基于秸稈資源利用的生態型排水明溝及其構建方法與流程

本發明涉及的是一種環境保護領域的技術，具體是一種基于秸稈資源利用的生態型排水明溝及其構建方法。

背景技術：

我國農業面源污染形勢嚴峻，水體、土壤深受其害。其發生與遷移的隨機性、多因子的交叉性等特點使得治理技術面臨難題。常見的農業面源污染主要來源于化肥、農藥、畜禽糞便以及生產生活污水和垃圾等，它們通過農田地表徑流、農田排水和地下水滲漏等途徑進入水體和土壤形成面源污染。作為農業大國，我國秸稈資源非常豐富，曾被廣泛用于生活燃料、肥料、飼料等，但隨著農村生活水平的提高，能源結構發生改變，秸稈不再被有效利用而是直接還田、隨意堆棄、就地焚燒等，一方面造成土壤板結、肥力下降，同時帶來嚴重的大氣污染等環境問題。因此，農作物秸稈成為一種新型的農業面源污染因子。

隨著農業徑流污染問題的加劇，農田溝渠越來越受到學者的關注。經歷了由傳統的土質溝渠到三面光混凝土溝渠再到如今的生態溝渠的發展歷程。其中，土質溝渠其缺點在于不耐用、易淤塞、雜草易侵襲農田等問題，三面光混凝土溝渠生態效應和景觀效應差，而生態溝渠則被學者認為既能保持原有排水功能，又能增強截留凈化氮、磷等污染物的能力，同時還兼具景觀效果。目前的生態溝渠在功能和景觀上都有較大提升，但是存在結構形態不穩定、功能可持續性差，施工造價高、維護管理成本高等缺點。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出了一種基于秸稈資源利用的生態型排水明溝及其構建方法，能夠有效緩解以秸稈和徑流為主的農業面源污染。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于秸稈資源利用的生態型排水明溝，包括：鋪設在溝渠底部的帶有種植孔的明溝底板和相對明溝底板傾斜設置于溝渠邊坡上的明溝側板，其中：明溝底板沿兩側邊坡設有對稱的第一凹形卡口，明溝側板在與明溝底板相接處的下部設有軸對稱的第二凹形卡口；明溝底板和明溝側板錯位設置且通過第一凹形卡口和第二凹形卡口彼此交錯卡合。

所述的明溝底板和明溝側板均為生態型混凝土板；

所述的生態型混凝土板的原料中含有秸稈桿段，所述的秸稈桿段經自然降解在生態型混凝土板上形成多孔結構。

所述的生態型混凝土板中原料的重量份配比為：秸稈0.1-0.2份、水泥1份、砂2.5-4份、水0.3-0.4份。

所述的秸稈桿段長度3-5cm，經自然風干并去除雜物。

所述的種植孔中種植梭魚草、美人蕉、蘆葦、水蔥中的任意一種或其組合。

所述的種植孔靠近明溝底板上某一側的第一凹形卡口，其面積為明溝底板半幅有效面積的1/3-1/2。

優選地，所述的種植孔軸對稱設置，連續鋪設的三塊明溝底板上的種植孔呈v形排布。

所述的明溝側板在下部向水面采用拉毛處理，可有效增加比表面積，促進微生物生長，有利于形成生物膜而更好地凈化水質。

本發明涉及一種生態型排水明溝的構建方法，包括以下步驟：

s1，平整溝渠：在保持自然狀態的基礎上，對原有溝渠底部及邊坡進行清表處理；然后在溝渠底部鋪碎石墊層找平，同時在農田排水口和溝渠交接處設置集水井，并在集水井的出水端設置出水堰；

s2，放板及加固：將明溝底板依次放入找平的溝渠底部，保證相鄰的兩塊明溝底板其種植孔分別靠近兩側的邊坡；然后沿邊坡角度，在第一凹形卡口中放置兩塊明溝側板，明溝側板的第二凹形卡口卡住兩塊明溝底板；之后夯實邊坡土壤，并采用碎石壓頂加固，確保溝渠穩定性；

s3，種植水生植物：在呈連續v形排布的種植孔中種植梭魚草、美人蕉、蘆葦、水蔥中的任意一種或其組合水生植物；

s4，設置攔截壩：在生態型排水明溝末端設置攔截壩，保持溝渠內水位，保障植物生長。技術效果

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1)實現了農作物秸稈的資源化利用，提供了處理農作物秸稈污染的有效手段；

2)呈連續v形設置的水生植物種植區能夠有效減緩流速，提高污染物攔截效率和去除效率；而基于秸稈的生態型明溝底板和明溝側板在秸稈降解后形成的多孔結構也能夠有效攔截和沉降污染物，提供植物生長的養料，便于微生物生長，提升了水質凈化能力，同時能夠避免現有技術中采用普通圓孔型側板引起的水土流失，延長生態型溝渠的使用壽命；

3)拉毛處理的明溝側板能夠增加比表面積，促進微生物生長，便于掛膜，能進一步有效截留、去除農田徑流中氮、磷等污染物質，營造良好的溝渠濕地生態系統，恢復溝渠生物多樣性。

