一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法及系统，其步骤包括：A、分流设施和多级湿地（包括沉砂池、跌水坎）的设计与施工；B、生态湿地的植物配置；C、湿地中放养鱼类；D、生态湿地的管理与维护：1）湿地植物的刈割与利用；2）清淤；3）鱼类的收获。分流设施通过导流暗槽/管与沉砂池连接，沉砂池分别与导流暗槽/管、一级湿地相连，三级湿地通过溢流槽分别与二级湿地、四级湿地相连，湿地总排水口分别与四级湿地、排水沟相连，湿地之间通过溢流槽和跌水坎相连。运行成本低、操作简单，对小流域或集水区单元内的面源污染物氮、磷具有极好的处理效果，在长江中下游的亚热带丘陵区有很好的推广应用前景。

A method and system for the treatment of agricultural non-point source pollutants in hilly area by a multi-stage wetland

The invention discloses a method and a system for multistage wetland in hilly area of agricultural non-point source pollutants treatment, which comprises the following steps: A, diversion facilities and multistage wetland (including sand pool, waterfall ridge) design and construction; plant configuration B, ecological wetland; wetland C, fish stocking management and maintenance of D; ecological wetland: 1) and mowing wetland plants; dredging; 2) 3) harvest fish. Diversion facilities through the diversion pipe is connected with the dark trough / sand pool, sand pool connected respectively with the guide tube, a dark slot / three wetlands, wetland through the overflow trough are respectively connected with the two level, four level of wetland wetland is the total wetland drainage respectively and four wetlands, wetland drainage ditch is connected between the connected through the overflow tank and energy dissipater. The operation cost is low and the operation is simple. It has excellent treatment effect on the nitrogen and phosphorus of the non-point source pollutants in the small watershed or catchment area, and has good popularization and application prospect in the subtropical hilly area of the middle and lower reaches of the Yangtze River.

【技术实现步骤摘要】
一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法及系统
本专利技术涉及农业环境领域，更具体涉及一种分布有农田和小型养殖户的小流域下游农业面源污染物的处理方法，同时还涉及一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的系统，尤其适用于长江以南亚热带丘陵区农业面源污染的生态治理，实现水质改善和氮磷污染物减排。
技术介绍
