的渠底铺设有植草砖,利用生态沟渠对面源污染物进行拦截，可有效解决旱地农田种植过程中氮磷等营养元素流失问题。申请号CN201611064219.3的专利阐述了一种处理农田地表径流污染物的改良表面流人工湿地，包括植物吸收区和终沉集水区,终沉集水区与植物吸收区之间设置有透水墙，终沉集水区设置有进水渠,在进水渠上连通有可开闭的溢流渠。通过对人工湿地的结构改良，可以有效解决人工湿地对地形的依赖，降低维护成本，提高污染物去除效率。以上专利都是针对面源污染物迁移途径进行控制，利用农田沟渠或外部工程对农田尾水进行处理，并未充分利用旱地农田本身的污染物净化潜力。进一步检索中，尚未发现在保证农业生产的前提下，同时达到面源污染控制、提高水资源和肥料利用效率的技术报道。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种有利于农业面源污染防控和节水灌溉的旱地土壤渗滤系统及方法，通过提高雨洪水在旱地田块单元内的停留时间及循环利用，释放旱地本身对面源污染物的净化潜力，在保证农业生产的前提下，达到面源污染控制和提高水资源与肥料利用效率的目的。本专利技术是通过以下技术方案实现的：根据本专利技术的第一方面，提供一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，包括：旱地，为一水力系统封闭的田块单元，设有多个垄、多个沟和排水沟，多个所述垄用于种植旱作农作物；多个所述沟均与所述排水沟相通，产流自所述沟与土壤中进入所述排水沟；闸门，安装于所述旱地中排水沟与所述旱地上一级干沟出口处，用于控制降雨产流向旱地外的排放，在产流多的情况下，利用所述闸门维持所述沟和所述排水沟中的水位，作为土壤渗滤系统；提升井，包括过滤网、集水井、提升管和水泵；所述过滤网将排水沟中杂物和/或砾石截留，污水通过所述过滤网重力自流入所述集水井，并在所述集水井中停留沉淀，再由所述水泵经所述提升管提升至所述高位水箱中储存；高位水箱，存储所述提升管提升的水，所述高位水箱的出水口高于旱地；所述高位水箱在丰水季节储存农田排水，在缺水季节提供灌溉水；循环灌溉系统，用于将灌溉水自所述高位水箱中引出，灌溉旱地。优选地，所述循环灌溉系统，包括一条总输水管和若干分水管；总输水管将灌溉水自所述高位水箱中引出，分配至各分水管；分水管位于所述旱地垄上，走向与垄一致，与总输水管之间以三通相连。优选地，所述高位水箱底端设置进水口，该进水口连接所述提升管，所述出水口连接总输水管，所述高位水箱与所述总输水管驳接处设置流量阀。优选地，所述总输水管沿所述排水沟走向平行布设，所述分水管与所述总输水管之间通过三通相连。更优选地，所述分水管沿田垄走向平行布设，每隔20-50cm设置直径2-5mm排水孔，所述排水孔间隔与孔径根据作物需要进行调整。优选地，所述闸门的高度高于排水沟的底板，所述过滤网设置于所述排水沟与所述集水井交汇截面，且所述过滤网高度高于排水沟底板；所述过滤网的高度高于所述闸门的高度。优选地，所述集水井和高位水箱，其设计容积根据当地农田径流系数和汇水旱地面积计算确定，同时兼顾成本和污染负荷削减量。更优选地，所述集水井的容积，按以下方法确定：V1＝0.015RA其中，V1为集水井容积(m3)，R为当地农田降雨径流系数，A为该排水沟接纳污水的汇水旱地面积(m2)；更优选地，所述高位水箱的容积，按以下方法确定：V2＝0.5V1其中，V1为集水井容积(m3)，V2为高位水箱容积(m3)。优选地，发生大于临界产流降雨量的降雨后，降雨产流自所述旱地的沟与土壤中进入所述排水沟，通过所述过滤网流入所述集水井，经所述提升管提升至所述高位水箱储存，于缺水季节使用，水流通过循环灌溉系统回用灌溉至农田；在超出所述闸门内旱地可容纳的降雨发生后，降雨超出所述闸门的产流则溢流入上一级干沟，所述旱地的沟内的水位维持在所述闸门顶端的水平，水流持续向所述旱地下入渗，经过植物吸收、土壤吸附和/或微生物降解作用，起到净化的效果，补充地下水资源。根据本专利技术的第二方面，提供一种采用上述系统的农业面源污染控制的旱地土壤渗滤方法，包括：在旱地中排水沟与旱地上一级干沟出口处设置闸门，用于控制降雨产流向田块外的排放；在旱地设置高位水箱和提升井，所述高位水箱的出水口高于旱地，所述高位水相位于所述提升井上方；将降雨产流收集至所述提升井中，利用水泵将收集的雨水提升至所述高位水箱储存；在缺水期时，利用循环灌溉系统将所述高位水箱中的雨水循环灌溉至旱地，从而达到减少旱地系统面源污染外排，提高水资源和肥料利用效率和节水灌溉的目的。