稻田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统及其应用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种农田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统，包括田埂、可调节折叠式溢流堰、渗滤池、陶粒渗滤层、渗滤护坡、地下水平渗滤体、秸秆竖井和排水沟道；田埂位于格田四周，可调节折叠式溢流堰设在田埂与排水沟道之间；渗滤池位于可调节折叠式溢流堰出水口处，池内设有陶粒渗滤层，与高分子纤维网渗滤护坡相接；地下水平渗滤体在犁底层以下，由波纹塑料排水暗管外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料组成,深层秸秆竖井置于暗管上方并与其相连，浅层秸秆竖井置于暗管间。本发明专利技术还公开了上述系统的应用方法。本发明专利技术将农田地表水文调蓄与地下渗滤及控制排水紧密联系，实现了对农田地表、地下径流氮磷的全面高效拦截去除，污染物去除率超过70%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农田面源污染治理
，具体是一种稻田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统及其应用方法。
技术介绍
我国农业污染形势严峻，水环境恶化情况严重，农田径流氮磷的排放，是导致周边河湖水体富农田营养化的重要原因。农田径流氮磷污染具有潜在性、间歇性和面广量大等鲜明特点，控制难度大、涉及面广、投入多且见效慢。尤其是我国南方稻作地区，超强降雨和不合理灌溉排水，使该农田污染问题更加突出。稻田土壤经过长期耕作，受到犁刀及负重的挤压和降水时黏粒随水沉积而形成，出现较为坚硬、透水和透气性差的犁底层，不仅阻碍了作物根系的生长，造成土壤环境恶化，降低了土壤的蓄水保水能力，同时缩短了农田地下径流的渗漏路径，削弱了农田土壤的渗滤作用，更加大了农田径流氮磷污染物的流失，农田径流氮磷污染治理成为迫切需要解决的难题。因此，针对有犁底层稻田土壤特点，以水稻格田为单元，开发既有效改善土壤环境状况，又能有效控制农田地表、地下径流调控与氮磷组合渗滤拦截去除的“格田控排-农田渗滤”系统，对充分利用雨水资源、节约灌溉水量、控制农田径流污染物排放、改善区域水环境具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稻田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统及其应用方法。系统包括两个主要部分，一是稻田径流格田控排与氮磷组合渗滤拦截去除系统，二是农田地下径流氮磷渗滤拦截去除系统。本专利技术不仅可以充分利用雨水资源，节约灌溉水量，将养分拦截在农田当中，减少稻田径流污染物的排放，改善农田水环境，且施工方便，空间结构布置合理，成本较为低廉，在南方平原河网地区可广泛推广应用。本专利技术的第一个目的是通过以下技术方案实现的，稻田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统，在有犁底层稻田上设有格田田埂、可调节折叠式溢流堰、渗滤池、农田地表渗滤体、地下水平渗滤体、秸秆竖井和排水沟道；所述格田田埂位于稻田格田的四周，根据水稻全生育期最大耐淹水深调蓄。所述可调节折叠式溢流堰设置在稻田格田田梗与排水沟道间，可调节折叠式溢流堰堰体由砖块和无砂混凝土砌筑而成，折叠式溢流堰坎主要材料为防老化硬质塑料，塑料板之间通过铰接紧密串联，实现堰坎的折叠功能。所述渗滤池位于可调节折叠式溢流堰出水口处，依据渗滤池的排水能力，通过水力计算确定渗滤池的容积，渗滤池宽度与格田田埂宽度相近，一般为40～50cm，长度为溢流堰宽度的1.5～2倍，渗滤池墙体厚度为12～15cm，高度与格田田埂齐平。所述农田地表渗滤体由两部分组成，第一部分位于渗滤池内，渗滤材料为陶粒，陶粒渗滤层厚度10~14cm；第二部分材料为高分子材料纤维网，作为溢流堰出水口处排水沟边坡的护砌材料与第一部分渗滤池相连接，高分子材料纤维网厚度与陶粒层厚度相同，纤维网下方铺有8～10cm厚无砂混凝土，纤维网渗滤体铺砌坡度与排水沟边坡相同，最底端为排水沟最低水位位置；所述地下水平渗滤体，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料组成；是在有犁底层稻田依据排水工程设计标准，通过水力计算确定水平波纹塑料暗管排水系统布置规格与管径，塑料排水暗管倾斜设置，坡度为1/1000~1/2000；排水暗管出口与农田排水明沟相连，排水明沟与地下水平渗滤体进水端有犁底层的稻田地表面之间形成水头差，排出稻田地下径流，实现对稻田地下水位调节、适宜土壤含水量控制功能；所述作物秸秆排水竖井通过人工打孔方法实现，第一种竖井是置于排水暗管上方并与其相连的深层竖井；第二种是置于排水暗管之间的浅层竖井。