一种生态减污型排水沟渠设计方法 【技术领域】
本发明涉及一种排水沟渠设计方法，尤其涉及一种生态减污型排水沟渠设计方法。
背景技术
新中国成立以来，党和政府高度重视灌溉排水事业的发展，现已建成农田灌溉面积8.3亿亩，每年灌溉面积上生产的粮食占全国总量的3/4，生产的经济作物占全国的90％以上，使我国能够以占世界6％的可更新水资源量、9％的耕地，解决了占世界22％人口的温饱问题，为保障中国农业生产、粮食安全以及经济社会的稳定发展创造了重要条件。
随着全国灌区续建配套与节水改造工作的深入开展，我国灌溉工程设施得到了很大发展，并初步建立起了灌溉排水工程体系，但也存在灌排工程不配套、重灌轻排等现象，以至于一方面存在灌溉渠道大量衬砌、硬化现象严重，另一方面又存在大量排水沟渠坍塌淤积严重，排水不畅，自然降水、地下水和灌溉回归水利用率低等问题，致使全国迄今仍有易涝耕地2450万hm2。如何在满足农田排涝、防渍标准要求下，合理优化设计排水沟渠，维持其边坡稳定，实现计量排水与控制排水，提高农田排水的再生利用率，则是人们迫切需要研究解决的重要实际问题之一。
目前，人们虽已针对排水沟渠坍塌淤积严重的问题，提出了利用钢筋混凝土板进行排水沟衬砌技术。但是，衬砌硬化后的排水沟渠可能会改变农田排水过程线，甚至阻碍农田排渍；同时，也不利于保护农田生物多样性。硬化后的排水沟渠由于缺少了生态植被，减少了生态植被对氮、磷等营养物质的吸收机会，从而，丧失了农田排水沟渠的生态屏障与减污作用。大量氮、磷等营养物质流失到了农田之外，造成我国许多湖泊、水库和河流发生水体富营养化现象。为此，陈金山提出一种使用生态混凝土板建造净水沟渠技术(用于水污染治理的生态混凝土技术[J]，建筑材料学报，2003，3(4)，60-64页)，但是，该种技术应用于污水处理时，仍存在污水中的固体物质沉积在混凝土上，会很快堵塞大孔混凝土的孔隙，使其失去了净水功能；而且，普通生态混凝土净水效果(尤其是浊度等)还不够理想；混凝土在流动水中钙离子大量流失，使水泥水化产物分解，造成强度降低，甚至破坏，结果导致混凝土的耐久性不够等诸多问题。
【发明内容】
本发明的目的是解决上述问题而提供一种能够防止排水沟渠坍塌，保持其边坡稳定与排水通畅，并在满足农田排涝防渍标准要求下实行排水计量与控制排水，减少化肥、农药等污染物从灌排系统的流失量的生态减污型排水沟渠设计方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
它包括如下步骤：(a)按照排涝防渍标准要求开挖或修整排水沟渠成梯形横断面，沟渠底部保持自然透水平稳；(b)在沟渠两侧边坡铺设具有多个孔洞的蜂窝状混凝土预制板以保持农田排水通畅和维持边坡稳定；在蜂窝状混凝土预制板的孔洞内栽种沉水植物，所述的沉水植物为苦草、金鱼藻、水蕴草、聚藻、眼子菜或流苏菜，沉水植物用于吸收氮、磷或农药污染物，从而构成稳定的生态减污型排水沟渠系统；在生态减污型排水沟渠中每隔200m-500m设置一个宽顶堰式拦水堤坝，在宽顶堰式拦水堤坝顶部设置控制闸；(e)在宽顶堰式拦水堤坝一侧设置量水刻度，以实现计量农田排水量和控制排水位.
