本實用新型涉及農(nóng)田面源污染治理技術領域，具體是一種稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)。

背景技術：

我國農(nóng)業(yè)污染形勢嚴峻，水環(huán)境惡化情況嚴重，農(nóng)田徑流氮磷的排放，是導致周邊河湖水體富農(nóng)田營養(yǎng)化的重要原因。農(nóng)田徑流氮磷污染具有潛在性、間歇性和面廣量大等鮮明特點，控制難度大、涉及面廣、投入多且見效慢。尤其是我國南方稻作地區(qū)，超強降雨和不合理灌溉排水，使該農(nóng)田污染問題更加突出。稻田土壤經(jīng)過長期耕作，受到犁刀及負重的擠壓和降水時黏粒隨水沉積而形成，出現(xiàn)較為堅硬、透水和透氣性差的犁底層，不僅阻礙了作物根系的生長，造成土壤環(huán)境惡化，降低了土壤的蓄水保水能力，同時縮短了農(nóng)田地下徑流的滲漏路徑，削弱了農(nóng)田土壤的滲濾作用，更加大了農(nóng)田徑流氮磷污染物的流失，農(nóng)田徑流氮磷污染治理成為迫切需要解決的難題。因此，針對有犁底層稻田土壤特點，以水稻格田為單元，開發(fā)既有效改善土壤環(huán)境狀況，又能有效控制農(nóng)田地表、地下徑流調(diào)控與氮磷組合滲濾攔截去除的“格田控排-農(nóng)田滲濾”系統(tǒng)，對充分利用雨水資源、節(jié)約灌溉水量、控制農(nóng)田徑流污染物排放、改善區(qū)域水環(huán)境具有十分重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)。系統(tǒng)包括兩個主要部分，一是稻田地表徑流格田控排與氮磷組合滲濾攔截去除系統(tǒng)，二是農(nóng)田地下徑流氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)。本實用新型不僅可以充分利用雨水資源，節(jié)約灌溉水量，將養(yǎng)分攔截在農(nóng)田當中，減少稻田徑流污染物的排放，改善農(nóng)田水環(huán)境，且施工方便，空間結構布置合理，成本較為低廉，在南方平原河網(wǎng)地區(qū)可廣泛推廣應用。

本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的，稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)，在有犁底層稻田上設有格田田埂、可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰、滲濾池、農(nóng)田地表滲濾體、地下水平滲濾體、秸稈豎井和排水溝道；

所述格田田埂位于稻田格田的四周，根據(jù)水稻全生育期最大耐淹水深調(diào)蓄。

所述可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰設置在稻田格田田埂與排水溝道間，可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰堰體由磚塊和無砂混凝土砌筑而成，折疊式溢流堰坎主要材料為防老化硬質(zhì)塑料，塑料板之間通過鉸接緊密串聯(lián)，實現(xiàn)堰坎的折疊功能。

所述滲濾池位于可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰出水口處，依據(jù)滲濾池的排水能力，通過水力計算確定滲濾池的容積，滲濾池寬度與格田田埂寬度相近，一般為40～50cm，長度為溢流堰寬度的1.5～2倍，滲濾池墻體厚度為12～15cm，高度與格田田埂齊平。

所述農(nóng)田地表滲濾體由兩部分組成，第一部分位于滲濾池內(nèi)，滲濾材料為陶粒，陶粒滲濾層厚度10~14cm；第二部分材料為高分子材料纖維網(wǎng)，作為溢流堰出水口處排水溝邊坡的護砌材料與第一部分滲濾池相連接，高分子材料纖維網(wǎng)厚度與陶粒層厚度相同，纖維網(wǎng)下方鋪有8～10cm厚無砂混凝土，纖維網(wǎng)滲濾體鋪砌坡度與排水溝邊坡相同，最底端為排水溝最低水位位置；

所述地下水平滲濾體，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸稈滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設計標準，通過水力計算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，塑料排水暗管傾斜設置，坡度為1/1000~1/2000；

排水暗管出口與農(nóng)田排水明溝相連，排水明溝與地下水平滲濾體進水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實現(xiàn)對稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能；

所述作物秸稈排水豎井通過人工打孔方法實現(xiàn)，第一種豎井是置于排水暗管上方并與其相連的深層豎井；第二種是置于排水暗管之間的淺層豎井。秸稈豎井是由1個具有一定透水性能的作物秸稈把和外填材料構成，秸稈豎井沿著排水暗管長度方向間距為3~4m，排水暗管之間的秸稈豎井間距為排水暗管間距的1/2～1/4，秸稈把直徑為12~14cm。通過穿透稻田犁底層的豎井實現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通。豎井內(nèi)壁與秸稈把之間的空隙用填充材料密實填滿。