随着种植业化肥投入的增加和畜禽养殖业的快速发展，广大农村地区农业面源污染物排放导致的环境问题日渐突出。根据2010年全国污染源普查的结果，我国每年农业来源的主要水污染物排放量分别为：化学需氧量(COD)1324.09万吨、总氮270.46吨，总磷28.47万吨，其中种植业是总氮排放的主要来源(59.1％)，而畜禽养殖业是COD(95.8％)和总磷(56.3％)排放的主要来源。国际上发达国家对于农业面源污染主要通过制订养分最佳管理措施(BestManagementPractices，BMPs)等途径进行肥料投入的规范化管理，从而在最大程度上控制化肥投入和增加畜禽养殖业废弃物的肥料化利用，从而降低农田养分流失造成的环境污染。我国近20年来也在推行配方施肥、精准施肥等科学施肥技术以降低化肥投入和提高肥料利用率，近2年来农业部又提出到2020年化肥使用总量实现零增长行动，以期通过这些措施降低化肥的过量投入，降低农田氮磷流失的环境影响。对大型水体和富营养化沟渠的治理我国目前主要以工程措施为主，如清除沟渠湖泊淤泥、开展生活污水工程处理，主要通过工程滤料过滤、吸附、沉淀、离子交换，部分通过微生物转化和植物吸收等作用来净化污水，生态治理措施主要限于部分景观水体与技术示范区。在农田面源污染生态治理方面，国内目前主要通过栽种以挺水植物为主的水生植物以构建生态沟渠或人工湿地，对氮磷污染物进行消减，取得了一定的效果，但是由于一般的环境治理很少有经济效益，治理经费以政府投入为主，群众的积极性不高，可持续性较差，技术推广的范围因此受到了一定的局限。国内几个大型湖泊及其周边区域的地方政府尽管花费了大量的人力物力采用以工程治理为主的措施治理富营养化，但是总体上取得的效果与投入的经费相比，尚不够理想，究其原因，主要表现在三个方面：1)现有的措施还是以污染水体的末端治理为主，而污染物的源头没有得到有效控制；2)以工程措施为主的治理模式导致治理成本过高，加上环境治理很少有经济效益，导致治理工程后期维护的难度较大；3)尽管生态治理已经成为目前面源污染治理的发展趋势，但是多数技术存在效率低、缺乏可持续运行机制等问题。以小流域或集水区为单元，从污染物产生的源头上实施生态拦截和消纳，以减少其向下游水体的氮磷输送，再通过构建生态湿地和经济湿地对其湿地资源进行合理利用，提高生态治理的直接经济效益，从而增加群众治污的积极性和主动性，这对于面源污染的治理将会起到事半功倍的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法，方法易行，操作简便，建设和运行成本低，且可以产生一定的经济效益，适宜在中国长江中下游及以南的广大亚热带丘陵地区应用。本专利技术另一个目的是在于提供了一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的系统，结构简单，使用方便，自动实现雨污分流，并完全运用水力落差无动力运行，每年仅需要有限次数的维护，结构简单，使用方便，运行成本低，适宜在中国长江中下游及以南雨水丰沛的广大亚热带丘陵地区应用。一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法，其步骤是:A、多级湿地的设计与施工：在汇水区面积1.5-2.5km2、农田面积比例30-35％、有少量(<200头猪)分散养殖规模的小流域或集水区下游出口，选取一片有一定落差(50-100cm)的低地(包括稻田、池塘、天然湿地等)，总出水口基流流量为50-100m3/天以下，将沟渠排水引入侧边的低地，将低地建成由浅至深的多级(3-5级)生态湿地，在湿地内种植水生植物，前端较浅(20-30cm)的湿地放养少量的鳝鱼、泥鳅(尾重40-50g的鳝鱼苗15-20kg/亩、尾重5-10g的泥鳅苗10kg/亩)，后端较深(50-150cm)的生态湿地放养鲢鳙鱼、鲤鱼、草鱼，形成人工生态湿地系统，在汇水区面积1.5-2.5km2、农田面积比例30-35％、有分散养殖规模的小流域或集水区排水经过多级(3-5级)湿地净化处理以后再排入沟渠系统。每一级湿地之间的落差为10-20cm，所述有落差的低地是指从分流设施入口到末级湿地总出水口的落差为50-100cm。多级(3-5级)生态湿地系统的平面布局见图1，纵断面设计图见图2。生态湿地关键部位的设计方案主要包括：(1)分流设施：分流设施是多级(3-5级)湿地系统设计的关键环节。分流设施的目的在于实现雨污分流，把小流域或集水区内日常产生的废水和农田排水全部导入湿地系统进行处理，但是在降雨过程中产生的洪水不进入湿地系统而直接从排水沟排走，以防治洪水冲垮湿地。为保持一定的水位自然落差，在小流域或集水区出口邻近建造湿地位置的主排水沟中建立分流设施(图1)，利用自然落差(不添加人工动力)将沟渠排水导入湿地(图2)。建分流设施(长度2-3m)的主排水沟断面要比原来拓宽25％-30％，主要目的在于不因底部修建挡水坎而降低排水沟的泄洪能力。分流设施设计方案见图3。(2)沉砂池：根据小流域上游水体的泥沙产生情况，在导流暗管或导流槽出口(即湿地的进水口)的位置设置矩形沉砂池，拦蓄部分径流泥沙，防止泥沙在湿地中的淤积。沉砂池规格为长150-180cm、宽100-120cm、深80-100cm，沉砂池侧边材料用砖混结构(厚度26-28cm)，底部用混凝土打底(厚度15-18cm)。(3)跌水坎：在两级湿地之间的进出水口位置设置跌水坎，以防止流水冲刷边坡，在湿地下游有水产养殖的进出水口要加装滤网，以防止鱼类逃逸。跌水坎设计方案见图4。B、生态湿地的植物配置：水生植物的合理配置是生态湿地设计的核心。