本专利技术所述系统以当地气候条件和单元田块实际规模为基础，通过闸门对于农田排水的管控，利用提升井、高位水箱和循环灌溉系统对单元田块内的降雨径流污水进行循环利用，并且在产流较多情况下维持沟中水位进行土壤渗滤，充分释放农田本身对污染物的消纳和净化潜力，达到减少旱地面源污染物排放，提高水资源和肥料利用率的目的。与现有技术相比，本专利技术具有以下的有益效果：(1)本专利技术适用于各种种植模式和作物种类的旱地，无需新建沟渠、人工湿地等其他处理设施，占地面积小，节约工程投资；(2)本专利技术不影响农作物的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：包括：旱地，为一水力系统封闭的田块单元，设有多个垄、多个沟和排水沟，多个所述垄用于种植旱作农作物；多个所述沟均与所述排水沟相通，产流自所述沟与土壤中进入所述排水沟；闸门，安装于所述旱地中排水沟与所述旱地上一级干沟出口处，用于控制降雨产流向旱地外的排放，在产流多的情况下，利用所述闸门维持所述沟和所述排水沟中的水位，作为土壤渗滤系统；提升井，包括过滤网、集水井、提升管和水泵；所述过滤网将排水沟中杂物和/或砾石截留，污水通过所述过滤网重力自流入所述集水井，并在所述集水井中停留沉淀，再由所述水泵经所述提升管提升至所述高位水箱中储存；高位水箱，存储所述提升管提升的水，所述高位水箱的出水口高于旱地；所述高位水箱在丰水季节储存农田排水，在缺水季节提供灌溉水；循环灌溉系统，用于将灌溉水自所述高位水箱中引出，灌溉旱地。

【技术特征摘要】
1.一种农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：包括：旱地，为一水力系统封闭的田块单元，设有多个垄、多个沟和排水沟，多个所述垄用于种植旱作农作物；多个所述沟均与所述排水沟相通，产流自所述沟与土壤中进入所述排水沟；闸门，安装于所述旱地中排水沟与所述旱地上一级干沟出口处，用于控制降雨产流向旱地外的排放，在产流多的情况下，利用所述闸门维持所述沟和所述排水沟中的水位，作为土壤渗滤系统；提升井，包括过滤网、集水井、提升管和水泵；所述过滤网将排水沟中杂物和/或砾石截留，污水通过所述过滤网重力自流入所述集水井，并在所述集水井中停留沉淀，再由所述水泵经所述提升管提升至所述高位水箱中储存；高位水箱，存储所述提升管提升的水，所述高位水箱的出水口高于旱地；所述高位水箱在丰水季节储存农田排水，在缺水季节提供灌溉水；循环灌溉系统，用于将灌溉水自所述高位水箱中引出，灌溉旱地。2.如权利要求1所述的农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：所述循环灌溉系统，包括一条总输水管和若干分水管，总输水管将灌溉水自所述高位水箱中引出，分配至各分水管，分水管位于所述旱地的垄上，走向与所述垄一致。3.如权利要求2所述的农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：所述高位水箱底端设置进水口，该进水口连接所述提升管，所述出水口连接总输水管，所述高位水箱与所述总输水管驳接处设置流量阀。4.如权利要求2所述的农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：所述总输水管沿所述排水沟走向平行布设，所述分水管与所述总输水管之间通过三通相连。5.如权利要求2所述的农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：所述分水管沿田垄走向平行布设，每隔20-50cm设置直径2-5mm排水孔，所述排水孔间隔与孔径根据作物需要进行调整。6.如权利要求1所述的农业面源污染控制的旱地土壤渗滤系统，其特征在于：所述闸门的高度高于排水沟的底板，所述过滤网设置于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭东，房云清，纪婧，孙鑫，王月，马瑞君，邱江平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31