一种用于拦截磷流失的抗冲刷型生态沟渠制造技术

一种用于拦截磷流失的抗冲刷型生态沟渠，依据自然地形地貌，开挖或改良自然沟渠形成干渠，干渠的沟壁由中空、底部带孔的脱碱水泥预制块排列形成；沟底用碎石铺设，耕作土覆于碎石表层；将固磷基质与耕作土混合均匀后覆于沟壁的预制块中，在沟渠底部和沟壁中播种着生植物；干渠上每隔一定的距离，设置水泥拦截坝。本发明专利技术的生态沟渠，通过对沟渠的形态、构造的设计，能够有效提高沟渠抗水力冲刷的能力，多个结构单元均具有对于磷素的吸收、拦截功能，通过植物吸收、底泥截留和固磷基质多种技术手段对纳污水体中的磷污染快速、有效地进行拦截，是解决富磷背景区高纳磷浓度、强水动力条件下磷输出控制、治理面源污染的有效方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境污染治理
，涉及一种生态沟渠，尤其是涉及一种用于对富磷地质背景下集水区高磷通量输出进行拦截固定的抗冲刷型生态沟渠。
技术介绍
磷已经被公认为是湖泊富营养化的主要限制因子，因此如何降低和消减磷向湖泊等集水区域的输入一直是世界科学家所关注的科学问题。目前，对于点源的污染，如工业或生活废水中磷的控制，主要采用化学沉淀法或生物处理等方法，且目前这些技术经过几十年的发展，方法已经非常成熟。然而，对于农业面源以及富磷背景区磷的输出控制问题一直没有得到很好的解决。近些年来，国内外已经发展起来一些应用生态工程的手段来控制和降低来自面源污染中的磷含量，其中包括河口湿地、河湖滨岸带、农田生态沟渠等。研究结果表明，这些生态工程均可以有效降低来自面源污染中污染物质的含量，降低接受水体中污染物负荷。然而，对于富磷背景区集水域高磷输出的问题一直未找到一种有效的控制手段。因此，亟需相应的技术手段对该问题进行解决。通常，沟渠被认为是农业生态系统中的主要景观，其在农业生产中主要起到灌溉、 蓄水甚至防洪的作用。有关沟渠的定义至今国际上没有一个标准，但大部分学者认为沟渠是具有河流或湿地系统特征的生态工程系统，具有水生生态系统的生态功能。近些年来， 国外的研究人员开始将沟渠作为一种控制农业面源污染(氮和磷)的主要手段之一，并且发现具有植物着生的沟渠可以起到较好的截磷以及截氮的效果，沟渠湿地可通过底泥截留吸附、植物吸收和微生物降解降低水体中的氮和磷。已有相关专利披露了采用生态沟渠针对农业面源污染中的磷进行拦截的方法，如中国专利200910272338. 1 “一种阻控农业面源污染的生态沟渠”和201010524502. 6 “一种污水处理用生态沟渠及其构建方法和应用”。中国200610097845. 2公开了一种生态沟渠污水净化方法，可将城镇生活污水与农田排水进行混合处理。但是，农田生态沟渠一般只是主要基于植物的生长来控制水体中的磷，纳污水体中磷的含量一般较低，且农田生态沟渠具有对水体净化效果缓慢的缺点。其次，农田生态沟渠通常是针对平原地区无强水动力的集水区域进行设计的，因而不具备较强的抗冲刷能力。目前，国内外学者就沟渠的研究主要集中在沟渠的水文效应、环境效应和生物效应，且主要集中在农田生态沟渠的研究上。而有关沟渠的截面形态设计、沟渠植物生长基质以及高纳磷浓度、强水动力条件下生态沟渠应用的研究则显得相对薄弱。针对富磷背景区磷流失的问题，根据实际地形情况设计一种用于控制裸露山体富磷区高磷输出通量的生态沟渠，是解决富磷背景区磷输出控制、治理面源污染的有效方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于拦截磷流失的抗冲刷型生态沟渠，能够克服传统3的农业生态沟渠的纳磷浓度低以及无显著的抗水力冲刷的缺点，是一种具有较强抗水流冲刷能力、较高吸磷能力的新型生态沟渠，特别适用于具有一定水流落差的富磷地质背景区， 本专利技术的生态沟渠能有效控制富磷背景区高磷输出通量，治理面源污染。实现本专利技术目的所采用的技术方案如下一种用于拦截磷流失的抗冲刷型生态沟渠，依据自然地形地貌，开挖或改良自然沟渠形成干渠，干渠包括沟壁和沟底，其特征在于所述的沟壁由中空、底部带孔的脱碱水泥预制块排列形成；所述的沟底用碎石铺设，用耕作土覆于碎石表层；将固磷基质与耕作土混合均勻后覆于沟壁的预制块中，在沟底和沟壁中播种着生植物；干渠上每隔一定的距离，设置水泥拦截坝。所述的预制块由脱碱后的水泥制成，预制块截面可设计成正六边形，可在沟渠侧壁上紧密堆砌、排列，形成抗冲刷的沟壁。