一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法技术

本发明专利技术公开一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，其特征是，在沟渠中设置固着藻类反应器区、水生植物种植区；所述固着藻类反应器区中，顺着水流方向依次设有上游挡格、固着藻类反应器和下游挡格；所述上游挡格由生态混凝土制成，将沟渠横向隔断；所述下游挡格由普通混凝土制成，将沟渠横向隔断；所述固着藻类反应器为半圆弧状的网格板，将其呈拱桥状横跨于沟渠底部两侧，使水流中藻类在网格板上自然固着生长、形成固着藻膜；所述固着藻类反应器区和水生植物种植区间隔设置，水生植物种植区设置于每两个固着藻类反应器区之间，其内种植有水生植物。以本发明专利技术方法进行改造的硬化农田排水沟渠，能够有效起到净化水质的作用，并且排水效率高。排水效率高。排水效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法


[0001]本专利技术属于农业面源污染防治领域，具体涉及一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法。

技术介绍

[0002]农田排水沟渠，是农田系统的重要组成部分，是农田地表径流汇入湖泊、河流的通道。目前常见的农田排水沟渠有两种：生态沟渠和硬化沟渠。生态沟渠是具有底泥、生长有水生植物的沟渠；生态沟渠内具有的植物
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底泥
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微生物系统，使得在水流缓慢的基流期，其能够发挥与生态湿地相似的功能。硬化沟渠采用混凝土板将沟渠渠底和坡面、甚至坡顶进行覆盖的沟渠，渠底仅淤积少量底泥，坡面坡度较大、且整体平面呈规则的直线或弧线，其主要是基于排水效率考量的农田排水沟渠。另外，常见的农田排水沟渠还有自然沟渠，即为依势就形的天然沟渠，主要特点为整体平面呈蜿蜒曲折状，沟渠底和坡面未经硬化处理，渠底为淤积的底泥，坡面和坡顶为自然土体，坡面坡度较小；自然沟渠符合生态沟渠的特点，可以将其视为一种生态沟渠。
[0003]其中，生态沟渠由于其具有植物
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底泥
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微生物系统，成为了控制农业面源污染、即控制氮磷污染的常用措施，而且由于建设成本低、污染去除效率高，其相较于人工湿地更适合在农村地区推广应用。在生态沟渠中，从农田排出的水流经泥沙拦截、植物吸收和微生物分解等作用，能够有效降低径流中携带的氮、磷浓度，达到“三清除”_——清除垃圾、淤泥、杂草，以及“三拦截”——拦截污水、泥沙、漂浮物的作用。相关研究表明，生态沟渠净化面源污染物氮磷的主要途径是通过沟渠底泥和土壤吸附、植物吸收利用以及微生物代谢，面源氮、磷污染的去除率分别达到48％～64％和41％～70％。同时，相关研究也表明：在不同的沟渠水速度、水位、干湿变化、植物品种、污染物浓度等因素中，生态沟渠对面源污染物氮磷的净化能力上，一般表现出以下几个特点：(1)低流速延长了水力停留时间，有利于沟壁土壤和沟底底泥对流水中氨态氮和磷酸盐的吸附截留，有利于沟底植物幼苗的保育，同时减缓对沟壁冲刷。(2)沟渠需要实施短期干涸再淹水，有利于沟渠底泥对氮的去除。这也表明排水沟渠因降雨径流出现的干湿交替过程有利于沟渠底泥对水中氮的去除。(3)排水沟渠长期保持高水位状态(水深超过0.3米以上)，由于流量较大、流速较快的原因，会减少底泥的沉积，导致底泥厚度不足；底泥厚度不足加上水流速度较大，会减少沟渠植物生物量、降低孔隙水中营养物质浓度、加速沟壁滑塌等。但亦有研究同时表明，高水位亦能提高水中磷酸盐去除速率，有利于水中磷素去除。(4)植物生长期末，植物茎叶中的营养物质会向根部、果实等营养器官转移，为了防止植株吸收的营养物质分解时再释放到沟渠系统，建议适时收割沟渠植物。(5)由多种植物组合而成组合型的水生植物生态沟渠系统，对氮磷的吸收效果优于单一的水生植物生态沟渠系统。(6)排水沟渠过水或积水促进了底泥中磷的释放，因此，沟渠适时清淤能减小沟渠底泥内源磷的释放。
[0004]硬化沟渠与生态沟渠相比较后，可以直观的比较出生态沟渠与硬化沟渠在生态效益、净水效果等方面有以下的差异：
[0005]1.动植物生态友好性方面：
[0006]在生态沟渠的渠底、坡面、坡顶生长有大量的各类植物，尤其是各类水生植物，种类和数量均类似于自然湿地。根据相关调研发现：生态沟渠内的水生植物种类较多，以挺水植物为优势种的植物群落，群落结构相对复杂且稳定，季节变化特征明显。同时，由于丰富的植物，生态沟渠附近栖息有多种陆生、两栖和水生小动物，形成了较为稳定的小型生物链。
[0007]与生态沟渠相比较，硬化沟渠仅有很少的沉水植物附着于沟底浅薄的底泥层，硬化后的坡面和坡顶上生长有少量植物，同时，坡顶两外侧的土地上生长的各类植物有可能会蔓延到硬化后的坡面和坡顶，但生长势和总量都比较小，群落结构单一，稳定形差，很少有小型动物生存与此。同时，由于较大的坡度和硬化的渠底、坡面，沟杀(各类动物误入沟渠后因无法爬出而导致的死亡)现象较为严重。
[0008]2.水化特征：
[0009]经过调研发现，生态沟渠内水流中的总氮(TN)、总磷(TP)含量常年显著低于硬化沟渠，水体的PH值也较硬化沟渠内的水体更接近7，呈现出更佳的水质特点。主要原因是生态沟渠中较大的植物总量，尤其是水生植物总量较大，各类植物通过吸收利用、拦截、吸附、遮光、化感作用等方式对水质进行净化。同时，植物根系形成的微环境是各自微生物生存的场所，进一步降低了水体中的氮磷含量。
[0010]而水流中的溶氧(DO)情况则是：一般情况下，生态沟渠因各类植物，尤其是水生植物总量较大，使得硬化沟渠水流中的总溶氧含量明显高于生态沟渠。
[0011]3.排水效率：
[0012]由于生态沟渠内植物种类和数量，尤其使水生植物的种类和数量比较大，一般会有一些竞争能力极强的优势种，极端情况下，可能会出现某些水生植物品种过度生长和蔓延，导致生态沟渠排水效率不高等问题。而硬化沟渠则在排水效率上有较大的优势。
[0013]虽然生态沟渠能够有效控制农业面源污染，但是由于我国长期以来农田水利设施建设着重于农田沟渠的灌溉和排水功能，忽视了农田排水沟渠生态环境保护的作用，因此我国的农田排水沟渠多为硬化沟渠。因此，近来的农田排水沟渠基本都开始进行生态沟渠化设计，以应对农业面源污染。但对于那些总量巨大的、已建成的硬化农田排水沟渠，如果进行拆除后再按照生态沟渠的标准来重新建设，势必造成巨大的浪费，以及产生巨大费用。因此，为应对这一问题，本专利技术提出一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法。

