CN104652385A - 自灌自排生态型灌区系统 - Google Patents

Abstract

本发明是自灌自排生态型灌区系统，其结构包括水库1、灌溉干河2、灌溉支河3、灌溉斗渠4、灌溉农沟5、排水农沟6、排水斗渠7、排水支河8、排水干河9、生态护坡10、人工湿地11、分流沟12、进水水闸16、排水水闸17，其中水库1接灌溉干河2，灌溉干河2依次连接灌溉支河3、灌溉斗渠4、灌溉农沟5，灌溉农沟5接农田，农田排水口依次连接排水农沟6、排水斗渠7、排水支河8、分流沟12、生态护坡10、排水干河9、人工湿地11，人工湿地11接入受纳水体。本发明具有“灌溉高效，节约用水；面源污染，有效控制；自灌自排，节约用地”等优点。

Description

自灌自排生态型灌区系统

技术领域

本发明涉及一种基于灌区地势特征合理规划灌排渠道达到自灌自排目的，同时能够有效控制灌区农田面源污染的自灌自排生态型灌区系统，属于农田灌溉和农田面源污染控制技术领域。

背景技术

我国现有灌溉设施大部分建于50年代到70年代，许多工程只建了渠首和干支渠，支渠以下渠道和建筑物不齐全。经过长期使用，约有1/3的工程和设备老化损坏。由于不配套无法控制用水，只能大水漫溉，灌溉效率低，水资源浪费严重。同时，由于灌区建设始终以工程效益最大化为目标，对区域生态和环境重视不够，加之全球极端气候影响，灌区水环境恶化、土壤质量退化、农田面源污染、生物多样性降低、生态系统破坏等一系列制约灌区未来可持续发展的突出问题不断涌现。其中灌区农田面源污染是最突出的问题之一，在农业生产中长期大量、不合理的施用化肥和农药造成生态系统内部结构的破坏，氮、磷、重金属、农药残留物等污染物流失带来地表水和地下水水体的污染，已成为我国水质的又一主要的并带有普遍性的大污染源。农田排水中的氮、磷营养物质是引起受纳水体富营养化的主要原因。重金属和农药的残留物等有害物质进入水体后直接对水生生物造成危害，更严重的是有一些有毒物质可以通过食物链富集，使处于食物链高位的人或畜中毒。农田面源污染已成为我国灌区可持续发展的最大挑战之一。良好的生态系统是灌区生产力发展的基础，因此，在全球气候变暖及粮食危机的背景下，灌区必须由单一生产功能向肩负保障粮食安全、供水安全、服务节水型社会建设和水生态环境保护、农村景观建设等多重任务发展。

目前基于灌区地势特征合理规划灌排渠道达到自灌自排目的免去一些泵站等水利设施建设的报道尚未见到报道。针对灌区农田面源污染的控制技术报道也不多见，CN201410036964.1公开了一种灌区稻田排水沟串联湿地净污系统，通过在灌区稻田排水沟内设置人工湿地来净化稻田排水，虽然一定程度的降低了农田面源污染，但是增加了排水沟排水阻力和占用更多的农田用地。综上，能够利用灌区地势，实现灌区自灌自排，又能降低灌区农田面源污染，不占用更多农田用地的灌区系统构建技术尚未见到报道。

发明内容

本发明提出的是一种自灌自排生态型灌区系统，其目的：针对灌区水源地水位较高，地势整体一边高一边低地势特征的农田区域和农田面源污染严重问题，提出一种基于灌区地势特征，合理规划灌排渠道实现灌区自灌自排目标，同时实现灌区农田面源污染有效控制的自灌自排生态型灌区系统构建技术。

本发明的技术解决方案：自灌自排生态型灌区系统，其结构包括水库、灌溉干河、灌溉支河、灌溉斗渠、灌溉农沟、排水农沟、排水斗渠、排水支河、排水干河、生态护坡、人工湿地、分流沟、进水水闸、排水水闸，其中水库接灌溉干河，灌溉干河依次连接灌溉支河、灌溉斗渠、灌溉农沟，灌溉农沟接农田，农田排水口依次连接排水农沟、排水斗渠、排水支河、分流沟、生态护坡、排水干河、人工湿地，人工湿地接入受纳水体。