为使沟渠壁中能够着生植物，并确保其中营养物质能够被及时吸收，所述的预制块内部中空，且底部带有筛网状分布的孔结构。筛网孔可以为圆孔、方孔或条形孔。预制块中空部份填充固磷基质与耕作土，既可以为植物着生提供基质，又可以利用沟壁有效固定、拦截水体中高通量的磷污染物。所述的固磷基质与耕作土按质量比5 15 :1混合。所述的固磷基质为凹凸棒和海泡石黏土矿物，或改性的凹凸棒和海泡石黏土矿物。如具体实施方式中采用的热改性海泡石，通过将海泡石原土经过100 iooo°c加热ai 改性，所得到的改性海泡石具有较强的吸附磷的能力。为抵御在丰水期水流对沟渠底部泥土的冲刷，沟底用碎石铺设。所述的碎石直径优选5 IOcm0本专利技术的生态沟渠可按照当地的实际情况和地势落差，在干渠上设置水泥拦截坝，用来蓄积水源和拦截水流，对于具有较大落差地势的富磷地质背景区，可有效提高所述生态沟渠的抗水力冲刷能力。所述的水泥拦截坝坝高度应该在该区域最大水深线以上。在拦截坝的上应具备2组多孔的排水孔，下方排水孔要高于当地枯水期水深高度，而上方排水孔要略低于当地丰水期水深高度。水泥拦截坝之间的距离通常设计为30 50米。所述的沟渠沟壁坡面的坡度小于60°为宜。为能够更好吸收沟渠中的营养物质以及颗粒态悬浮物，本专利技术的一个优选的实施方式是在沟渠的底部放置一些小型的生态拦截器。生态拦截器可由拦截箱体、固磷基质、耕作土以及着生植物构成，拦截箱体为脱碱水泥制成的四周具备小孔的箱体，箱体内填充固磷基质与耕作土，植物着生在拦截箱体上。生态拦截器的一个作用是弥补沟渠中其它结构单元对于水体营养物质吸收不完全，其中的固磷基质和植物可以吸收水体中的营养物质， 以达到生态沟渠多方面拦截营养物质的效果；另一个作用是适当对丰水期中的水流速度进行阻挡，以降低流速，进一步提高沟渠的抗冲刷能力。所述的着生植物可以依据当地的植物群落组成和植物生长的特点选取，包括狗牙根、黑麦草或马棘中的一种或几种。着生植物分别种植于沟渠的底部和侧壁，以及生态拦截器上。其播种密度为5g/m2 20g/m2。本专利技术的生态沟渠，通过对沟渠的形态、构造的设计，能够有效提高沟渠抗水力冲刷的能力，特别适合于在高水位落差条件下通过生态沟渠工程对面源水污染进行治理；生态沟渠的多个结构单元均具有对于磷素的吸收、拦截功能，通过植物吸收、底泥截留和固磷基质多种技术手段对纳污水体中的磷污染快速、有效地进行拦截，较现有的生态沟渠水体净化效果显著提高，能够有效控制高磷输出通量，是解决富磷背景区高纳磷浓度、强水动力条件下磷输出控制、治理面源污染的有效方法。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。本专利技术的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。附图说明图1本专利技术的生态沟渠结构示意图。图2沟壁预制块排列方式示意图。图3预制块结构示意图。图4生态拦截器结构示意图。图5悬浮物浓度变化趋势曲线图。图6总磷浓度变化趋势曲线图。图7颗粒态磷浓度变化趋势曲线图。图8磷酸根浓度变化趋势曲线图。具体实施例方式将本专利技术的生态沟渠应用于巢湖流域某地磷拦截工程进行实验研究。研究地域范围长1700m，宽约590m，总面积1.0km2。据相关的研究表明，该区域(研究示范区)坡面土壤的平均流失厚度为0. 41cm/a，平均流失量为M12 t/(km · a)，磷素的平均流失量为2. 30 t / (km*a)，若对全流域富磷地质区保守估算，来自地质背景的磷每年将达到上百吨。这对磷容量仅有每年400多吨的巢湖而言，来自地质背景的磷量是不可忽略的。就该区域磷流失严重的情况，因地制宜地根据本专利技术设计一条用于磷拦截的生态沟渠。所述的生态沟渠，依据自本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于拦截磷流失的抗冲刷型生态沟渠，依据自然地形地貌，开挖或改良自然沟渠形成干渠，干渠包括沟壁和沟底，其特征在于：所述的沟壁由中空、底部带孔的脱碱水泥预制块排列形成；所述的沟底用碎石铺设，耕作土覆于碎石表层；将固磷基质与耕作土混合均匀后覆于沟壁的预制块中，在沟底和沟壁中播种着生植物；干渠上每隔一定的距离，设置水泥拦截坝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹洪斌，范成新，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：84