CN105236501A - 利用沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用区域沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法。该方法在平原水网区原有灌排沟渠和塘系统基础上，根据农田区域沟塘系统的分布情况和高程，采用生态沟渠将各单体和设施按其功能紧密联系在一起，将最高位塘作为农田灌溉水预处理塘，将最低位塘作为水量水质综合平衡调控站，将低位塘中的水提升到高位塘，形成多级串联循环的沟塘净化系统，整个沟塘循环系统通过在关键部位设置水位控制闸门，调节和控制水在系统内农田的滞留时间，延长污染物质的迁移路径，达到减少外排水量和充分利用氮磷的目的，可以有效消减农田面污染，为保护平原水网区水环境发挥巨大作用。

Description

利用沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法

技术领域

本发明属于农业环境保护技术领域，具体是涉及一种利用沟塘系统防治平原水网区域农田面源污染的方法。

背景技术

农田面源污染主要是指农业生产活动中农田氮磷营养盐在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，使大量氮磷进入水体，造成的水环境污染(张维理，徐爱国，冀宏杰等.中国农业面源污染形势估计及控制对策III：中国农业面源污染控制中存在问题分析[J].中国农业科学，2004，37(7)：1026-1033)。长江中下游地区是我国淡水湖泊的主要分布区域，流域内河流沟渠纵横交错，形成一个错综复杂的河流网络系统。区域内由于农田面源污染流失造成的水体的富营养化问题，制约着区域粮食生产安全(金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M]，北京：中国环境科学出版社，1990)。

研究表明，平原水网区农田面源污染主要通过地表径流进入周围水体，因此排水沟塘作为农田与外河水系之间的过渡带，既是农田排水的最初汇集地，又是下游水体氮磷营养盐的输出地，发挥着排水和生态拦截的双重作用。因此如何增加沟塘系统对氮磷营养盐的去除，以及如何在农田区域进行循环利用对于农田面源污染防控具有重要意义。近年来，多数研究主要集中在排水沟渠和农田塘系统的生态化改造，强化面源污水流经沟渠和塘系统时，氮磷的削减和净化能力(潘乐，茆智，董斌等.塘堰湿地减少农田面源污染的试验研究[J].农业工程学报，2012，28(4)：130-135)，而忽略了通过对农田区域中农田、沟渠、水塘的生态功能定位，将农田、沟渠和水塘设计成一个完整的物质循环流体系，通过提高农田区域氮磷等的循环利用效率，减少农田面源污染排放。因此，基于平原水网区农田面源污染导致的水体富营养化问题突出的普遍现象，以控“水”为主要目的和手段，以“以面治面、高效生态、循环利用、区域调控”为总体思路，开发一种利用区域沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法，对于解决目前农田面源污染水环境的问题具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述问题及现有技术存在的缺陷或不足，本发明提供了一种利用沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法，该方法是在平原水网区原有灌排沟渠和塘分布现状的基础上，根据塘的分布情况和高程，通过沟渠将各单体和设施按功能紧密联系在一起，形成串联的多级沟塘净化系统。将位于循环起始点的高位塘作为农田灌溉水预处理塘，将多塘系统中的最低位塘作为水质水量综合平衡调控站，并建设泵站将低位塘中的水提升至高位塘，整个沟塘循环系统利用闸门控制关键部位的水位，调节和控制进入农田的雨水、灌溉水等在系统内的滞留时间，延长污染物质的迁移路径，增加系统对氮磷的利用。以最大限度地减少系统的外排水量及氮磷，从而降低面源污染流失造成的危害，为保护平原水网区水环境发挥巨大作用。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种利用区域沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法，具体步骤如下：

确定区域农田的沟塘系统分布情况和高程；

根据区域内塘的高程，由高位塘向低位塘通过沟渠将各单体和设施按功能紧密联系在一起，建设泵站将低位塘中的水提升至高位塘，形成多级串联循环的多塘净化系统；

将位于循环起始点的高位塘作为农田灌溉水预处理塘，把不同种类的来水和多塘系统循环水进行合理混配、调节，并经一定的沉淀、生物净化、过滤等预处理达到农灌水标准后施用于农田灌溉；

将最低位塘作为水量水质综合平衡调控站，在暴雨来临前或雨量过大时对浓度相对低的尾水和雨水进行合理外排，平时将低位塘水提升至农田灌溉水预处理塘进行循环利用；

整个沟塘循环系统通过在关键部位设置水位控制闸门，调节和控制水在系统内农田的滞留时间，实现减少外排水量和充分利用氮磷的目的。

本发明的有益效果是通过因地制宜，充分利用平原水网区丰富的现有沟塘，形成完整的系统，并强化其阻截能力和净化能力，实现农田面源污染的有效控制。

附图说明

图1是本发明所述的沟塘系统示意图。

图1中：1、3、4表示塘，其中1表示高位塘，4表示低位塘；2表示农田，5表示泵站，6表示水位控制闸门，7表示沟渠，其中箭头表示系统中水流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细描述：

