阅读说明：本技术 一种控制水田化肥面源污染的装置及方法 (Device and method for controlling paddy field fertilizer non-point source pollution ) 是由 刘晓辉 朱红生 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种控制水田化肥面源污染的装置及方法,涉及环境工程技术领域,为解决降雨时不能有效减少农田溢流水对人工湿地的冲刷的问题；本发明包括农田,其周围设有湿地,二者通过溢流渠连通,溢流渠下部开设有排空口,并连接有排空管,排空管上安装有阀门用于在湿地水位达到设计上限值时开启,湿地的一侧安装有液位管,其一端与湿地内部下端连通,另一端设置于湿地上部的一侧,液位管内的底部安装有压力开关,阀门为电磁阀,压力开关与电磁阀通信连接；本发明结构简单,可以在农田的溢流水超过湿地处理上限时,将溢流水改道,避免了湿地被冲刷破坏,导致其处理能力下降,减少了湿地的修复和维护成本,有利于控制面源污染。(The invention discloses a device and a method for controlling non-point source pollution of chemical fertilizer in a paddy field, relates to the technical field of environmental engineering, and aims to solve the problem that the flushing of farmland overflow water on an artificial wetland cannot be effectively reduced in rainfall; the wetland sewage treatment system comprises a farmland, wherein a wetland is arranged around the farmland, the wetland and the wetland are communicated through an overflow channel, an evacuation port is formed in the lower part of the overflow channel and is connected with an evacuation pipe, a valve is arranged on the evacuation pipe and is used for opening when the water level of the wetland reaches a design upper limit value, a liquid level pipe is arranged on one side of the wetland, one end of the liquid level pipe is communicated with the lower end in the wetland, the other end of the liquid level pipe is arranged on one side of the upper part of the wetland, a pressure switch is arranged at the bottom in the liquid level pipe, the valve is an electromagnetic valve, and the pressure switch is in communication connection with the electromagnetic valve; the invention has simple structure, can change the way of the overflow water when the overflow water of the farmland exceeds the upper limit of wetland treatment, avoids the reduction of the treatment capacity of the wetland caused by the washout damage of the wetland, reduces the repair and maintenance cost of the wetland and is beneficial to controlling non-point source pollution.)

一种控制水田化肥面源污染的装置及方法

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，具体为一种控制水田化肥面源污染的装置及方法。

背景技术

农田面源污染问题是中国农业发展必须直面的，不可逃避的现实问题。农田面源污染已成为中国最大的污染源。农田面源污染的结果，不仅直接威胁粮食质量和粮食安全，还将对农田土地造成更严重的生态性破坏，有些污染还将造成农田不可修复，永久性失去耕地价值。发展下去就会再进一步形成更严重的江河湖泊富营养化、农药残留加剧、土地严重板结、水系绿藻泛滥等大面积生态灾难。

根据调查，一亩水田施用氮肥13Kg(以N计)，施用磷肥8Kg(以P计)，遇到降雨时会有大量化肥随雨水流入河流，导致河流受到污染。为减少化肥对河流的污染，现有技术中将农田田基增高，并在农田周围兴建人工湿地，遇到普通降雨时，由于田基增高，化肥会被农田截留，当降雨量变大，农田内的面源污水会通过溢流渠进入人工湿地，人工湿地内可养植一些对氮磷吸收量大且有经济价值的动植物，发展生态农业不浪费每一寸土地，污水通过人工湿地净化后再排入河道，例如《太湖地区农业面源污染特征及控制途径》(杨林章等,中国水利,2004,(20))一文中提到，在现有田埂的基础上加高田埂10-15cm就可有效防止30-50cm降雨时的地表径流，从而可减少大部分的农田地表径流。

然而，遇到强降雨时，人工湿地内的水位一旦达到设计上限值，此时如果继续有大水流进入湿地，会降低湿地的处理能力，而且在降雨和农田溢流的双重作用下会对湿地造成冲刷，使湿地结构发生不可逆破坏，大大增加湿地维护成本，如果未及时修复，还会因处理能力不足导致长期面源污染扩散，危害严重。

对于降雨带来的问题，公告号为CN106258814B，名称为《一种智慧型水作田面浅水湿地氮磷流失防控系统》的发明专利中，公开了一种采集天气预报数据提前调节农田水量的系统和方法，并且其说明书记载了可以大幅降低初期雨水环境风险，但是对于强降雨的中后期水量，其并不能起到调节作用，而且其只能控制灌溉量，不能有效减少农田溢流水对人工湿地的冲刷；也有其他现有技术针对降雨问题进行改良，有的采用梯田结构，但其也不能有效减少农田溢流水对人工湿地的冲刷，并且对地形有要求，有的采用更多、更大面积湿地环绕农田，但用地和维护成本明显提升，不符合需求；因此，亟需一种控制水田化肥面源污染的装置及方法来解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制水田化肥面源污染的装置及方法，以解决降雨时不能有效减少农田溢流水对人工湿地的冲刷的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种控制水田化肥面源污染的装置，包括农田，其周围设有湿地，二者通过溢流渠连通，溢流渠下部开设有排空口，并连接有排空管，排空管上安装有阀门用于在湿地水位达到设计上限值时开启。

