一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，沿水流流向交替设置单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2），并结合不同结构段对接位置所设计的截流坝（3）结构，通过对其中电控截流板闸（6）和盖板（8）的控制，切换径流水在双层沟渠结构段（2）中上下区域的流动，并结合各沟渠结构段中的填料和植物，在径流流动过程中实现水质的净化；与设计结构相对应，本发明专利技术还设计了针对该沟渠系统的控制方法，能够对降雨初期农田径流排水进行单独拦截、并将污染负荷较大的初雨径流与较洁净的后期雨水径流进行分离，分别进行处理，提高了沟渠系统对农田径流水的净化效率与净化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统及控制方法
本专利技术涉及一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统及控制方法，属于农田面源污染控制

技术介绍
我国东部大部地区化肥施用水平高，过量施用的肥料随地表径流等途径进入水体，对水体造成严重影响。加之这些地区降雨具有明显的季节性，80%左右的降水集中于6-9月，且多以大雨或暴雨的形式出现。且在该时段农田种植作物正处于生长初期，植株较小，而肥料施用也主要集中在该时期，因此，农田氮、磷随径流损失严重。研究指出，降雨导致的径流损失主要集中在降雨初期，而降雨中后期产生的农田径流水中氮磷浓度较低[黄满湘等，模拟降雨条件下农田径流中氮的流失过程，土壤与环境，2001,10(1):6-10]。因此，开发有针对性，能够分离净化农田径流水中氮、磷的沟渠系统，对改善农田生态环境，防控农业面源污染具有重要的现实意义。目前，针对农田径流排水的控制技术主要有生态沟渠净化技术、人工湿地净化技术和生态浮床系统等。人工湿地处理污水虽然具有较高的去除率，但占地面积较大，难以在现有分散式农业种植模式下推广应用。生态沟渠净化技术由于其不占用额外土地，可就现有排水沟渠进行改造，因此推广应用较为广泛。现有生态沟渠设计较为单一，大多依赖于填料或植物对系统中的氮、磷进行吸收去除。申请号200410014935.1的专利技术专利申请公开了一种农田生态拦截渠道系统，通过渠道两壁和底部种植的植物以及在渠道末端放置的过滤箱对农田排水中的氮、磷进行拦截吸收。申请号为201110142588.0的专利技术专利公开了一种用于拦截磷流失的抗冲刷型生态沟渠，可有效提高沟渠抗水力冲刷的能力。但这些沟渠均采用了均等方式对所有进入沟渠的农田径流水进行截留净化，对降雨初期产生的径流水净化能力有限。申请号为201220387269.6的技术专利公开了一种对初期雨水拦截、分流、调蓄及处理的系统，该系统能够有效防止初期雨水对河湖等地表水体的污染，系统包含引水渠、沉淀塘、调蓄塘、出水渠及潜流人工湿地等结构，但其需要较大投入和占地面积，很难应用于农田径流水的处理。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，能够对降雨初期农田径流排水进行单独拦截，并将污染负荷较大的初雨径流与较洁净的后期雨水径流进行分离，分别进行处理。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，用于实现降雨初期径流水的分离净化，针对径流排水沟渠，沿水流流向交替设置单层沟渠结构段和双层沟渠结构段；其中，各相邻单层沟渠结构段和双层沟渠结构段之间的位置分别设置截流坝；各双层沟渠结构段的结构彼此相同，各双层沟渠结构段均分别包括电控牵引装置、钢丝、盖板、水位传感器和底部填料；其中，各双层沟渠结构段中：底部填料铺设于双层沟渠结构段的底面上；以双层沟渠结构段底部至顶部2/3高度位置为界，将双层沟渠结构段内部划分为上位排水区和下位排水区；盖板的形状、尺寸与双层沟渠结构段内部2/3高度位置区域的形状、尺寸相适应，盖板位于双层沟渠结构段内部2/3高度位置区域，且盖板上其中一条侧边经转轴对接双层沟渠结构段内壁的对应位置，盖板以所对接转轴为轴、在转轴所在水平面以上区域进行转动，电控牵引装置固定设置于双层沟渠结构段、转轴所在一侧的地面上，钢丝其中一端对接电控牵引装置的驱动端，钢丝另一端对接盖板上表面；盖板随电控牵引装置针对钢丝的牵引、以所接转轴进行转动，针对双层沟渠结构段中上位排水区和下位排水区实现连通或分割；水位传感器设置于双层沟渠结构段侧壁上对应盖板水平姿态下方预设距离位置；各截流坝分别竖直设置于相邻单层沟渠结构段和双层沟渠结构段之间，截流坝的底边、侧边与所设沟渠位置的底边、侧壁相对接，截流坝的高度与盖板水平姿态的高度相等，截流坝用于针对双层沟渠结构段中下位排水区的水流实现封堵或贯通。