如图1所示，一种利用区域沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法，具体实施步骤如下：

确定农田区域的沟塘系统的分布情况和高程，经过测绘，高程：塘1＞塘3＞塘4；

根据农田区域内各沟塘的高程，由高位塘1向低位塘4通过沟渠7将各单体和设施按其功能紧密联系在一起，并通过泵站5，将低位塘4的水源提升至高位塘1，形成多级串联循环的沟塘净化系统；

将位于循环起始点的高位塘1作为农田灌溉水预处理塘，把不同种类的来水和多塘系统循环水进行合理混配、调节，并经一定的沉淀、生物净化、过滤等预处理达到农灌水标准后施用于农田2灌溉；

将沟塘系统中的最低位塘4作为水量水质综合平衡调控站，在暴雨来临前或雨量过大时对浓度相对低的尾水和雨水进行合理外排，平时将低位塘水提升至高位塘1，即农田灌溉水预处理塘进行循环利用；

整个沟塘循环系统利用水位控制闸门6控制关键部位的水位，调节和控制水在系统内农田2的滞留时间，延长污染物质的迁移路径，增加系统对氮磷的利用，以最大限度地减少系统的外排水量及氮磷。

实施例1：湖北省安陆市洑水镇农田面源污染综合治理区域沟塘系统示范工程

湖北省安陆市洑水镇车站村农田面源污染综合治理区域沟塘系统示范工程服务面积约1500亩，该区域原有部分沟渠垮塌，沟塘系统底泥淤积堵塞，沟塘系统未实现内部循环净化，所有农田面源污水均外排入河。据监测，农田面源污水中TN、TP浓度平均在3.99mg/L和0.13mg/L，总氮高于地表V水标准(见表1)，总磷界于地表水II-III之间。这些水主要通过农田内部的沟渠排放，这些沟渠主要为敞开式土沟渠或三面光混凝土沟渠，淤积堵塞严重，生态净化能力较差，农田区域低洼塘系统水体流动性差，难以起到净化作用。湖北省安陆市洑水镇农田面源污染综合治理区域沟塘系统示范工程即通过农田沟塘系统改造，采用生态沟渠将农田区域的塘系统进行连通，并在最高位和最低位分别建立农田灌溉水预处理系统和水量综合平衡调控站，在保证灌溉水水质的前提下，实现农田灌排水的农田区域内部循环，将系统内的面源污水及氮磷外排量减少50％以上。

表1农田径流水质状况(单位：mg/L)

本示范工程每亩地配置的生态沟渠长度不小于30米，在沟渠联接农田处和水位控制闸门前设置沉淀池，池容不小于2m³。渠内平时水位维持在沟渠总深度1/2处，以保障渠内生态系统的完整和功能的发挥，雨量大时或排水量大时，可将闸门水位调至与渠底相平；多塘系统中的塘面积不小于所服务农田面积的5％，平均有效水深为2m，水力停留时间(HRT)不小于15d。塘内水位不低于塘总深度的3/4；沉淀时间不小于3h；农田灌溉水预处理系统，沉淀时间不小于3h，调节池水力停留时间不小于6h，水深大于2m；水量水质综合平衡调控站的设计提升能力为服务区内所有塘总体积的1/15，即可保证沟塘系统内的水每月可循环两次，泵的起闭间隔不小于5min。

区域沟塘系统建成后，氮磷外排减少50％以上，具有非常可观的环境效益。

以上所示仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或者替换都应在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求书所限保护范围为准。

Claims (3)

1.一种利用沟塘系统防治平原水网区农田面源污染的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)确定平原水网区的沟塘系统的分布情况和高程；

2)根据平原水网区域内沟塘的高程，由高位塘向低位塘通过生态沟渠将各单体和设施按功能紧密联系在一起，建设泵站将低位塘中的水提升到高位塘进行循环利用；

3)整个沟塘循环系统利用水位控制闸门控制关键部位的水位，调控水在系统内农田的滞留时间，具有延长污染物质的迁移路径，增加系统对氮磷的利用，以最大限度地减少系统的外排水量及氮磷的功能。

2.根据权利要求1所述的方法，将循环起始点的高位塘作农田灌溉水预处理塘，它具有不同种类来水和沟塘系统循环水进行合理混配、调节、沉淀、生物净化、过滤等预处理功能。

3.根据权利要求1所述的方法，将最终汇流处的低位塘作为水量水质综合平衡调控站，它能够在暴雨来临前或雨量过大时对低浓度的塘水进行合理外排，并能将农田尾水提升至农田灌溉水预处理塘进行循环利用。