在水稻作物生育階段，折疊式溢流堰、滲濾池、農(nóng)田垂直和水平地下排水滲濾系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對稻田蓄水深度和稻田水分停滯時間調(diào)節(jié)控制、地表和地下徑流中氮磷物質(zhì)的組合滲濾攔截與去除。

進一步地，所述可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰，高度水平滿足高標準農(nóng)田水稻各生育階段適宜淹水深度。

進一步地，所述可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰，溢流能力不低于當?shù)刈畲蠼涤昴芰?，溢流堰寬度?jīng)水力計算確定，一般30～40cm。

進一步地，所述可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰，通過定位銷定位到所需高度，實現(xiàn)對水稻不同生育階段稻田蓄水的調(diào)控。

進一步地，所述陶粒滲濾層，是將陶粒裝入厚度為10～14cm的塑料網(wǎng)袋，通過膠結物粘結定型而成。

進一步地，所述秸稈豎井所用秸稈為稻麥秸稈。

進一步地，所述排水暗管為波紋塑料吸水管，塑料管身均勻布設有透水孔隙。

進一步地，所述填充材料是指稻殼。

稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)的去除方法，包括以下步驟：

（1）布置稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)：在有犁底層稻田上設有格田田埂、可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰、滲濾池、農(nóng)田地表滲濾體、秸稈豎井垂直滲濾體、暗管排水水平滲濾體和排水溝道；

格田田埂位于稻田格田的四周，根據(jù)水稻全生育期最大耐淹水深調(diào)蓄。

在稻田格田田埂與排水溝道間設置可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰，可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰堰體由磚塊和無砂混凝土砌筑而成，堰坎主要材料為防老化硬質(zhì)塑料，塑料板之間通過鉸接緊密串聯(lián)，實現(xiàn)堰坎的折疊功能。堰頂最大高度為由試驗確定的水稻全生育期最大耐淹深度，堰坎可隨意調(diào)節(jié)，通過定位插銷進行定位，定位孔高度每2～4 cm設置一水平，滿足水稻不同生育階段稻田適宜最大調(diào)蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于當?shù)刈畲蠼涤昴芰?，寬度?jīng)水力計算確定，一般30～40cm。

滲濾池位于可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰出水口處，依據(jù)滲濾池的排水能力，通過水力計算確定滲濾池的容積，滲濾池寬度與格田田埂寬度相近，一般為40～50cm，長度為溢流堰寬度的1.5～2倍，滲濾池墻體厚度為12～15cm，高度與格田田埂齊平。

滲濾池內(nèi)鋪設一層滲濾體，滲濾材料為陶粒，陶粒滲濾層厚度10~14cm；與滲濾池出水口相接，沿著溢流堰水流方向的排水溝邊坡鋪設有一層高分子材料纖維網(wǎng)，高分子材料纖維網(wǎng)厚度與陶粒層厚度相同，纖維網(wǎng)下方鋪有8～10cm厚無砂混凝土，纖維網(wǎng)滲濾體鋪砌坡度與排水溝邊坡相同，最底端為排水溝最低水位位置；

所述地下水平滲濾體，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸稈滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設計標準，通過水力計算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，塑料排水暗管傾斜設置，坡度為1/1000~1/2000；

排水暗管出口與農(nóng)田排水明溝相連，排水明溝與地下水平滲濾體進水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實現(xiàn)對稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能；

秸稈豎井通過人工打孔方法實現(xiàn)，第一種豎井是置于排水暗管上方并與其相連的深層豎井；第二種是置于排水暗管之間的淺層豎井。秸稈豎井是由稻麥作物秸稈把和稻殼構成，秸稈豎井沿著排水暗管長度方向間距為3~4m，排水暗管之間的秸稈豎井間距為排水暗管間距的1/2～1/4，秸稈把直徑為12~14cm，通過穿透稻田犁底層的豎井實現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通。豎井內(nèi)壁與秸稈把之間的空隙用稻殼密實填滿；

經(jīng)過農(nóng)田-溝道一系列措施處理后的水排入塘堰生態(tài)濕地作進一步處理。

（2）可調(diào)節(jié)溢流堰對稻田地表徑流的氮磷攔截：氮、磷等污染物易隨著時間沉積在稻田地表徑流的下層，而本方法溢出的水流是地表徑流上層水體，氮、磷等污染物濃度較低，污染物排放量較少，將養(yǎng)分攔蓄在田間，減少了稻田養(yǎng)分流失。