秸秆竖井是由1个具有一定透水性能的作物秸秆把和外填材料构成，秸秆竖井沿着排水暗管长度方向间距为3~4m，排水暗管之间的秸秆竖井间距为排水暗管间距的1/2～1/4，秸秆把直径为12~14cm。通过穿透稻田犁底层的竖井实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。竖井内壁与秸秆把之间的空隙用填充材料密实填满。在水稻作物生育阶段，折叠式溢流堰、渗滤池、农田垂直、水平地下排水渗滤系统，可以实现对稻田蓄水深度和稻田水分停滞时间调节控制、地表和地下径流中氮磷物质的组合渗滤拦截与去除。进一步地，所述可调节折叠式溢流堰，高度水平满足高标准农田水稻各生育阶段适宜淹水深度。进一步地，所述可调节折叠式溢流堰，溢流能力不低于当地最大降雨能力，溢流堰宽度经水力计算确定，一般30～40cm。进一步地，所述可调节折叠式溢流堰，通过定位销定位到所需高度，实现对水稻不同生育阶段稻田蓄水的调控。进一步地，所述陶粒渗滤层，是将陶粒装入厚度为10～14cm的塑料网袋，通过胶结物粘结定型而成。进一步地，所述秸秆竖井所用秸秆为稻麦秸秆。进一步地，所述排水暗管为波纹塑料吸水管，塑料管身均匀布设有透水孔隙。进一步地，所述填充材料是指稻壳。本专利技术的第二个目的是通过以下技术方案实现的，稻田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除方法，包括以下步骤：（1）布置稻田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除方法：在有犁底层稻田上设有格田田埂、可调节折叠式溢流堰、渗滤池、农田地表渗滤体、地下水平渗滤体、秸秆竖井和排水沟道；格田田埂位于稻田格田的四周，根据水稻全生育期最大耐淹水深调蓄。在稻田格田田梗与排水沟道间设置可调节折叠式溢流堰，可调节折叠式溢流堰堰体由砖块和无砂混凝土砌筑而成，堰坎主要材料为防老化硬质塑料，塑料板之间通过铰接紧密串联，实现堰坎的折叠功能。堰顶最大高度为由试验确定的水稻全生育期最大耐淹深度，堰坎可随意调节，通过定位插销进行定位，定位孔高度每2～4 cm设置一水平，满足水稻不同生育阶段稻田适宜最大调蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于降雨能力，宽度经水力计算确定，一般30～40cm。渗滤池位于可调节折叠式溢流堰出水口处，依据渗滤池的排水能力，通过水力计算确定渗滤池的容积，渗滤池宽度与格田田埂宽度相近，一般为40～50cm，长度为溢流堰宽度的1.5～2倍，渗滤池墙体厚度为12～15cm，高度与格田田埂齐平。渗滤池内铺设一层渗滤体，渗滤材料为陶粒，陶粒渗滤层厚度10~14cm；与渗滤池出水口相接，沿着溢流堰水流方向的排水沟边坡铺设有一层高分子材料纤维网，高分子材料纤维网厚度与陶粒层厚度相同，纤维网下方铺有8～10cm厚无砂混凝土，纤维网渗滤体铺砌坡度与排水沟边坡相同，最底端为排水沟最低水位位置；所述地下水平渗滤体，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料组成；是在有犁底层稻田依据排水工程设计标准，通过水力计算确定水平波纹塑料暗管排水系统布置规格与管径，塑料排水暗管倾斜设置，坡度为1/1000~1/2000；排水暗管出口与农田排水明沟相连，排水明沟与地下水平渗滤体进水端有犁底层的稻田地表面之间形成水头差，排出稻田地下径流，实现对稻田地下水位调节、适宜土壤含水量控制功能；秸秆竖井通过人工打孔方法实现，第一种竖井是置于排水暗管上方并与其相连的深层竖井；第二种是置于排水暗管之间的浅层竖井。秸秆竖井是由稻麦作物秸秆把和稻壳构成，秸秆竖井沿着排水暗管长度方向间距为3~4m，排水暗管之间的秸秆竖井间距为排水暗管间距的1/2～1/4，秸秆把直径为12~14cm，通过穿透稻田犁底层的竖井实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。竖井内壁与秸秆把之间的空隙用稻壳密实填满；经过农田-沟道一系列措施处理后的水排入塘堰生本文档来自技高网...

