一种水旱轮作农田的排水控制-净化复合系统及实施方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农田排水及农田面源污染控制技术领域，具体地说是一种具有农沟水位调控与水体净化功能的水旱轮作农田的排水控制-净化复合系统及实施方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国很多地区采用水旱作物(比如水稻-小麦、水稻-油菜等)轮作的种植模式，农田的面源污染成为河流、湖泊等水体富营养化的重要因素。控制排水技术作为减少农田排水及其氮磷污染物输出的技术，针对旱地和稻田均有报道，但并未将水旱两类作物的田间水分需求综合考虑。在排水控制的同时，将排水控制建筑物与污染物降解有机结合起来，对于实现农田面源污染的源头减排具有重要价值。因此，针对水旱轮作农田开发满足水旱作物不同控水要求的末级农沟排水控制建筑物，并将农沟排水控制建筑物与农田面源污染物降解技术有机结合起来，对于提高水分利用效率、减少农田排水及其面源污染的氮磷排放具有重大意义。
【发明内容】
[0003]发明目的:针对水旱作物控水要求不同的问题，本发明将控制排水技术与农田面源污染物湿地降解技术相结合，提供一种固定于排水明沟末端，具有减少排水与氮磷排放功能的水旱轮作农田的排水控制-净化复合系统及实施方法。
[0004]技术方案:本发明提出一种水旱轮作农田的排水控制-净化复合系统，实现了不同水位调控与排水中面源污染物处理的结合，包括可拆卸闸门条和湿地土箱两部分，其中可拆卸闸门条宽度由排水农沟尺寸确定，高度由稻田控制排水的水位调控策略确定;湿地土箱宽度根据排水农沟的尺寸确定，沿水流方向取排水沟宽度的1-1.5倍;湿地土箱的上游侧面板顶部高程取稻田控制排水调控策略的低水位，顶端切割成“凸”字形，以便与可拆卸闸门条卡接和防止接缝漏水，下游侧面板顶部高程与上游侧面板顶部齐平，根据旱作物的调控水位在面板中部设置排水孔，左右岸侧面板顶部高程与排水农沟两岸翼墙顶齐平;在湿地土箱底部约三分之一处设置多孔板，多孔板以上部分用于填料和种植湿地植物，构成净化系统，以下部分为排水空腔，在排水空腔上游侧(即湿地土箱的上游侧)面板底部和下游侦K即湿地土箱的下游侧)面板底部均设两个排水底孔、并配置相适应的橡胶塞。
[0005]进一步地，所述可拆卸闸门条高度为常用水稻水位调控差值与凹形槽高度之和。
[0006]优选地，当排水农沟宽深均为10cm时，可拆卸闸门条宽度取100cm，高度取Ilcm;湿地土箱宽度取I 1cm，嵌入排水农沟两岸各5cm，沿水流方向取10cm;湿地土箱的上下游侧面板和左右岸侧板高度分别为85、85、105、105cm，均嵌入底部基础5cm，下游侧板在田面以下45cm、50cm和55cm深度处各开一排孔距为4cm的排水孔;在湿地土箱田面以下75cm处设置间距为4cm*4cm直径为Icm的多孔板，在排水空腔上游侧面板底部和下游侧面板底部设置的排水底孔直径为15cm。
[0007]进一步地，所述填料上层为渗透系数较大的土壤，厚度10cm，用来种植具有净化和美观功能的湿地植物，主要吸收氮磷等农田面源污染物，下层自上而下分别填充粒径为5-10mm、10-20mm、15-30mm的烁石-輕石-陶粒混合物，混合比按2:1:1，其中輕石和陶粒预先进行了微生物挂膜处理，使水在下渗过程中能够尽可能的与微生物接触，去除水中的氮磷等面源污染物。
[0008]进一步地，所述的排水空腔中间顺着排水水流方向设置一个加强支撑，以支撑上部的填料重量。
[0009]进一步地，所述的湿地土箱采用PVC材质整体制作。
[0010]本发明还提出一种水旱轮作农田的排水控制-净化复合系统的实施方法，综合考虑了水田和旱地不同排水需求和排水特点，当稻季开展控制排水时，将排水空腔的上游底孔封堵，下游底孔打开，根据排水水位要求设定排水水位，水流经过渗透系数较大的土壤，垂直进入砾石-蛭石-陶粒混合填料层，并经排水空腔从下游底孔排出或经下游侧面板中部的排水孔排出，水体中的农田面源污染物(主要针对氮和磷)先后经过土壤-植物系统的吸收与吸附截留、挂膜在混合料上的微生物去除，湿地土箱中的水位高于湿地土箱下游侧面板顶部时，部分水流会经下游侧面板顶部溢流排出；
[0011]当旱田(小麦、油菜)或者水稻晒田期间，将排水空腔的上游底孔打开，下游底孔封堵，此时上游排水农沟内的水会经上游底孔进入排水空腔，通过多孔板向上进入填料层，水体经填料层微生物处理，由下游侧面板中部的排水孔排出。
[0012]如果发生较大降雨打开空腔上下游所有排水底孔快速排水。需要进行排水空腔清淤时，打开所有排水底孔，将工具深入排水空腔清除淤泥。
[0013]有益效果:本发明结合水稻和旱作物(包括水稻晒田)不同的控水要求通过引导水流方向，实现排水水位调控与降低农田面源污染排放相结合。在水稻种植期内，保持排水空腔上游底孔常闭状态，一定程度上抬高上游农沟水位，实现控制排水，使水稻能够利用一部分地下水，提高了水分的利用率，而超过控制水位的水体经过湿地处理系统，经植物吸收、土壤吸附、微生物膜处理后排出；旱作物生长季或水稻晒田期间排水经混合填料层处理后排出。此发明既减少排水以提高田间的水分利用效率，又减少氮磷排放。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图；
[0015]图2是本发明的稻季具体实施不意图；
[0016]图3是本发明的旱田或者水稻晒田期具体实施示意图；
[0017]图中:1-可拆卸闸门条，2-上游侧面板，3-下游侧面板，4-左岸侧面板，5-右岸侧面板，6-排水孔，7-多孔板，8-湿地植物，9-排水空腔，10-上游底孔，11-下游底孔，12-橡胶塞，13-土壤，14、15、16-粒径为5-10mm、10-20mm、15_30mm的烁石-輕石-陶粒混合物(混合比按2:1:1)，17-加强支撑。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同变换均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0019]下面以排水农沟宽深均10cm为例，结合附图对本发明进行进一步的详细描述:
[0020]一种水旱轮作农田的排水控制-净化复合系统，主要由可拆卸闸门条I和湿地土箱两部分组成。可拆卸闸门条I宽度取100cm，高度取常用的水稻水位调控(一般在田面以下1cm和20cm)差值1cm与凹形槽高度Icm之和，即Ilcm。湿地土箱宽度取I1cm(嵌入排水农沟两岸各5cm)，沿水流方向取100cm，湿地土箱的上下游侧面板2、3和左右岸侧板4、5高度分别为85、85、105、105cm(均嵌入底部基础5cm)。其中上游侧面板2顶部高程取田面以下20cm，顶端切割成“凸”字形