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各截流坝分别均包括正截流板、反截流板和电控截流板闸；各个截流坝结构中：正截流板的形状、尺寸与反截流板的形状、尺寸彼此相等，正截流板与反截流板彼此形状相对应的平行设置，且正截流板与反截流板彼此对应位置的连线垂直于正截流板所在面，以及正截流板与反截流板之间的间隙距离与电控截流板闸的厚度相适应；正截流板的形状、尺寸与径流排水沟渠内对应盖板水平姿态下截面的形状、尺寸相适应，各截流坝中正截流板与反截流板所构结构、竖直设置于径流排水沟渠内对应位置，且各截流坝中正截流板、反截流板的底边、侧边分别与径流排水沟渠内壁对应位置相对接，截流坝中正截流板与反截流板所构结构的高度与盖板水平姿态的高度相等；各截流坝中正截流板表面、反截流板表面均划分为上位区和下位区，且正截流板表面上位区与反截流板表面上位区彼此位置相对应，正截流板表面下位区与反截流板表面下位区彼此位置相对应；各截流坝中，设置依次贯穿正截流板表面下位区与反截流板表面下位区的各个排水孔；各截流坝中电控截流板闸的形状、尺寸与对应下位区内排水孔分布区域的形状、尺寸相适应，各截流坝中电控截流板闸设置于对应正截流板、反截流板之间，且电控截流板闸经外部信号控制、在正截流板和反截流板之间上下移动，针对对应正截流板、反截流板的下位区内排水孔区域实现封堵或贯通。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各双层沟渠结构段中的电控牵引装置分别均包括驱动电机、立柱、皮带、滚轴，各电控牵引装置中：立柱竖直设置于对应双层沟渠结构段、转轴所在一侧的地面上，驱动电机固定设置于立柱的底端，滚轴活动设置于立柱的顶端，驱动电机上驱动端与滚轴之间通过皮带进行传动；钢丝上相对对接盖板的另一端对接滚轴，滚轴随驱动电机对其的驱动转动、而针对钢丝进行缠绕或释放，完成针对钢丝的牵引，通过盖板针对双层沟渠结构段中上位排水区和下位排水区实现连通或分割。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各双层沟渠结构段中，盖板转动外侧边所对接双层沟渠结构段内壁的位置设置支撑件，且基于盖板水平姿态下，支撑件的上表面与盖板的下表面相对接。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各双层沟渠结构段中，所述支撑件的上表面设置凹槽，并且所述盖板下表面上对接支撑件上表面的位置设置凸起，且该凸起的位置与对应支撑件上凹槽的位置彼此相对应，以及该凸起的结构尺寸与对应支撑件上凹槽的结构尺寸相适应，盖板下表面的凸起随盖板的转动而对接对应支撑件上的凹槽。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各双层沟渠结构段中，所述钢丝另一端对接盖板上表面、对应盖板转动外侧边的位置。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述单层沟渠结构段的底部设置填料，侧壁上以设置凹孔的形式种植植物。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述双层沟渠结构段中的底部填料、单层沟渠结构段底部的填料均为生物质炭、砾石中的一种或几种混合。与上述技术方案相对应，本专利技术还要解决的技术问题是提供一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统的控制方法，能够对降雨初期农田径流排水进行单独拦截，并将污染负荷较大的初雨径流与较洁净的后期雨水径流进行分离，分别进行处理。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统的控制方法，沿沟渠水流方向依次为各组净化结构，且各组净化结构中沿沟渠水流方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，用于实现降雨初期径流水的分离净化，其特征在于：针对径流排水沟渠，沿水流流向交替设置单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2）；其中，各相邻单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2）之间的位置分别设置截流坝（3）；各双层沟渠结构段（2）的结构彼此相同，各双层沟渠结构段（2）均分别包括电控牵引装置、钢丝（7）、盖板（8）、水位传感器（9）和底部填料（10）；其中，各双层沟渠结构段（2）中：底部填料（10）铺设于双层沟渠结构段（2）的底面上；以双层沟渠结构段（2）底部至顶部2/3高度位置为界，将双层沟渠结构段（2）内部划分为上位排水区和下位排水区；盖板（8）的形状、尺寸与双层沟渠结构段（2）内部2/3高度位置区域的形状、尺寸相适应，盖板（8）位于双层沟渠结构段（2）内部2/3高度位置区域，且盖板（8）上其中一条侧边经转轴对接双层沟渠结构段（2）内壁的对应位置，盖板（8）以所对接转轴为轴、在转轴所在水平面以上区域进行转动，电控牵引装置固定设置于双层沟渠结构段（2）、转轴所在一侧的地面上，钢丝（7）其中一端对接电控牵引装置的驱动端，钢丝（7）另一端对接盖板（8）上表面；盖板（8）随电控牵引装置针对钢丝（7）的牵引、以所接转轴进行转动，针对双层沟渠结构段（2）中上位排水区和下位排水区实现连通或分割；水位传感器（9）设置于双层沟渠结构段（2）侧壁上对应盖板（8）水平姿态下方预设距离位置；各截流坝（3）分别竖直设置于相邻单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2）之间，截流坝（3）的底边、侧边与所设沟渠位置的底边、侧壁相对接，截流坝（3）的高度与盖板（8）水平姿态的高度相等，截流坝（3）用于针对双层沟渠结构段（2）中下位排水区的水流实现封堵或贯通。...