本发明的优点：

1）灌溉高效，节约用水。灌排过程通过“干、支、斗、农”各级渠道的理想配套和防渗处理，提高了末级渠道灌溉范围内的灌溉水利用率，从而整体上提高了灌溉效率，减少了水资源的浪费。

2）面源污染，有效控制。农田排水流经生态护坡经自然跌水曝气充氧、生物净化球净化、人工湿地净化等作用，实现了农田排水中有机物、氮、磷、重金属、农药残留等污染物质的有效去除，提高了农田排水水质，农田面源污染得到有效控制。

3）自灌自排，节约用地。根据灌区地势特征：水源地地势高于农田，农田地势高于农田排水受纳水体，整个灌区农田地势特征为靠近水源地地势高于靠近排水受纳水体地势，合理规划灌排渠道，从而达到自灌自排目的，进而免去一些泵站等水利设施建设，节省了农田用地，节约了建设成本。同时，生态护坡充分利用排水干河斜坡，在有效控制农田面源污染的同时，并未占用更多的农田用地。

附图说明

附图1是自灌自排生态型灌区系统平面布置示意图。

附图2是灌区排水干河生态护坡平面组成示意图。

附图3是灌区排水干河生态护坡剖面结构示意图。

附图4是阶梯型生物强化人工湿地局部结构剖面示意图。

图中1是水库，2是灌溉干河，3是灌溉支河，4是灌溉斗渠，5是灌溉农沟，6是排水农沟，7是排水斗渠，8是排水支河，9是排水干河，10是生态护坡，11是人工湿地，12是分流沟，13是水生植物，14是生物净化球，15是导流隔板，16进水水闸，17是排水水闸。

具体实施方式

自灌自排生态型灌区系统，其结构包括水库1、灌溉干河2、灌溉支河3、灌溉斗渠4、灌溉农沟5、排水农沟6、排水斗渠7、排水支河8、排水干河9、生态护坡10、人工湿地11、分流沟12、进水水闸16、排水水闸17，其中水库1接灌溉干河2，灌溉干河2依次连接灌溉支河3、灌溉斗渠4、灌溉农沟5，灌溉农沟5接农田，农田排水口依次连接排水农沟6、排水斗渠7、排水支河8、分流沟12、生态护坡10、排水干河9、人工湿地11，人工湿地11接入受纳水体。

所述的生态护10位于排水干河9斜坡处。

生态护坡10，其结构包括分流沟12和三级阶梯型生物强化人工湿地；其运行流程：农田排水从排水支河8流出，流入分流沟12，分流沟12将农田排水平均分配到排水干河8一侧，然后再流入第一级阶梯型生物强化人工湿地，然后逐级流过以下两级，经其净化之后，农田排水流入排水干河9，经排水干河9末端人工湿地11进一步净化之后，最终流入受纳水体。

所述分流沟12靠近农田一侧护坡高于靠近排水干河一侧的护坡，以便于农田排水的下泄和防止农田排水倒流。

所述阶梯型生物强化人工湿地，包括水生植物13、生物净化球14、导流隔板15，其中生物净化球14固定于水生植物13内部，导流隔板15通过对农田排水的导流作用，使其充分于生物净化球中的生物膜接触，从而实现生物强化处理。

所述农田排水通过自然跌水曝气充氧、生物净化球14净化、人工湿地净化等作用，实现农田排水中有机物、氮、磷、重金属、农药残留等污染物质的去除，从而有效控制农田面源污染。

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：

对照图1、图2、图3，主要组成部分包括水库1、灌溉干河2、灌溉支河3、灌溉斗渠4、灌溉农沟5、排水农沟6、排水斗渠7、排水支河8、排水干河9、生态护坡10、人工湿地11、分流沟12、进水水闸16、排水水闸17等。本发明涉及的灌区地势特征：水库1地势高于农田，农田地势高于农田排水受纳水体，灌区地势特征合理规划灌排渠道，如图1所示，从而达到自灌自排目的。具体灌排流程如下：当灌区农田需要灌溉时，打开灌溉干河2进水水闸16，水流从地势较高的水库1流出进入灌溉干河2，然后依次流经灌溉支河3、灌溉斗渠4、灌溉农沟5，最后流入农田，完成农田灌溉过程；当农田需要排水时，打开排水支河8末端排水水闸16，农田排水依次流经排水农沟6、排水斗渠7、排水支河8、分流沟12、生态护坡10、排水干河9、人工湿地11，最后流入受纳水体，完成农田排水过程。

