一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法与流程

1.本发明涉及高原湖泊治理、农业灌溉领域，具体来说是一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法。


背景技术：

2.随着我国生态文件建设不断推进，高原湖泊水深岸陡，入湖支流水系较多，而湖泊的出流水系普遍较少，湖泊换水周期长，自净能力较弱，湖泊保护与治理任重道远。随着高原湖泊治理的不断推进，点源得到控制，但农业面源污染仍然是一个难题，尚未得到有效解决。
3.从国内治理的手段来看，大多数通过拦截农业退水，采用生态修复法进行治理。该方法虽然有一定效果，但是需要占用当地大量的农田，而且治理周期长，尤其是在雨季，该方法往往会受降雨影响，导致污水外泄，效果降低等问题，而且退水处理后，由于当地农民考虑水量和电价问题，不愿意使用，最后只能外排进入湖泊。
4.为彻底解决农业退水带来的高原湖泊污染问题，亟需研究一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法。


技术实现要素：

5.本发明正是为了解决上述问题缺陷，提供一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法。
6.本发明采用如下技术方案实现。
7.1、提供一套高原湖泊农业退水资源化利用的设施，该设施主要包含：农田灌溉退水渠(2)、调蓄池(3)、抽水泵(5)、输水管(6)、水库(7)、风力发电机(8)、太阳能光伏(9)、储能电池(12)、灌溉输水渠(13)、水库放水闸(14)、生态吸收装置(15)。
8.所述风力发电机(8)、太阳能光伏(9)、储能电池(12)分别通过电线与抽水泵(5)联接；
9.所述抽水泵(5)与调蓄池(3)连接；
10.所述农田灌溉退水渠(2)设置为多组，之间通过输水管(6)连接；
11.所述农田灌溉退水渠(2)设置在农田(4)侧部；
12.所述抽水泵(5)通过输水管(6)与水库(7)连接；
13.所述灌溉输水渠(13)与水库(7)连接；所述灌溉输水渠(13)设置在农田(4)侧部。
14.2、将农业灌溉退水收集至农田灌溉退水渠(2)，通过农田灌溉退水渠(2)进入调蓄池(3)。
15.农田灌溉退水渠的设计，首先采用公式(a)计算出非雨季单位农田面积的退水量，对比雨季单位农田面积退水量和非雨季单位农田面积退水量的大小，取最大值作为单位面积农田退水量，再采用公式(b)计算不同退水渠底宽的输水能力。
16.渠道设计为梯形断面，内边坡坡比1:0.5～1:0.75。为便于渠道两侧耕地内积水排
入渠道，渠顶高于设计水深且不高于两侧地面高程。
17.w
ts
＝αw
de
ꢀꢀ
(a)
18.式中：w
ts
为单位面积退水量，m3；
19.α为农田退水系数；
20.w
de
为灌溉定额，m3[0021][0022]
式中：q为流量，m3/s；
[0023]
r为水力半径，m；
[0024]
i为渠道纵坡；
[0025]
a为过水面积，m2；
[0026]
n为糙率。
[0027]
调蓄池由进水系统、液位控制系统、通信及自控系统三部分。调蓄池尺寸计算：调蓄池采用全地下式，采用公式(c)计算调蓄池容积。
[0028]
v＝1.5v
sr
au(c)
[0029]
式中，v为调蓄池容积，m3；
[0030]vsr
为每公顷面积所需调蓄量，m3/hm2；
[0031]
au为固化面积，hm2(集水区面积与径流系数之积)。
[0032]
3、调蓄池中的水位到预设的水位时，自动启动抽水泵(5)，将水抽至高原湖泊周边的小型灌溉水库(7)中。泵站自动启动设计见图5，启动方式：自控系统通过液位计获取准确的水位数据，当水位达到预设泵站启动水位z1时，自控系统通过控制泵站启闭开关连通，泵站开始抽水；当水位降至泵站关闭水位z2时，自控系统通过控制泵站启闭开关断开，泵站结束抽水。
[0033]
4、农田退水抽至水库后，为保证水库水体水质不发生恶化现象，在水库中设置横向链式生态吸收装置(15)处理水体中氮、磷污染物；生态吸收装置(15)横跨水库两岸安装设置；包括两岸各设置有一对的转轮(16)；所述转轮(16)上绕设有链条(17)；链条(17)侧部设置浮体(19)，浮体(19)上固定设置水生植物(20)；转轮(16)上设置手柄(18)；采用手柄(18)转动转轮(16)，带动链条(17)，将浮体(19)移动靠岸，便于在岸边对浮体(19)内布设或收集更换水生植物(20)，安装有水生植物(20)的浮体(19)通过链条(17)连接在一起漂浮于水面，保证链条(17)足够长，以应对水位变化，使浮体(19)始终漂浮在水面。除了生态吸收法进行生态修复外，水库可以将水库流域范围内的地表径流集蓄到水库中，增加水库的水量，达到进一步提升水体的稀释净化作用。