【技术特征摘要】
1.一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，用于实现降雨初期径流水的分离净化，其特征在于：针对径流排水沟渠，沿水流流向交替设置单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2）；其中，各相邻单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2）之间的位置分别设置截流坝（3）；各双层沟渠结构段（2）的结构彼此相同，各双层沟渠结构段（2）均分别包括电控牵引装置、钢丝（7）、盖板（8）、水位传感器（9）和底部填料（10）；其中，各双层沟渠结构段（2）中：底部填料（10）铺设于双层沟渠结构段（2）的底面上；以双层沟渠结构段（2）底部至顶部2/3高度位置为界，将双层沟渠结构段（2）内部划分为上位排水区和下位排水区；盖板（8）的形状、尺寸与双层沟渠结构段（2）内部2/3高度位置区域的形状、尺寸相适应，盖板（8）位于双层沟渠结构段（2）内部2/3高度位置区域，且盖板（8）上其中一条侧边经转轴对接双层沟渠结构段（2）内壁的对应位置，盖板（8）以所对接转轴为轴、在转轴所在水平面以上区域进行转动，电控牵引装置固定设置于双层沟渠结构段（2）、转轴所在一侧的地面上，钢丝（7）其中一端对接电控牵引装置的驱动端，钢丝（7）另一端对接盖板（8）上表面；盖板（8）随电控牵引装置针对钢丝（7）的牵引、以所接转轴进行转动，针对双层沟渠结构段（2）中上位排水区和下位排水区实现连通或分割；水位传感器（9）设置于双层沟渠结构段（2）侧壁上对应盖板（8）水平姿态下方预设距离位置；各截流坝（3）分别竖直设置于相邻单层沟渠结构段（1）和双层沟渠结构段（2）之间，截流坝（3）的底边、侧边与所设沟渠位置的底边、侧壁相对接，截流坝（3）的高度与盖板（8）水平姿态的高度相等，截流坝（3）用于针对双层沟渠结构段（2）中下位排水区的水流实现封堵或贯通。2.根据权利要求1所述一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，其特征在于：所述各截流坝（3）分别均包括正截流板（4）、反截流板（5）和电控截流板闸（6）；各个截流坝（3）结构中：正截流板（4）的形状、尺寸与反截流板（5）的形状、尺寸彼此相等，正截流板（4）与反截流板（5）彼此形状相对应的平行设置，且正截流板（4）与反截流板（5）彼此对应位置的连线垂直于正截流板（4）所在面，以及正截流板（4）与反截流板（5）之间的间隙距离与电控截流板闸（6）的厚度相适应；正截流板（4）的形状、尺寸与径流排水沟渠内对应盖板（8）水平姿态下截面的形状、尺寸相适应，各截流坝（3）中正截流板（4）与反截流板（5）所构结构、竖直设置于径流排水沟渠内对应位置，且各截流坝（3）中正截流板（4）、反截流板（5）的底边、侧边分别与径流排水沟渠内壁对应位置相对接，截流坝（3）中正截流板（4）与反截流板（5）所构结构的高度与盖板（8）水平姿态的高度相等；各截流坝（3）中正截流板（4）表面、反截流板（5）表面均划分为上位区和下位区，且正截流板（4）表面上位区与反截流板（5）表面上位区彼此位置相对应，正截流板（4）表面下位区与反截流板（5）表面下位区彼此位置相对应；各截流坝（3）中，设置依次贯穿正截流板（4）表面下位区与反截流板（5）表面下位区的各个排水孔（19）；各截流坝（3）中电控截流板闸（6）的形状、尺寸与对应下位区内排水孔（19）分布区域的形状、尺寸相适应，各截流坝（3）中电控截流板闸（6）设置于对应正截流板（4）、反截流板（5）之间，且电控截流板闸（6）经外部信号控制、在正截流板（4）和反截流板（5）之间上下移动，针对对应正截流板（4）、反截流板（5）的下位区内排水孔（19）区域实现封堵或贯通。3.根据权利要求1所述一种针对农田径流排水分离净化的沟渠系统，其特征在于：所述各双层沟渠结构段（2）中的电控牵引装置分别均包括驱动电机（11）、立柱（12）、皮带（13）、滚轴（14），各电控牵引装置中：立柱（12）竖直设置于对应双层沟渠结构段（2）、转轴所在一侧的地面上，驱动电机（11）固定设置于立柱（12）的底端，滚轴（14）活动设置于立柱（12）的顶端，驱动电机（11）上驱动端与滚轴（14）之间通过皮带（13）进行传动；钢丝（7）上相对对接盖板（8）的另一端对接滚轴（14），滚轴（14）随驱动电机（11）对其的驱动转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远，施卫明，闵炬，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32