可再生填料-植物组合式沟渠-护坡氮磷生态拦截系统技术领域
本发明涉及一种水体净化系统，更具体的说，是涉及一种可再生填料-植物
组合式沟渠‐护坡氮磷生态拦截系统。
背景技术
我国化肥使用量居世界首位，但化肥的利用率很低，化肥的过量使用及施肥
结构的不合理导致肥料在降雨和灌溉后大量流失，含大量氮磷养分的径流直接排
入河道或湖泊，形成了对水体富营养化的严重威胁。研究表明，太湖水富营养化
问题与农业面源污染有着直接关系。农业面源污染已成为我国水体污染的主要污
染源之一，控制面源污染已经到了刻不容缓的地步。
国内关于面源污染的研究由20世纪80年代开始，如武汉市东湖流域山地和
农田区域氮磷流失、江苏太湖农业非点源污染及其控制对策研究等。目前，我国
常见的面源污染控制工程，主要包括植物缓冲带、人工湿地系统、多水塘系统，
生态沟渠系统等，利用植被对土壤养分的吸收截留能力，实现对面源污染物的截
留和过滤。工程建设过程中，与周围的景观紧密结合，不仅有效地削减农村面源
污染负荷，也可在一定程度上改善农村环境景观。
生态沟渠对农业面源污染物具有较好的净化作用，是适合我国国情和地域特
色的有效控制农业面源污染的技术手段。我国农田沟渠众多且较为统一，如果利
用现有农田沟渠建成具有拦截功能的沟渠湿地，将能减少农田流失N、P进入水
体的风险。但是当暴雨发生时，沟渠排水量大，水力停留时间短，生态沟渠对氮
磷的吸收拦截效果就会大幅度下降，导致大量高浓度农田排水直接进入河道或进
入后续的水处理单元，造成河道或者后续水处理单元的污染物负荷大幅度提高。
如何保证在暴雨径流进入河道之前降低氮磷污染物的浓度，成为目前需要迫切解
决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种集污水输送、拦截及
净化于一体的可再生填料-植物组合式沟渠‐护坡氮磷生态拦截系统，该系统充分
利用农田、现有沟渠及河道护岸，解决了生态工程占用耕地多的问题，具有处理
效能高、应用范围广、景观效果好等特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的可再生填料-植物组合式沟渠‐护坡氮磷生态拦截系统，包括截面为
梯形的沟渠，所述沟渠设置于农田和河道之间，所述沟渠邻接河道一侧的渠壁连
接有生态护坡；所述沟渠的渠壁内侧均铺设有沟渠三维植物网，所述沟渠三维植
物网上铺设有中空的混凝土防渗砌块，所述沟渠渠壁铺设的混凝土防渗砌块的中
空部位填充有填料并种植有护坡植物；所述沟渠底部由下至上铺设有中空的混凝
土防渗砌块和沟渠填料层，所述沟渠底部铺设的混凝土防渗砌块的中空部位填充
有填料并种植有水生植物；所述生态护坡包括河道护岸，所述河道护岸上铺设有
护坡填料层，所述护坡填料层上铺设有与沟渠三维植物网相连接的护坡三维植物
网，所述护坡三维植物网上种植有护坡植物。
所述沟渠邻近农田一侧的渠壁上端设置有沟渠廊道压顶。
所述沟渠邻接河道一侧的渠壁高度低于邻接农田一侧的渠壁高度，所述沟渠
邻接河道一侧的渠壁上端等间距的设置有凸台。
所述混凝土防渗砌块由空心六边形护坡砖构成，所述混凝土防渗砌块的两个
侧面分别设置有用于各个混凝土防渗砌块彼此间连接的凸块和凹槽。
所述沟渠填料层和护坡填料层均由碎石或卵石构成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明不占用耕地，沟渠设置于农田和河道之间，根据现有沟渠和河
道边坡改造建成，工程造价低、操作简易，适于大面积推广应用；
(2)本发明中，混凝土防渗砌块通过凸块和凹槽的联结紧密排列于沟渠周
壁和底部，有效防止渗漏，中空部位种植护坡植物或水生植物，密集的植物茎叶
和根系可以有效过滤、截留农田径流中的悬浮物，并吸收拦截下来的氮磷等营养
物；
(3)本发明中，沟渠底部的混凝土防渗砌块中种植的水生植物选用挺水植
物和沉水植物，可将空气中的氧转运到根部，再经过植物根部的扩散，在植物根
须周围环境中依次出现好氧区、兼氧区和厌氧区，有利于硝化、反硝化反应和微
生物对磷的过量积累作用，达到除氮、磷等污染物的效果；
(4)本发明中，沟渠底部铺设有沟渠填料层，河道护岸上铺设有护坡填料
层，所述沟渠填料层和护坡填料层均由卵石或碎石等填料构成，利于生物膜的形
成与生长，构成植物-微生物系统，提高了净水能力；
(5)本发明中，沟渠填料层中填料所吸附的氮磷在植物的吸收以及细菌的
作用下逐渐减少，填料所处环境干湿变化，有氧厌氧交替进行，有利于填料中有
机物等污染物被分解吸收，从而达到填料再生的效果，无需更换填料；
(6)本发明中，生态护坡上铺设护坡填料层和护坡三维植物网，护坡三维
植物网上种植有护坡植物，并且护坡三维植物网上端与沟渠三维植物网相连，利
用护坡植物根系和护坡三维植物网的锚固作用达到护坡结构稳定，护坡填料层和
护坡植物可以对排水中的氮磷等污染物起到拦截和吸收作用；