对照图1、图2，本发明涉及的生态护10位于排水干河9斜坡处。生态护坡10主要结构包括分流沟12和三级阶梯型生物强化人工湿地。对照图4，分流沟12靠近农田一侧护坡高于靠近排水干河一侧的护坡，以便于农田排水的下泄和防止农田排水倒流。生态护坡的主要运行流程：农田排水从排水支河8流出，流入分流沟12，分流沟12将农田排水平均分配到排水干河8一侧，然后再流入第一级阶梯型生物强化人工湿地，，然后逐级流过以下两级，经其净化之后，农田排水流入排水干河9，经排水干河9末端人工湿地11进一步净化之后，最终流入受纳水体。

对照图4，阶梯型生物强化人工湿地主要由水生植物13、生物净化球14、导流隔板15等构成，生物净化球13固定于水生植物13内部，导流隔板15通过对农田排水的导流作用，使其充分于生物净化球中的生物膜接触，从而实现生物强化处理。农田排水通过自然跌水曝气充氧、生物净化球14净化、人工湿地净化等作用，实现农田排水中有机物、氮、磷、重金属、农药残留等污染物质的去除，从而有效控制农田面源污染。

当灌区农田需要灌溉时，打开灌溉干河进水水闸，水流从地势较高的水库流出进入灌溉干河，然后依次流经灌溉支河、灌溉斗渠、灌溉农沟，最后流入农田，完成农田灌溉流程；当灌区农田需要排水时，打开排水支河末端排水水闸，农田排水依次流经排水农沟、排水斗渠、排水支河、分流沟、生态护坡、排水干河、人工湿地，最后流入受纳水体，完成农田排水过程。灌排过程通过各级渠道的理想配套和防渗处理，提高了末级渠道灌溉范围内的灌溉水利用率，从而整体上提高了灌溉效率，减少了水资源的浪费。

生态护坡位于排水干河斜坡处，当排水干河两侧都有农田排水时，排水干河两侧斜坡均设置生态护坡，当排水干河只有一侧有农田排水时，只在干河接受农田排水的一侧设置生态护坡。

Claims (6)

1.自灌自排生态型灌区系统，其特征是包括水库、灌溉干河、灌溉支河、灌溉斗渠、灌溉农沟、排水农沟、排水斗渠、排水支河、排水干河、生态护坡、人工湿地、分流沟、进水水闸、排水水闸，其中水库接灌溉干河，灌溉干河依次连接灌溉支河、灌溉斗渠、灌溉农沟，灌溉农沟接农田，农田排水口依次连接排水农沟、排水斗渠、排水支河、分流沟、生态护坡、排水干河、人工湿地，人工湿地接入受纳水体。

2.根据权利要求1所述的自灌自排生态型灌区系统，其特征是所述的生态护位于排水干河斜坡处。

3.根据权利要求1所述的自灌自排生态型灌区系统，其特征是所述生态护坡，其结构包括分流沟和三级阶梯型生物强化人工湿地；其运行流程：农田排水从排水支河流出，流入分流沟，分流沟将农田排水平均分配到排水干河一侧，然后再流入第一级阶梯型生物强化人工湿地，然后逐级流过以下两级，经其净化之后，农田排水流入排水干河，经排水干河末端人工湿地进一步净化之后，最终流入受纳水体。

4.根据权利要求3所述的自灌自排生态型灌区系统，其特征是所述分流沟靠近农田一侧护坡高于靠近排水干河一侧的护坡，以便于农田排水的下泄和防止农田排水倒流。

5.根据权利要求3所述的自灌自排生态型灌区系统，其特征是所述阶梯型生物强化人工湿地，包括水生植物、生物净化球、导流隔板，其中生物净化球固定于水生植物内部，导流隔板通过对农田排水的导流作用，使其充分于生物净化球中的生物膜接触，从而实现生物强化处理。

6.根据权利要求3所述的自灌自排生态型灌区系统，其特征是所述农田排水通过自然跌水曝气充氧、生物净化球净化、人工湿地净化等作用，实现农田排水中有机物、氮、磷、重金属、农药残留污染物质的去除，从而有效控制农田面源污染。