附圖說明

圖1為本發明中明溝底板及其安裝結構示意圖；

圖2為圖1中局部放大結構圖；

圖3為本發明中明溝側板主視圖；

圖4為本發明中明溝側板側視圖；

圖中：明溝底板1、明溝側板2、種植孔3、第一凹形卡口4、第二凹形卡口5、孔6。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

如圖1和圖3所示，本實施例涉及一種基于秸稈資源利用的生態型排水明溝，包括鋪設在溝渠底部的明溝底板1和相對明溝底板傾斜設置于溝渠邊坡上的明溝側板2，其中：明溝底板1設有種植孔3，沿兩側邊坡設有對稱的第一凹形卡口4，整體呈工字型，連續鋪設的三塊明溝底板1其種植孔3呈v形排布；明溝側板2在與明溝底板1相接處的下部設有軸對稱的第二凹形卡口5；明溝底板1和明溝側板2錯位設置，通過第一凹形卡口4和第二凹形卡口5彼此交錯卡合。

所述的明溝底板1和明溝側板2均為生態型混凝土板；

所述的生態型混凝土板，其原料的重量份配比為：秸稈0.1-0.2份、水泥1份、砂2.5-4份、水0.3-0.4份。

所述的第一凹形卡口4的尺寸的一半與第二凹形卡口5側邊凸出處尺寸相匹配，而所述的第二凹形卡口5的尺寸的一半與第一凹形卡口4側邊凸出處尺寸相匹配；所述的第一凹形卡口4和第二凹形卡口5尺寸可以相同，也可以不同。

所述的種植孔3中種植梭魚草、美人蕉、蘆葦、水蔥中的任意一種或其組合。

所述的秸稈經自然風干并去除雜物，通過鍘草機粉碎成3-5cm的小段。

所述的明溝底板1和明溝側板2通過將攪拌后的原料注入工字型模具中振搗、養護成型。

如圖2所示，所述的生態型混凝土板在秸稈降解后形成由孔6構成的多孔結構，由于秸稈自然降解受諸多因素影響，因此形成的多孔結構尺寸不一、形態多樣，多孔結構有利于徑流中污染物質的攔截和沉降，還可以補充有機碳含量，有效保存水分和養料，保證植物生長，同時也利于微生物生長，大大提升水質凈化能力。

所述的種植孔3靠近明溝底板1上某一側的第一凹形卡口4，其面積為明溝底板半幅有效面積的1/3-1/2；

所述的種植孔3的形狀不局限于圖1中的橢圓形。

如圖3和圖4所示，所述的明溝側板2在下部40cm高度范圍內的向水面采用拉毛處理，

具體過程為：

s101，抹底層灰：在對明溝側板2下部40cm高度范圍內的向水面灑水潤濕處理后，用質量比為1：3的水泥砂漿抹底層灰并將表面搓平，底層灰厚度控制在10mm左右；

s102，抹面層灰：在底層灰有七成干時，用質量比為1:0.1-0.2水泥石灰漿抹面層灰，面層灰厚度控制在3-5mm；

s103，拉毛：抹完面層灰后立即用硬棕毛刷對著面層一按一拉，即可拉出一個個毛頭，

完成拉毛處理。

本實施例涉及一種生態型排水明溝的構建方法，包括以下步驟：

s1，平整溝渠：在保持自然狀態的基礎上，對原有溝渠底部及邊坡進行清表處理；然后在溝渠底部鋪碎石墊層找平，碎石墊層厚度為5-10cm，在排水口和溝渠交接處設置長2m、寬1.5m、高1m的集水井，集水井內壁用混凝土粉刷平整，集水井的出水端設置有寬0.5m、高0.2m的出水堰，農田徑流攜帶的大量懸浮物經集水井沉淀后再進入生態溝渠；

s2，放板及加固：將明溝底板1依次放入找平的溝渠底部，保證相鄰的兩塊明溝底板1其種植孔3分別靠近兩側的邊坡；然后沿邊坡在第一凹形卡口4中放置兩塊明溝側板2，明溝側板2的第二凹形卡口5卡住兩塊明溝底板1；之后夯實邊坡土壤，并采用碎石壓頂加固，確保溝渠穩定性；

s3，種植水生植物：在呈連續v形排布的種植孔3中種植梭魚草、美人蕉、蘆葦、水蔥中的任意一種或其組合水生植物，減緩溝渠的流速，有效攔截懸浮物；

s4，設置攔截壩：在生態型排水明溝末端設置高30cm的小型攔截壩，保持溝渠內水位，

保障植物生長。

在長期使用情況下，本實施例構建的生態溝渠對農田徑流污染具有較好的控制效果，如表1所示，其中對懸浮物ss的去除率不小于80％，對氮、磷營養元素的去除率不小于40％，在避免水土流失的基礎上能有效降低徑流污染物的入河量，減輕地表水環境污染負荷。

表1本實施例與自然溝渠對農田徑流污染的污染物去除效果比較