技术实现思路

[0014]本专利技术的第一目的在于提供一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，以该方法进行改造的硬化农田排水沟渠，能够有效起到净化水质的作用，并且排水效率高。
[0015]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0016]一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，其特征是，在沟渠中设置固着藻类反应器区、水生植物种植区；
[0017]所述固着藻类反应器区中，顺着水流方向依次设有上游挡格、固着藻类反应器和下游挡格；所述上游挡格由生态混凝土制成，将沟渠横向隔断；所述下游挡格由普通混凝土制成，将沟渠横向隔断；所述固着藻类反应器为半圆弧状的网格板，将其呈拱桥状横跨于沟
渠底部两侧，使水流中藻类在网格板上自然固着生长、形成固着藻膜；
[0018]所述固着藻类反应器区和水生植物种植区间隔设置，水生植物种植区设置于每两个固着藻类反应器区之间，即上游端的固着藻类反应器区的下游挡格与下游端的固着藻类反应器区的上游挡格之间，其内种植有水生植物。
[0019]采用本专利技术方法生态化改造后硬化农田排水沟渠的工作原理：
[0020]基流状态：
[0021]如图1所示，基流状态下，沟渠中的水量较小，水流被上游挡格阻挡后，经上游挡格的生态混凝土中的孔隙渗透流入固着藻类反应器。
[0022]1.水流透过由生态混凝土制成上游挡格，强制水流交混，使水流均匀进入固着藻类反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，其特征是，在沟渠中设置固着藻类反应器区、水生植物种植区；所述固着藻类反应器区中，顺着水流方向依次设有上游挡格、固着藻类反应器和下游挡格；所述上游挡格由生态混凝土制成，将沟渠横向隔断；所述下游挡格由普通混凝土制成，将沟渠横向隔断；所述固着藻类反应器为半圆弧状的网格板，将其呈拱桥状横跨于沟渠底部两侧，使水流中藻类在网格板上自然固着生长、形成固着藻膜；所述固着藻类反应器区和水生植物种植区间隔设置，水生植物种植区设置于每两个固着藻类反应器区之间，即上游端的固着藻类反应器区的下游挡格与下游端的固着藻类反应器区的上游挡格之间，其内种植有水生植物。2.根据权利要求1所述的硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，其特征是，所述的上游挡格高0.3～0.4m。3.根据权利要求2所述的硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，其特征是，所述下游挡格较上游挡格低0.1m。4.根据权利要求3所述的硬化农田排水沟渠的生态化改造方法，其特征是，所述固着藻类反应器区长度，即上游挡格与下游挡格之间的距离，为20～30m。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹庆，李纯刚，聂毅，徐瑞萍，石昭华，
申请(专利权)人：广州城建职业学院，
类型：发明
国别省市：