[发明专利]田沟塘一体化联合调控稻田面源污染的方法

摘要

本发明公开了一种田沟塘一体化联合调控稻田面源污染的方法，涉及农业环境保护技术领域。该方法针对稻田径流水量水质耦合特征，结合现代测量技术、信息搜集传输技术和智能控制技术，实现稻田氮磷径流流失调控与循环利用，达到削减氮磷排放、净化水体、资源回用的目标。本发明的优点是：充分发挥稻田的自净功能，当氮磷浓度高于阈值时，不排或者减少田面水和塘堰水向外排放，延长氮磷在稻田中的停留时间；利用田面和塘堰消纳污染物含量较高的初期降雨径流，将后期多余的、不能消纳的、污染物含量较低的径流，通过外排通道，直接排放，最大限度的减少降雨径流对地表水体的污染。

主权项

1.田沟塘一体化联合调控稻田面源污染的方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：a、利用卫星遥感影像和小型无人机航测，结合地面勘察，确定稻田灌排单元的平面布局和空间结构，得到稻田灌排单元中田面(1)、沟渠(2)和塘堰(3)的面积，以及田面(1)水位和塘堰(3)水位所对应的容积；由水稻专家确定适宜水稻生长的各生育期的田面(1)最高水位L_fh和最低水位L_fl；依据地方水环境保护目标确定氮排放阈值N_m和磷排放阈值P_m；b、依据稻田灌排单元的平面布局和空间结构，规划田面(1)和塘堰(3)的通道，用沟渠(2)连通田面(1)和塘堰(3)，形成田面‑沟渠‑塘堰循环通道，在沟渠(2)与塘堰(3)连接处设置直接连通到周边河流或湖泊(4)的外排通道(5)；c、在田面(1)和塘堰(3)中安装水位传感器(6)和水质传感器(7)，在田面(1)与沟渠(2)连接处、沟渠(2)与塘堰(3)连接处、塘堰(3)出水口及外排通道(5)安装闸门(8)，在塘堰(3)中安装水泵(9)；水位传感器(6)和水质传感器(7)将监测到的信息实时无线传输至信息处理模块(10)，信息处理模块(10)无线连接调控决策模块(11)，调控决策模块(11)无线连接径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)；d、计算稻田灌排单元汇水面积S、水稻各生育期所对应的田面(1)最高水位L_fh的容积Q_fh和最低水位L_fl的容积Q_fl、塘堰(3)最高蓄水位L_ph的容积Q_ph和最低蓄水位L_pl的容积Q_pl；e、依据气象信息预测的降雨量或预计灌溉水量D调节田面(1)水位L_f和塘堰(3)水位L_p：e1、当D＝0、且信息处理模块(10)接收到塘堰水的氮磷浓度高于田面水的氮磷浓度时，信息处理模块(10)指令调控决策模块(11)，调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，采取自流或泵提的方式，开始田面‑沟渠‑塘堰的水流循环；当D＝0、且信息处理模块(10)接收到塘堰水的氮磷浓度小于或等于田面水的氮磷浓度时，信息处理模块(10)指令调控决策模块(11)，调控决策模块(11)终止田面‑沟渠‑塘堰的水流循环；e2、当0＜D≤[(Q_ph－Q_p)+(Q_fh－Q_f)]/(a×S)时，Q_p为塘堰(3)实时水位对应的容积、Q_f为田面(1)实时水位对应的容积、a为径流系数；在径流产生后，信息处理模块(10)指令调控决策模块(11)，调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，采取自流或泵提的方式，将径流全部纳入塘堰(3)和田面(1)；e3、当[(Q_ph－Q_p)+(Q_fh－Q_f)]/(a×S)＜D≤[(Q_ph－Q_pl)+(Q_fh－Q_fl)]/(a×S)时：如果信息处理模块(10)接收到塘堰水和田面水的氮浓度低于氮排放阈值N_m或者磷浓度低于磷排放阈值P_m时，信息处理模块(10)指令调控决策模块(11)，调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，采取自流或泵提的方式，提前外排塘堰水和田面水，使塘堰(3)和田面(1)可以利用容积为Q_pn和Q_fn，Q_pn+Q_fn＝Q_ph+Q_fh－a×D×S；在径流产生后，通过调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，将径流全部纳入塘堰(3)和田面(1)；如果信息处理模块(10)接收到塘堰水和田面水的氮浓度等于或高于氮排放阈值N_m或者磷浓度等于或磷排放高于阈值P_m时，不外排塘堰水和田面水；在径流产生后，信息处理模块(10)指令调控决策模块(11)，调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，采取自流或泵提的方式，将径流纳入塘堰(3)和田面(1)；当塘堰水位和田面水位分别达到L_ph和L_fh时，通过外排通道(5)，将其余的径流直接外排；e4、D＞[(Q_ph－Q_pl)+(Q_fh－Q_fl)]/(a×S)时：如果信息处理模块(10)接收到塘堰水和田面水的氮浓度低于氮排放阈值N_m或者磷浓度低于磷排放阈值P_m时，信息处理模块(10)指令调控决策模块(11)，调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，采取自流或泵提的方式，提前外排塘堰水和田面水，将塘堰(3)和田面(1)分别降低至最低水位L_pl和L_fl，在径流产生后，通过调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，将径流纳入塘堰(3)和田面(1)；当塘堰(3)水位和田面(1)水位分别达到L_ph和L_fh时，通过外排通道(5)，将其余的径流直接外排；如果信息处理模块(10)接收到塘堰水和田面水的氮浓度等于或高于氮排放阈值N_m或者磷浓度等于或高于磷排放阈值P_m时，不外排塘堰水和田面水；在径流产生后，通过调控决策模块(11)启动径流流向流量控制模块(12)，径流流向流量控制模块(12)无线控制闸门(8)和水泵(9)，将径流纳入塘堰(3)和田面(1)；当塘堰(3)水位和田面(1)水位分别达到L_ph和L_fh时，通过外排通道(5)，将其余的径流直接外排。