在一种较优的方案中，湿地的一侧安装有液位管，其一端与湿地内部下端连通，另一端设置于湿地上部的一侧。

在本方案中较优的，液位管内的底部安装有压力开关。

在本方案中较优的，阀门为电磁阀，压力开关与电磁阀通信连接。

优选的，湿地的下端设有容器，排空管远离溢流渠的一端连通至容器，容器的一侧安装有泵，泵的进水口通过进水管路连通至容器内的下部，泵的出水口通过出水管路连通至湿地内；泵与压力开关通信连接。

优选的，农田的田基高度为35-45cm。

本发明提供的另一技术方案：一种采用上述装置控制水田化肥面源污染的方法，包括以下步骤：确定湿地的最大截留量Q，通过h＝Q/A获得水位设计上限值h，其中A为湿地的占地面积；当湿地的水位达到h时，开启阀门，农田的溢流水通过排空管排出。

在一种较优的方案中，装置还包括：液位管和压力开关；液位管安装在湿地的一侧，其一端与湿地内部下端连通，另一端设置于湿地上部的一侧，压力开关安装在液位管内的底部，阀门为电磁阀，压力开关与电磁阀通信连接；本方案中方法还包括以下步骤：压力开关设置有与水位设计上限值h相对应的上限值，以及对应湿地中水位正常的安全值，当压力值大于等于上限值时，压力开关将信号传递给电磁阀使其打开，当压力值小于等于安全值时，压力开关将信号传递给电磁阀使其关闭。

在一种较优的方案中，装置还包括：容器和泵；容器位于湿地的下端，排空管远离溢流渠的一端连通至容器，泵安装在容器的一侧，泵的进水口通过进水管路连通至容器内的下部，泵的出水口通过出水管路连通至湿地内，泵与压力开关通信连接；本方案中方法还包括以下步骤：当容器的水位高于进水管路上端，且压力值小于上限值时，压力开关将信号传递给泵使其开启。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该控制水田化肥面源污染的装置及方法，可以在农田的溢流水超过湿地处理上限时，将溢流水改道，避免了湿地被冲刷破坏，导致其处理能力下降，减少了湿地的修复和维护成本，有利于控制面源污染。

2、该控制水田化肥面源污染的装置及方法，相对于针对强降雨问题的现有技术，更加廉价且易于实现，无需特殊地形，也不需要专业技术人员管理，普及难度更低。

3、该控制水田化肥面源污染的装置及方法，结构简单，易于在原有农田、湿地和溢流渠的基础上改造，容易推广应用。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的一种较优的实施方式的主视结构示意图。

图中：1、农田；2、湿地；3、溢流渠；4、排空口；5、排空管；6、液位管；7、压力开关；8、容器；9、泵。

具体实施方式

如图1所示，一种控制水田化肥面源污染的装置及方法：

包括农田1，其周围设有湿地2，二者通过溢流渠3连通；溢流渠3下部开设有排空口4，并连接有排空管5，排空管5上安装有阀门用于在湿地水位达到设计上限值时开启；

该装置使用前需先确定湿地2的最大截留量Q，通过h＝Q/A获得水位设计上限值h，其中A为湿地2的占地面积；当湿地2的水位达到h时，开启阀门，农田1的溢流水通过排空管5排出；

排空管5可以直接引流至河道，农田1溢流出的水将通过排空管5直接排入河道，由于强降雨时水量较大，氮磷浓度较低，且持续时间不长，溢流水达到河道水体的环境容量，由河道水体自净完成污染物的消纳，如果当地降雨较多，也可以将排空管5引流至溢流水暂存容器等；

为方便观察水位，湿地2的一侧还可以安装有液位管6，其一端宜与湿地2内部下端连通，另一端可设置于湿地2上部的一侧；

为方便控制，液位管6内的底部可安装有压力开关7，此时阀门可采用电磁阀，压力开关7与电磁阀通信连接，压力开关7可以为市面常见的压力传感器，并配置有变送器以将水压信号转变为电信号；

在这一实施方式下，压力开关7宜设置有与水位设计上限值h相对应的上限值，以及对应湿地2中水位正常的安全值，当压力值大于等于上限值时，压力开关7将信号传递给电磁阀使其打开，当压力值小于等于安全值时，压力开关7将信号传递给电磁阀使其关闭，从而实现全自动控制，无需人员管理。

此外，还可以在溢流渠3于湿地2侧设置闸板，当阀门开启时自动关闭闸板。

农田1的田基高度优选为35-45cm，即在现有田基的基础上加高20cm左右。

湿地2中可以种植、养殖有价值水产生物，例如水芹、美人蕉等，发展生态农业不浪费每一寸土地。

实施例：

参阅图2，本实施例采用上述实施方式中的方案，在此基础上，湿地2的下端还设有容器8，排空管5远离溢流渠3的一端连通至容器8，容器8的一侧安装有泵9，泵9的进水口通过进水管路连通至容器8内的下部，泵9的出水口通过出水管路连通至湿地2内；泵9与压力开关7通信连接，当容器8的水位高于进水管路上端，且压力值小于上限值时，压力开关7将信号传递给泵9使其开启，这样可以在强降雨时令农田1中的溢流通过排空管5排至容器8储存，待降雨结束，水位下降之后，再把储存的溢流水经过湿地2处理，以此方式尽可能地减少氮磷排至河道，并且可以最大程度减少湿地2的占地面积，减少维护成本。

本实施例适于在湿地的建设初期进行，如果是现有的湿地改造，则容器8只能安置在湿地一侧，或者重新建设湿地。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。