一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统

1.本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统。

背景技术：

2.《第二次全国污染源普查公报》显示2017年，农业源水污染物中的化学需氧量(cod)、总氮(tn)和总磷(tp)分别占全国总排放量的49.8％，46.5％和67.2％。而农业源污染主要以面源污染为主，具有以下特征：污染点相较偏远且隐蔽性强，污染物浓度较低但总量大，污染过程不确定性和随机性强，治理过程复杂且见效缓慢。因此，农业面源污染已成为我国生态环境治理过程中亟待解决的问题。
3.农业面源污染是指在农村生活和农业生产活动中，污染物在降水或径流作用下从非特定的地域进入受纳水体所造成的污染。由于其主要的内在驱动力为水力作用，所以迁移路径以地表径流、农田排水和地下渗漏为主，而相应的污染物则以可溶性的农药、营养盐(氮、磷等)为主。污染状态呈现出非点源的空间分布特征，且具有明显的季节性变化规律，与人类活动，尤其是与农业生产生活的关系密切。
4.利用粉绿狐尾藻人工湿地等生态修复技术处理养殖废水、生活污水等已有较为成熟的应用技术。此外在天然河道内，粉绿狐尾藻仍能发挥高效的污染物去除能力，尤其是针对从河道两侧汇入的农田径流中含有的营养盐和可溶性农药等。已有研究证明，粉绿狐尾藻可以吸收农业活动中使用的农药，并在体内转化成无害化物质，使得河道内的农药残留几乎可以忽略不计。然而粉绿狐尾藻凭借无性繁殖和较快的再生速率能够占据整个河道，尤其是在浅水溪流水面小于20m，水深不超过1.5m的区域，产生堵塞河道影响行洪和水生生物生长等生物入侵危害。因此，目前缺乏在利用其净水优势时，如何采取恰当的防控措施，避免粉绿狐尾藻的过量生长威胁河道行洪等社会服务功能的技术体系。