综合考虑生态湿地不同部位的水流特征、生态功能和水生植物的生物学特性，对生态湿地的水生植物选择要求具有以下特点：多年生、生物量大、再生能力强，在湿地内不同部位栽种不同类型的水生植物，所述的水生植物为莲藕(Nelumbonucifera)、梭鱼草(Pontederiacordata)、茭白(Zizaniacaduciflora)、黑三棱(Sparganiumstoloniferum)、睡莲(Nymphaeaalba)、荇菜(Nymphoidespeltatum)、绿狐尾藻(Myriophyllumelatinoides)的一种或二至三种的任意混合种植。关于多级(3-5级)湿地有关情况说明如下：一级湿地：位于生态湿地的最前端，面积为500-600m2，水深20-30cm，主要配置挺水植物的株型在75－85cm(最高不超过100cm)、栽植密度较小(5-8丛/m2)的稀植、丛生型挺水植物，适宜的挺水植物主要有莲藕、梭鱼草、茭白、黑三棱等其中的一种或二至四种的任意混合种植，栽植密度一般为3-5丛/m2。二级湿地：位于生态湿地的中部，面积为650-700m2，水深50-60cm。该段一般栽植浮叶植物或浮水植物，如睡莲、荇菜、绿狐尾藻等其中的一种或二至三种的任意混合种植。浮叶植物的栽植密度一般为6-8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法，其步骤是：A、多级湿地的设计与施工：在汇水区面积1.5‑2.5 km

【技术特征摘要】
1.一种多级湿地处理丘陵区农业面源污染物的方法，其步骤是：A、多级湿地的设计与施工：在汇水区面积1.5-2.5km2、农田面积比例30-35%、有分散养殖规模的小流域或集水区下游出口，选取一片有一定落差的低地：包括稻田、池塘、天然湿地，总出水口基流流量为50-100m3/天以下，将沟渠排水引入侧边的低地，将低地建成由浅至深的3-5级生态湿地，在湿地内种植水生植物，前端20-30cm的湿地放养鳝鱼、泥鳅，后端50-150cm的生态湿地放养鲢鳙鱼、鲤鱼、草鱼，形成人工生态湿地，小流域或集水区排水经过多级湿地净化处理再排入沟渠系统；生态湿地设计包括：（1）分流设施：分流设施是多级湿地系统设计，分流设施在于实现雨污分流，把小流域或集水区内日常产生的废水和农田排水全部导入湿地系统进行处理，在降雨过程中产生的洪水不进入湿地系统直接从排水沟排走，利用自然落差将沟渠排水导入湿地，建分流设施：长度2-3m的主排水沟断面要比原来拓宽25%-30%；（2）沉砂池：根据小流域上游水体的泥沙，在导流暗管或导流槽出口的位置设置矩形沉砂池，拦蓄径流泥沙，沉砂池长150-180cm、宽100-120cm、深80-100cm，沉砂池侧边材料用砖混结构，底部用混凝土打底：厚度15-18cm；（3）跌水坎：在两级湿地之间的进出水口位置设置跌水坎，在湿地下游有水产养殖的进出水口加装滤网；B、生态湿地的植物配置：水生植物的配置，在湿地内不同部位栽种不同类型的水生植物，所述的水生植物为莲藕、梭鱼草、茭白、黑三棱、睡莲、荇菜、绿狐尾藻一种或二至三种的任意混合种植；所述的多级为3-5级湿地：一级湿地：位于生态湿地的前端，面积为500-600m2，水深20-30cm，配置挺水植物的株型在75－85cm，挺水植物为莲藕、梭鱼草、茭白、黑三棱其中的一种或二至四种的任意混合种植，栽植密度为3-5丛/m2；二级湿地：位于生态湿地的中部，面积为650-700m2，水深50-60cm，该段栽植浮叶植物或浮水植物，睡莲、荇菜、绿狐尾藻其中的一种或二至三种的任意混合种植，浮叶植物的栽植密度为6-8丛/m2，浮叶植物与浮水植物对水面总的郁闭度控制在60-70%；三级湿地：位于生态湿地后端，面积为800-1000m2，分为2-3级，水深100-150cm，种植生物量高的浮水植物绿狐尾藻，栽植密度以水面郁闭度控制在50-70%；C、湿地中放养鱼类：一级湿地：水深20-30cm在栽植水生植物以后20-30d，在其中放养黄鳝、泥鳅，总放养量：鳝鱼苗15-20kg/亩：尾重40-50g、泥鳅10kg/亩：尾重5-10g；二级湿地中在水生植物定植成活后20-30d放养稻花鲤、土鲫鱼浅水、杂食性鱼类，总放养量为2000-2500尾/亩：稻花鲤与土鲫鱼的比例为7:3，三级以下的生态湿地在定植的绿狐尾藻盖度达到40%以后，混合放养不同食性的鱼类，其中放养滤食性的鲢鳙鱼苗40-60尾/亩、肉食性的鳜鱼苗或土鲶鱼苗40尾/亩、杂食性的鲤鱼300-400尾/亩，生态湿地中的水产养殖为人放天养，完全食用天然饵料，无需人工喂食；D、生态湿地的管理与维护：为了生态湿地的面源污染治理，对生态湿地要定期维护，包括：1）湿地植物的刈割与利用：生态湿地管理在于将其中生长的水生植物定期进行收割，将水生植物从泥沙和水体中吸收的氮磷移出湿地，刈割的频率根据水生植物的不同有所差异，莲藕与睡莲在每年在秋季枯死后收割一次；黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李裕元，周脚根，李希，孟岑，张满意，盛良学，肖润林，吴金水，
申请(专利权)人：中国科学院亚热带农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43