（3）農(nóng)田滲濾體對稻田地表徑流的氮磷攔截：從可調(diào)節(jié)溢流堰上方溢出來的地表徑流，首先要經(jīng)過滲濾池再沿著排水溝道邊坡流入排水溝，途中陶粒滲濾體與高分子材料滲濾網(wǎng)滲濾體一起構成組合滲濾系統(tǒng)，利用它們滲透、吸附性強，易形成微生物群落的特性，可以高效攔截吸附農(nóng)田滲流中的氮磷物質(zhì)，使溢出水體氮磷濃度進一步降低。

（4）秸稈豎井氮磷攔截：利用灌溉或降雨所產(chǎn)生的滲流使含有氮磷的水流進入秸稈豎井，稻麥秸稈把吸附并攔截土壤水溶液中的氮磷，使氮磷保留在土壤中，不含氮磷的水流進入排水暗管。

（5）地下水平排水氮磷攔截：排水暗管管身均勻布有透水孔，一方面匯集步驟（4）所述秸稈豎井的出水流，另一方面，也相當于滲濾體，犁底層以下的含有氮磷的水流，通過滲流作用，流向排水暗管時，排水暗管外包裹的水土工布能夠防止暗管堵塞，稻麥作物秸稈滲濾材料將氮磷攔截在土壤中。利用田面與排水明溝之間所形成的水頭差將所述秸稈豎井出水流引到排水明溝。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

第一，將農(nóng)田地表水文調(diào)蓄與地下滲濾及控制排水緊密聯(lián)系，以水稻格田為單元，沿著徑流通道建立了農(nóng)田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)，實現(xiàn)了對農(nóng)田地表、地下徑流氮磷的全面高效攔截去除，能充分利用雨水資源、節(jié)約灌溉水量、控制農(nóng)田徑流污染物排放、改善區(qū)域水環(huán)境，有效的減輕農(nóng)田面源污染。

第二，本實用新型采用了可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰裝置，利用農(nóng)田氮磷物質(zhì)通常積淀在地表徑流下層水流中的特性，而溢流堰溢出的水流為地表徑流的上層水體，氮磷物質(zhì)濃度較低、流失量小，實現(xiàn)了稻田地表徑流的氮磷攔截去除效果。且溢流堰堰坎可隨意調(diào)節(jié)，并由定位插銷進行定位，滿足水稻不同生育階段稻田適宜最大調(diào)蓄水深要求。

第三，溢流池中的陶粒滲濾體，陶?？紫抖仍?0%以上、滲透、吸附性強，有利于氨態(tài)氮攔截；排水溝坡上的高分子材料纖維網(wǎng)滲濾體，孔隙率高達95%以上，同樣具有很強的透水性、耐久性，均勻多孔的陶粒、高分子材料滲濾網(wǎng)都有利于形成微生物群落；陶粒滲濾體與高分子材料滲濾網(wǎng)滲濾體一起構成組合滲濾系統(tǒng)，可以高效去除農(nóng)田滲流中的氮磷物質(zhì)。

第四，本實用新型采用了秸稈豎井與地下水平排水相結合的氮磷攔截去除模式，秸稈排水豎井通過穿透稻田犁底層，人工打破不透水層，形成稻田犁底層上下土層土壤水分滲流的連續(xù)通道，水平滲濾體又可以實現(xiàn)犁底層下土壤氮磷攔截，原理清晰、施工方便、簡單，成本低廉。

第五，秸稈滲濾體有效使用期結束后，秸稈在土壤內(nèi)腐爛為有機質(zhì)，有助于增加土壤養(yǎng)分。排水暗管滲濾體中的波紋塑料暗管和透水土工布外包材料可以確保30年以上工程有效使用期的地下排水要求；作物秸稈腐殖質(zhì)化后仍可保持良好的組織結構，仍可在一定時間內(nèi)發(fā)揮其氮磷滲濾攔截作用。

第六，本實用新型工程造價與維護成本低廉，耐久度高，使用壽命長，施工方便，方法操作簡便，安全可靠，適宜大規(guī)模推廣。

附圖說明

圖1是本實用新型稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)的平面結構示意圖；

圖2是本實用新型稻田徑流格田控排氮磷攔截去除系統(tǒng)沿A-A方向剖面立體結構示意圖；

圖3是本實用新型農(nóng)田地下徑流氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)立體結構示意圖；