[0034]
5、在农田灌溉季节，控制水库放水闸(14)进行放水，水通过自流进入灌溉输水渠(13)，再进入农田内部灌溉渠，最后进入农田(4)。
[0035]
6、在雨季农田退水量大，污染低的情况下，该方法将按照步骤2，将雨季农田退水抽蓄至水库中，可以避免雨季退水将农田中的污染物带至湖泊中造成污染。
[0036]
7、根据降雨数据测量值，采用公式(d)计算雨季单位面积农田退水量。
[0037]w′
ts
＝βpa
1 (d)
[0038]
式中，w
′
ts
为单位面积退水量，m3；
[0039]
β为农田降雨径流系数；
[0040]
p为降雨量，m；
[0041]
a1为单位面积，等于1m2。
[0042]
8、为避免给当地农民带来额外的用电成本，整个系统中用电采用光伏+风电+储能电池相配合供电模式。根据当地风光的条件，通过风力发电(8)和太阳能光伏(9)配合发电，给系统供电，同时将多余的电储存于储能电池(12)中，以备后续无风、无阳光时供电。
[0043]
本发明的有益效果为：
[0044]
1、本方法的在高原湖泊治理中取得显著的经济效益和生态效益，解决了传统农田退水生态治理模式中占用土地造成土地资源浪费、增加当地农民用水成本、雨季污水外溢造成二次污染等一系列问题。
[0045]
2、本方法成本低、技术难度小，操作方便，能够实现污水资源化，减少农业面源污染，提供水资源的利用效率。
[0046]
下面结合附图和具体实施方式本发明做进一步解释。
附图说明
[0047]
图1：高原湖泊区农业退水资源化利用示意图；
[0048]
图2：水库生态吸收装置示意图；
[0049]
图3：生态吸收装置俯视图；
[0050]
图4：生态吸收装置剖面图；
[0051]
图5：泵站自动启动设计图。
[0052]
图中，1：高原湖泊；2：农田灌溉退水渠；3：调蓄池；4：农田；5：抽水泵；6：输水管；7：水库；8：风力发电机；9：太阳能光伏；10：电线杆；11：电线；12：储能电池；13：灌溉输水渠；14：水库放水闸；15：生态吸收装置；16：转轮；17：链条；18：手柄；19：浮体；20：水生植物。
具体实施方式
[0053]
见图1，图2，图3，图4，图5所示。
[0054]
1、通过农田灌溉退水渠，将农业灌溉退水收集至退水渠(2)，通过退水渠(2)进入调蓄池(3)。
[0055]
2、调蓄池中的水位到预设的水位时，自动启动抽水泵(5)，将水抽至高原湖泊周边的小型灌溉水库(7)中。泵站自动启动设计见图5，启动方式：自控系统通过液位计获取准确的水位数据，当水位达到预设泵站启动水位z1时，自控系统通过控制泵站启闭开关连通，泵站开始抽水；当水位降至泵站关闭水位z2时，自控系统通过控制泵站启闭开关断开，泵站结束抽水。
[0056]
3、农田退水抽至水库后，为保证水库水体水质不发生恶化现象，在水库中设置横向链式生态吸收装置(15)处理水体中氮、磷等污染物。该装置横跨水库两岸安装，采用手柄(18)转动转轮(16)，带动链条(17)，将浮体(19)移动靠岸，便于在岸边对浮体内布设或收集更换水生植物(20)，安装有水生植物的浮体通过链条连接在一起漂浮于水面，保证链条足够长，以应对水位变化，使浮体始终漂浮在水面。除了生态吸收法进行生态修复外，水库可以将水库流域范围内的地表径流集蓄到水库中，增加水库的水量，达到进一步提升水体的
稀释净化作用。
[0057]
4、在农田灌溉季节，控制水库放水闸(14)进行放水，水通过自流进入灌溉输水渠(13)，再进入农田内部灌溉渠，最后进入农田(4)。
[0058]
5、在雨季农田退水量大，污染低的情况下，该方法将按照步骤2，将雨季农田退水抽蓄至水库中，可以避免雨季退水将农田中的污染物带至湖泊中造成污染。
[0059]
6、为避免给当地农民带来额外的用电成本，整个系统中用电采用光伏+风电+储能电池相配合供电模式。根据当地风光的条件，通过风力发电(8)和太阳能光伏(9)配合发电，给系统供电，同时将多余的电储存于储能电池(12)中，以备后续无风、无阳光时供电。
[0060]
以上所述的仅是本发明的部分具体实施例，方案中公知的具体内容或常识在此未作过多描述(包括但不仅限于简写、缩写、本领域惯用的单位)。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述方法包括设施部分，所述设施部分结构为：包含：农田灌溉退水渠(2)、调蓄池(3)、抽水泵(5)、输水管(6)、水库(7)、风力发电机(8)、太阳能光伏(9)、储能电池(12)、灌溉输水渠(13)、水库放水闸(14)、生态吸收装置(15)；所述风力发电机(8)、太阳能光伏(9)、储能电池(12)分别通过电线与抽水泵(5)联接；所述抽水泵(5)与调蓄池(3)连接；所述农田灌溉退水渠(2)设置为多组，之间通过输水管(6)连接；所述农田灌溉退水渠(2)设置在农田(4)侧部；所述抽水泵(5)通过输水管(6)与水库(7)连接；所述灌溉输水渠(13)与水库(7)连接；所述灌溉输水渠(13)设置在农田(4)侧部。