(7)本发明中，沟渠靠近河道一侧的渠壁上端等间距的设置凸台，修建成
长城形状，并与生态护坡连接，沟渠的末端可连接到河道或者下游污水处理单元，
且沟渠末端设置有排水闸门，正常情况下，农田径流经沟渠填料层和水生植物净
化后，可直接排放至沟渠末端连接的河道或者下游污水处理单元，但当沟渠流量
较大或下游污水处理单元受纳能力有限时，沟渠末端排水闸门关闭，通过沟渠的
农田排水就会从长城形沟壁低矮处流出，均匀分布在连接的生态护坡上,经过护
坡植物和碎石的吸收、拦截后排入河道，有效去除农田排水中的各种污染物，避
免暴雨时大量农田排水未经处理直接进入河道。
附图说明
图1是本发明的截面图。
图2是图1中A-A视图。
图3是本发明中混凝土防渗砌块的结构示意图。
附图标记:2沟渠三维植物网3沟渠填料层4混凝土防渗砌块5水生
植物6沟渠廊道压顶8护坡填料层9护坡植物10护坡三维植物网
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1至图3所示，本发明的可再生填料-植物组合式沟渠‐护坡氮磷生态拦
截系统，包括截面为梯形的沟渠，所述沟渠设置于农田和河道之间，所述沟渠的
临近农田和河道的渠壁坡度均可为60°左右，渠体深可约为0.8m，所述沟渠邻
近农田一侧的渠壁上端设置有由细石混凝土构成的沟渠廊道压顶6，所述沟渠邻
接河道一侧的渠壁连接有生态护坡，所述沟渠邻接河道一侧的渠壁高度低于邻接
农田一侧的渠壁高度，所述沟渠邻接河道一侧的渠壁上端等间距的设置有凸台，
可每隔20cm构建一个20cm长、10cm宽的矩形凸台，形成长城形状的渠壁。
所述沟渠的渠壁内侧均铺设有沟渠三维植物网2，所述沟渠三维植物网2上
和沟渠底部均铺设有中空的混凝土防渗砌块4，可使沟渠周壁及底部有效防渗，
所述混凝土防渗砌块4可由空心六边形护坡砖构成，所述混凝土防渗砌块4的两
个侧面可分别设置有用于各个混凝土防渗砌块彼此间连接的凸块和凹槽。所述沟
渠底部的混凝土防渗砌块4上层铺设有沟渠填料层3，所述沟渠填料层3可由碎
石或卵石等填料构成，利于生物膜的形成与生长，对污染物有一定的过滤、吸附
作用，为微生物附着提供载体，易于微生物附膜，构成植物‐微生物系统，能更
高效地拦截并净化农田排水中的悬浮物及氮磷等营养污染物，有效提高生态沟渠
的净水能力。所述沟渠渠壁铺设的混凝土防渗砌块4的中空部位可填充土壤等填
料来种植低矮的护坡植物9，所述沟渠底部铺设的混凝土防渗砌块4的中空部位
可填充土壤等填料来种植水生植物5，所述水生植物可选用挺水植物和沉水植
物，所述水生植物5可选用生物量大、氮磷需求量高的本地多年生水生植物茭白
或黄菖蒲等，可有效拦截农田径流中的颗粒物并吸收拦截下来的氮磷等营养物
质，并在植物根须周围构建有利于硝化、反硝化反应和微生物对磷的过量积累的
好氧区、兼氧区和厌氧区，达到去除氮、磷等污染物的效果。所述沟渠填料层3
中所吸附的氮磷在植物的吸收以及细菌的作用下逐渐减少，填料所处环境干湿变
化，有氧厌氧交替进行，有利于填料中有机物等污染物被分解吸收，从而达到填
料再生的效果，无需更换填料。
所述生态护坡具有一定的坡度，可根据实际情况，由河道护岸改造而成，所
述河道护岸的底层土壤夯实后，铺设护坡填料层8，所述护坡填料层8可设置为
5-10cm，所述护坡填料层8可由碎石或卵石等构成。所述护坡填料层8上铺设有
护坡三维植物网10，所述护坡三维植物网10的上端可与渠壁铺设的沟渠三维植
物网2相连，所述护坡三维植物网10上种植有护坡植物9，利用护坡植物9根
系和护坡三维植物网10的锚固作用达到护坡结构稳定，所述护坡三维植物网10
上可采用草皮移植方式种植狗牙根草,冬季复播黑麦草，保证不同季节护坡都有
植被草带覆盖，碎石和植被草带可以起到对排水中的氮磷等污染物的拦截和吸收
作用。根据农田现有沟渠的具体地形地势，将这种净化系统结构形式串连起来，
使水体能够得到多级过滤净化。
所述沟渠的末端可连接到河道或者下游污水处理单元，且沟渠的末端设置可
控的排水闸门，当农田径流量较大或排水中污染物浓度较高或下游污水处理单元
受纳能力有限时，生态沟渠处理能力不能满足，此时关闭沟渠末端的排水闸门，
沟渠中水位上升到渠壁低矮处时，农田径流就会从长城形渠壁低矮处流出，均匀
分布在紧接着沟渠一侧的生态护坡上,经过生态护坡填料和植物的生态吸附、吸
收拦截净化后排入河道。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局
限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是
限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权
利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之
内。