圖4是本實用新型稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)沿A-A方向剖面示意圖。

圖中：1格田田埂 、2可調(diào)節(jié)溢流堰、3滲濾池、4 滲濾池墻體、5陶粒滲濾層、

6滲濾邊坡、7排水溝道、8地下水平滲濾體、9作物秸稈、10淺層豎井、11深層豎井、12地下暗管、13透水土工布、14稻殼、15定位插銷。

具體實施方式

如圖1-4所示，稻田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)，包括格田田埂1、可調(diào)節(jié)溢流堰2、滲濾池3、陶粒滲濾層5、滲濾邊坡6、排水溝道7、地下水平滲濾體8、淺層豎井10、深層豎井11，具體實施步驟如下：

格田田埂1設于稻田格田四周，滿足水稻全生育期最大耐淹水深調(diào)蓄。

可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰2安置在稻田格田田埂1與排水溝道7間，可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰2堰體以磚塊和無砂混凝土為主要材料，堰坎主要材料為防老化硬質(zhì)塑料，塑料板之間利用鉸接串聯(lián)在一起，實現(xiàn)堰坎的折疊功能。堰頂最大高度為水稻全生育期最大耐淹深度，溢流堰坎高度可隨意調(diào)節(jié)，通過定位插銷15進行定位，定位孔高度每2～4 cm設置一檔，滿足水稻不同生育階段稻田適宜調(diào)蓄水深要求，溢流堰溢流能力不低于當?shù)?降雨能力，寬度經(jīng)水力計算確定，一般30～40cm。

滲濾池3設在可調(diào)節(jié)折疊式溢流堰2出口處，依據(jù)滲濾池的排水能力，通過水力計算確定滲濾池3容積，滲濾池3寬度與格田田埂1寬度相近，一般為40～50cm，長度為溢流堰寬度的1.5～2倍，滲濾池墻體4厚度為12～15cm，主要砌筑材料為無砂混凝土和磚塊，高度與格田田埂1齊平，并在滲濾池8上方鋪設可供行走的木質(zhì)蓋板，尺寸與滲濾池大小相同。

農(nóng)田滲濾體由兩部分組成，第一部分位于滲濾池3內(nèi)，滲濾材料為陶粒，陶粒滲濾層5厚度10~14cm；第二部分材料為高分子材料纖維網(wǎng)，作為溢流堰出水口處排水溝邊坡的護砌材料與第一部分滲濾池相連接，高分子材料纖維網(wǎng)厚度與陶粒滲濾層5厚度相同，纖維網(wǎng)下方鋪有8～10cm厚無砂混凝土，纖維網(wǎng)滲濾體鋪砌坡度與排水溝道邊坡相同，最底端為排水溝道7最低水位位置；

在犁底層一下土層內(nèi)，設置地下水平滲濾體8，是由排水暗管12外裹透水土工布13和稻麥作物秸稈9滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設計標準，通過水力計算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，排水暗管傾斜設置，坡度為1/1000~1/2000，排水暗管12出口與排水溝道7相連，排水溝道7與地下水平滲濾體8進水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實現(xiàn)對稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能。

秸稈豎井通過人工打孔方法實現(xiàn)，第一種豎井是置于排水暗管12上方并與其相連的深層豎井11；第二種是置于排水暗管之間的淺層豎井10。秸稈豎井是由稻麥作物秸稈9把和稻殼14構成，秸稈豎井沿著排水暗管12長度方向間距為3~4m，排水暗管之間的秸稈豎井間距為排水暗管間距的1/2～1/4，秸稈把直徑為12~14cm。通過穿透稻田犁底層的豎井實現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通。豎井內(nèi)壁與秸稈把之間的空隙用稻殼14密實填滿。

經(jīng)過農(nóng)田-溝道一系列措施處理后的水排入塘堰生態(tài)濕地作進一步處理。

該實用新型施工方便，結構合理，操作簡便，使用壽命長，同時滲濾材料主要為秸稈、稻谷、陶粒、纖維網(wǎng)等，節(jié)能環(huán)保，成本低廉。本實用新型的特別之處在于，本實用新型將農(nóng)田地表水文調(diào)蓄與地下滲濾及控制排水緊密聯(lián)系，以水稻格田為單元，沿著徑流通道建立了農(nóng)田徑流氮磷格田控排與農(nóng)田滲濾組合攔截去除系統(tǒng)，實現(xiàn)了對農(nóng)田地表、地下徑流氮磷的全面高效攔截去除，能充分利用雨水資源、節(jié)約灌溉水量、控制農(nóng)田徑流污染物排放、改善區(qū)域水環(huán)境，有效的減輕農(nóng)田面源污染，增強了稻田的水文調(diào)蓄與生態(tài)保育功能，專利申請者的試驗結果表明該系統(tǒng)對稻田徑流氮磷污染物去除率超過70%，顯著改善農(nóng)田及影響地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。