上述孔洞的间距为260mm，孔径为110mm。
上述的蜂窝状混凝土预制板的长度为60cm、宽度为50cm、厚度为5cm。
与现有技术相比，本发明取得了以下的技术效果：
1、此发明可以有效解决现在灌排系统的坍塌问题，降低农田排水中氮磷等营养物浓度，防止水体富营养化，达到水肥资源高效利用的目的，此外，生态沟中的植物可以增加生物多样性，美化农村环境，甚至可以用作牲畜饲料等，具有很好的经济收益；
2、通过在宽顶堰式拦水堤坝顶部设置控制闸并在一侧设有量水刻度，可实现农田计量与控制排水，提高雨水与灌溉回归水利用率。
【附图说明】
图1为蜂窝状混凝土预制板结构示意图；
图2为本发明纵剖面图；
图3为本发明的俯视图；
图4为图3在I-I处的剖视图；
图5为图3在II-II处的剖视图。
其中：1-蜂窝状混凝土预制板、2-孔洞、3-沉水植物、4-宽顶堰式拦水堤坝、5-控制闸、6-量水刻度。
【具体实施方式】
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例1
参见图1-5，一种生态减污型排水沟渠设计方法，它包括如下步骤：(a)按照排涝防渍标准要求开挖或修整排水沟渠成梯形横断面，沟渠底部保持自然透水平稳；(b)在沟渠两侧边坡铺设具有多个孔洞2的蜂窝状混凝土预制板1，以保持农田排水通畅和维持边坡稳定，蜂窝状混凝土预制板长度60cm、宽度50cm、厚度5cm，孔中心距离260mm，孔直径110mm；(c)在蜂窝状混凝土预制板的孔洞内栽种沉水植物3，所述的沉水植物为苦草、金鱼藻、水蕴草、聚藻、眼子菜或流苏菜，沉水植物用于吸收氮、磷或农药污染物，从而构成稳定的生态减污型排水沟渠系统，当然植物净化组合工艺具体配置方案，视当地的排水沟渠实际情况和植物种类、排水水质标准要求而定；(d)在生态减污型排水沟渠中每隔200m-500m设置一个宽顶堰式拦水堤坝4，在宽顶堰式拦水堤坝顶部设置控制闸5；(e)在宽顶堰式拦水堤坝一侧设置量水刻度6，以实现计量农田排水量和控制排水位。
参见图1，虚线表示内部钢筋平局结构，单个蜂窝混凝土板长度60cm、宽度50cm、厚度5cm，孔中心距离260mm，孔直径110mm。
参见图2，m-边坡系数，根据开挖深度沟槽土质及地下水情况等经稳定分析计算后确定，开挖深度不超过5m，水深不超过3m的沟道最小边坡系数应符合《灌溉与排水工程设计规范GB50288-99》之规定；
H1-排涝水位高程，其确定应符合《农田排水工程技术规范SL/T4-1999》之规定；
H2-排渍水位高程，其确定应符合《农田排水工程技术规范SL/T4-1999》之规定；
H3-渠道底面高程，根据灌排沟渠所在地理位置及《灌溉与排水工程设计规范GB50288-99》之规定确定；
b-渠道底面宽度，根据灌排沟渠在灌排系统中所处地位及《灌溉与排水工程设计规范GB50288-99》之规定确定；
a、a′-地下水控制水位，应根据农田防渍标准确定。
参见图3，h1-宽顶堰两侧混凝土挡板墙高程；
h2-宽顶堰底部高程，h2≤H2，
I-I表示宽顶堰闸门横剖面示意图(如图4所示)；
II-II表示宽顶堰闸门纵剖面示意图(如图5所示)。
参见图4，l1-过流宽度；
l2-闸门宽度；
参见图5，K1-宽顶堰堰顶厚度；
K2-闸门厚度；
对本发明开挖要注意以下的工程技术参数如下：
(1)对排水沟渠采用原位改造，沟渠横断面为梯形断面，边坡系数为m，沟底适当挖深。由于梯形断面适用于设计流量较大、边坡较小的渠道，因而采用梯形断面较稳定；另外，边坡系数m主要与沟道土质和沟深有关，土质愈松，沟道愈深，采用的边坡系数愈大；
(2)沟道开挖后进行回填土。由于湿地植物的根系主要分布在25cm以内的区域，所以沟壁回填土深20-30cm，最后用混凝土预制板铺设沟壁(混凝土预制板规格如图所示，参考尺寸：孔间距约260mm，孔径为110mm，具体尺寸视作物而定)；另外，由于沟底保持自然透水，存在一定程度的冲刷，故沟底回填土深应适当增加并压实，为50-60cm左右。沟渠两侧孔洞内根据实际需要分别栽种不同植物种类。
按照排涝防渍标准要求开挖或修整排水沟渠时，渠道底部保持自然透水平稳，而沟渠两侧铺设可透水的蜂窝状混凝土预制板以保持农田排水通畅和维持边坡稳定，并在混凝土预制板上蜂窝孔洞内栽种一些容易吸收氮磷、农药等污染物且不太阻水的植物，由此构成稳定的生态减污型排水沟渠系统.通过系统内有机物、水生植物、微生物之间形成的有机生物链与水体内物理、化学、生物等方面的协同作用，实现对农田排水中氮、磷营养物的吸收净化处理，减少了农业非点源污染物的排放量，防止水体富营养化.与此同时，在生态减污型排水沟渠系统一定间距范围内设置一个可计量的宽顶堰(堰顶高度以不超过农田防渍控制水位标准要求为宜)式拦水堤坝(闸)，在该堤堰顶上面设置一定高度的控制闸(以不超过农田排涝控制水位标准要求为宜)，并在堰顶一侧标注量水刻度，以实现计量农田排水量和控制排水位.当水资源紧缺时，可关闸拦蓄雨水与灌溉回归水，实现雨水资源化利用与农田排水再生利用，提高雨水与灌溉回归水地利用率；当遇暴雨时，可开闸放水，满足排涝要求.值得说明的是，宽顶堰对排水口高度的控制推迟了降雨期间格田向墒沟的排水时间，有利于充分发挥排水沟的湿地功能，减轻因雨滴击溅而引起的水流紊动，降低由于降雨击溅侵蚀和化学侵蚀进入地表水中颗粒和可溶性氮磷含量，有效地阻止了底部泥沙进入沟道，从而减少了农业非点源污染.最后，在生态沟中种植的植物可以有效地拦截田面渗水中的泥沙等氮磷颗粒进入排水系统，减少水土流失及其颗粒态的氮磷浓度.
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。