2.根据权利要求1所述的一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述设施部分包括：在水库中设置横向链式生态吸收装置(15)处理水体中氮、磷污染物；生态吸收装置(15)横跨水库两岸安装设置；包括两岸各设置有一对的转轮(16)；所述转轮(16)上绕设有链条(17)；链条(17)侧部设置浮体(19)，浮体(19)上固定设置水生植物(20)；转轮(16)上设置手柄(18)；采用手柄(18)转动转轮(16)，带动链条(17)，将浮体(19)移动靠岸，便于在岸边对浮体(19)内布设或收集更换水生植物(20)，安装有水生植物(20)的浮体(19)通过链条(17)连接在一起漂浮于水面，使浮体(19)始终漂浮在水面。3.根据权利要求1所述的一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述农田灌溉退水渠设计包括以下步骤：首先采用公式(a)计算出非雨季单位农田面积的退水量，对比雨季单位农田面积退水量和非雨季单位农田面积退水量的大小，取最大值作为单位面积农田退水量，再采用公式(b)计算不同退水渠底宽的输水能力；渠道设计为梯形断面，内边坡坡比1:0.5～1:0.75；为便于渠道两侧耕地内积水排入渠道，渠顶高于设计水深且不高于两侧地面高程；w
ts
＝αw
de (a)式中：w
ts
为单位面积退水量，m3；α为农田退水系数；w
de
为灌溉定额，m3式中：q为流量，m3/s；r为水力半径，m；i为渠道纵坡；a为过水面积，m2；n为糙率；调蓄池由进水系统、液位控制系统、通信及自控系统三部分；调蓄池尺寸计算：调蓄池采用全地下式，采用公式(c)计算调蓄池容积；v＝1.5v
sr
au (c)式中，v为调蓄池容积，m3；
v
sr
为每公顷面积所需调蓄量，m3/hm2；au为固化面积，hm2，集水区面积与径流系数之积。4.根据权利要求1所述的一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述方法包括：所述调蓄池(3)中的水位到预设的水位时，自动启动抽水泵(5)，将水抽至高原湖泊周边的小型灌溉水库(7)中；启动方式：自控系统通过液位计获取准确的水位数据，当水位达到预设泵站启动水位z1时，自控系统通过控制泵站启闭开关连通，泵站开始抽水；当水位降至泵站关闭水位z2时，自控系统通过控制泵站启闭开关断开，泵站结束抽水。5.根据权利要求1所述的一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述方法包括：在农田灌溉季节，控制水库放水闸(14)进行放水，水通过自流进入灌溉输水渠(13)，再进入农田内部灌溉渠，最后进入农田(4)。6.根据权利要求1所述的一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述方法包括：在雨季农田退水量大，污染低的情况下，该方法将按照步骤2，将雨季农田退水抽蓄至水库中，可以避免雨季退水将农田中的污染物带至湖泊中造成污染。7.根据权利要求1所述的一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，其特征在于，所述方法包括：根据降雨数据测量值，采用公式(d)计算雨季单位面积农田退水量。w
′
ts
＝βpa1ꢀꢀꢀ
(d)式中，w
′
ts
为单位面积退水量，m3；β为农田降雨径流系数；p为降雨量，m；a1为单位面积，等于1m2。

技术总结
本发明涉及一种高原湖泊区农业退水资源化利用方法，所述方法包括设施部分，所述设施部分结构为：包含：农田灌溉退水渠、调蓄池、抽水泵、输水管、水库、风力发电机、太阳能光伏、储能电池、灌溉输水渠、水库放水闸、生态吸收装置；所述农田灌溉退水渠设置为多组，之间通过输水管连接；所述灌溉输水渠与水库连接；所述灌溉输水渠设置在农田侧部。本方法的在高原湖泊治理中取得显著的经济效益和生态效益，解决了传统农田退水生态治理模式中占用土地造成土地资源浪费、增加当地农民用水成本、雨季污水外溢造成二次污染等一系列问题。本方法成本低、技术难度小，操作方便，能够实现污水资源化，减少农业面源污染，提供水资源的利用效率。提供水资源的利用效率。提供水资源的利用效率。


技术研发人员：郝红升 王忠耀 严旭东 欧阳小伟 高沛 李珊 王羽 陈媛媛 杨开斌 陈平 梁礼绘
受保护的技术使用者：水电水利规划设计总院 中国水利水电建设工程咨询有限公司 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/5