技术实现要素：

5.为解决粉绿狐尾藻在水污染治理中存在的问题，本发明提供一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，采用的技术方案如下：
6.一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，包括水生植物系统，水生动物系统和末端拦截系统；
7.所述水生植物系统包括粉绿狐尾藻，其在快速生长过程中吸收同化可溶性的氮磷污染物，依靠紧密交错的茎秆和根系过滤颗粒悬浮物，同时为微生物提供寄居地构建生物膜；
8.所述水生动物系统包括以草鱼为主，用于控制所述水生植物系统的生长状态；
9.所述末端拦截系统包括拦网，用于将所述水生植物系统拦截在近岸水体中，并在所述末端拦截系统内养鱼；
10.所述入河前缓冲系统根据河道现状，随农田分布，沿河岸建设。
11.进一步地，所述水生植物系统还包括河岸伴生的草木。
12.进一步地，所述水生动物系统还包括混养的鳙鱼和鲢鱼。
13.进一步地，所述水生植物系统和水生动物系统构建完整的食物网反馈循环。
14.进一步地，所述拦网为渔网，通过木桩、粗铁丝或尼龙绳固定。
15.与现有技术相比，本发明具有以下优势：
16.(1)本发明充分利用粉绿狐尾藻的主要生长分布区域，扎根河岸，匍匐至河水中央，有效降低了两侧农田径流汇入河道时携带的污染物质，使面源污染治理效果得到了保障。
17.(2)本发明实现了对粉绿狐尾藻的高效利用，不仅可以将氮磷养分进行收回再利用，提高农田对氮、磷等肥料的利用效率，同时利用消费者食物链和物理围栏双重措施，实现经济效益和生态效益。
18.(3)本发明可操作性强，利于人工管理和技术实施。该立体生态缓冲系统可以依据河道的现状以及周围景观来构建，主要适用于粉绿狐尾藻已经在河道内疯长并形成优势落的河段。后期的系统维护简单，整体的经济效益高。
附图说明
19.图1是本发明的一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统整体结构概念图。
20.图2是本发明实施案例提供的用于农业径流入河时的立体缓冲系统布局图。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。特别说明，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.如图1所示，本发明的一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统主要由三层系统组成：水生植物系统，水生动物系统和末端拦截系统，各系统相互融合，依河道现状，随农田分布，沿河岸构建。本发明充分利用河道粉绿狐尾藻的生长分布，在氮磷随农业径流的迁移过程中，利用植物的自净功能，达到去除效果，同时加强了氮磷污染的资源化利用，提高农业生产效率。
23.所述水生植物系统主要是粉绿狐尾藻来实现对农田径流种氮、磷的拦截净化。粉绿狐尾藻不仅可在快速生长过程中能够吸收同化可溶性的氮磷等污染物，而且可依靠紧密交错的茎秆和根系过滤迳流中的颗粒悬浮物，同时为微生物提供寄居地构建生物膜，提高微生物活性，从而高效去除农业径流携带的各类污染物。
24.所述水生动物系统主要是以草鱼为主，也可混养鳙鱼和鲢鱼达到控制粉绿狐尾藻过量生长的效果。构建完整的食物网反馈循环，利用鱼类将粉绿狐尾藻这类速生植物控制在一个稳定的生长状态，防止其生长过量威胁区域生态环境安全。
25.所述末端拦截系统以拦网的方式，将粉绿狐尾藻拦截在近岸水体中，防止其覆盖整个水面。利用物理措施将粉绿狐尾藻限制在近岸水域，同时在拦网区内养鱼，满足所述水生动物系统的构建，有利于所述水生动物系统和水生植物的管理及后期经济价值的实现。
一方面保证水体进行充分交换，并限制水生植物粉绿狐尾藻占据整个河道，另一方面，也可围养水生动物，收获经济效益，同时水生植物也可进行无害化和资源化处理。
26.进一步，所述水生植物系统以粉绿狐尾藻为主，河岸伴生当地草本。
27.进一步，所述末端拦截系统由远离河岸端的渔网构成。
28.如图2所示，借助粉绿狐尾藻在河道两侧分布的现状，消纳农田径流汇入河道时携带的氮、磷等污染物。如图2中的平面图和a-a剖面图所示，外侧的拦网用于限制粉绿狐尾藻在近岸水域，防止其快速生长覆盖整个水面，保证河道水流通畅。木桩、粗铁丝和尼龙绳等则用于固定拦网，拦网内投放草鱼、鳙鱼和鲢鱼等鱼苗，用于构建完整的生态系统反馈循环，控制粉绿狐尾藻的生物量在一个恰当的范围内。图2中的详图a则展示了拦网由尼龙绳双向固定的细节，便于控制拦网距离河岸的位置。
29.综上，本发明针对农田径流入河前的污染物拦截具有较好的适用性，结构模式科学合理、管理及运行成本低，能有效拦阻氮磷径流流失，减少入河负荷。在粉绿狐尾藻形成优势落的区域，能兼顾其生态净化效果和生物入侵防控，有较大的推广应用价值。

技术特征：

1.一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，其特征在于：包括水生植物系统，水生动物系统和末端拦截系统；所述水生植物系统包括粉绿狐尾藻，其在快速生长过程中吸收同化可溶性的氮磷污染物，依靠紧密交错的茎秆和根系过滤颗粒悬浮物，同时为微生物提供寄居地构建生物膜；所述水生动物系统包括草鱼，用于控制所述水生植物系统的生长状态；所述末端拦截系统包括拦网，用于将所述水生植物系统拦截在近岸水体中，并在所述末端拦截系统内养鱼；所述入河前缓冲系统根据河道现状，随农田分布，沿河岸建设。2.根据权利要求1所述的一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，其特征在于：所述水生植物系统还包括河岸伴生的草木。3.根据权利要求1所述的一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，其特征在于：所述水生动物系统还包括混养的鳙鱼和鲢鱼。4.根据权利要求1所述的一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，其特征在于：所述水生植物系统和水生动物系统构建完整的食物网反馈循环。5.根据权利要求1所述的一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，其特征在于：所述拦网为渔网，通过木桩、粗铁丝或尼龙绳固定。

技术总结

本发明公开了一种用于小流域面源污染防治的入河前缓冲系统，包括：拦网系统，不仅用于拦截水生动物逃逸，而且用于阻挡水生植物生长逸出而铺满沟道；水生动物-植物组合系统，水生植物选用粉绿狐尾藻，水生动物选用草鱼等食草鱼类，用于吸收径流中的氮磷养分。本发明不仅能有效消减小流域面源污染氮磷入河负荷，还能用于粉绿狐尾藻的生物入侵防治，且具有一定的经济效益。本发明通过积极的人工措施干预，充分利用了粉绿狐尾藻的水质净化能力，同时解决了其恶性生长问题，降低了小流域氮磷入河负荷。荷。荷。