【技术保护点】
农田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统，其特征是，在有犁底层稻田上设有格田田埂（1）、可调节折叠式溢流堰（2）、渗滤池（3）、农田地表渗滤体、地下水平渗滤体（8）、秸秆竖井和排水沟道（7）；所述格田田埂（1）位于稻田格田的四周；所述可调节折叠式溢流堰（2）设置在稻田格田田梗（1）上；所述渗滤池（3）位于可调节折叠式溢流堰（2）出水口处，渗滤池（3）出水口连接排水沟道（7）；排水沟道（7）靠近稻田格田田埂（1）侧的边坡上设有渗滤边坡（6），渗滤边坡（6）最底端为排水沟道（7）最低水位位置，渗滤边坡（6）上端与所述陶粒渗滤层（5）相连接，渗滤边坡（6）包括自上而下依次设置的高分子材料纤维网渗滤层、混凝土（10）；高分子材料纤维网渗滤层厚度与陶粒渗滤层（5）厚度相同；陶粒渗滤层（5）、高分子材料纤维网渗滤层形成农田地表渗滤体；所述地下水平渗滤体（8）位于犁底层以下，是由排水暗管（12）外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料组成；排水暗管（12）倾斜设置，排水暗管（12）坡度为1/1000~1/2000；排水暗管（12）出口与排水沟道（7）相连，排水沟道（7）与地下水平渗滤体（8）进水端有犁底层的稻田地表面之间形成水头差；所述秸秆竖井通过人工打孔方法实现，秸秆竖井包括深层竖井（11）和浅层竖井（10），深层竖井（11）竖直设置在地下水平渗滤体（8）上，深层竖井（4）之间的间距为3~4m；浅层竖井（10）竖直设置在排水暗管（12）之间，浅层竖井（8）之间间距为排水暗管（12）间距的1/2～1/4；深层竖井（5）和浅层竖井（8）穿透稻田犁底层实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。...

【技术特征摘要】
1.农田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统，其特征是，在有犁底层稻田上设有格田田埂（1）、可调节折叠式溢流堰（2）、渗滤池（3）、农田地表渗滤体、地下水平渗滤体（8）、秸秆竖井和排水沟道（7）；所述格田田埂（1）位于稻田格田的四周；所述可调节折叠式溢流堰（2）设置在稻田格田田梗（1）上；所述渗滤池（3）位于可调节折叠式溢流堰（2）出水口处，渗滤池（3）出水口连接排水沟道（7）；排水沟道（7）靠近稻田格田田埂（1）侧的边坡上设有渗滤边坡（6），渗滤边坡（6）最底端为排水沟道（7）最低水位位置，渗滤边坡（6）上端与所述陶粒渗滤层（5）相连接，渗滤边坡（6）包括自上而下依次设置的高分子材料纤维网渗滤层、混凝土（10）；高分子材料纤维网渗滤层厚度与陶粒渗滤层（5）厚度相同；陶粒渗滤层（5）、高分子材料纤维网渗滤层形成农田地表渗滤体；所述地下水平渗滤体（8）位于犁底层以下，是由排水暗管（12）外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料组成；排水暗管（12）倾斜设置，排水暗管（12）坡度为1/1000~1/2000；排水暗管（12）出口与排水沟道（7）相连，排水沟道（7）与地下水平渗滤体（8）进水端有犁底层的稻田地表面之间形成水头差；所述秸秆竖井通过人工打孔方法实现，秸秆竖井包括深层竖井（11）和浅层竖井（10），深层竖井（11）竖直设置在地下水平渗滤体（8）上，深层竖井（4）之间的间距为3~4m；浅层竖井（10）竖直设置在排水暗管（12）之间，浅层竖井（8）之间间距为排水暗管（12）间距的1/2～1/4；深层竖井（5）和浅层竖井（8）穿透稻田犁底层实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。2.根据权利要求1所述的农田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统，其特征是，所述格田田埂（1）根据水稻全生育期最大耐淹深度，增高原有的格田田埂，并进行压实加固处理，格田田埂（1）宽度50cm。3.根据权利要求1所述的农田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统，其特征是，所述可调节折叠式溢流堰，高度水平满足高标准农田水稻各生育阶段适宜淹水深度；可调节折叠式溢流堰堰体由砖块和无砂混凝土砌筑而成，可调节折叠式溢流堰坎材料为防老化硬质塑料板，塑料板之间通过铰接紧密串联，实现堰坎的折叠功能；所述可调节折叠式溢流堰，溢流能力不低于降雨能力，溢流堰宽度为30～40cm；所述可调节折叠式溢流堰，通过定位销定位到所需高度，实现对水稻不同生育阶段稻田蓄水的调控。4.根据权利要求1所述的农田径流氮磷格田控排与农田渗滤组合拦截去除系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明耀，陈义浦，于贤磊，窦超银，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32