一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统

技术领域

本发明涉及地下水承载能力提升技术领域，尤其涉及一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统。

背景技术

我国水资源地区分布不均，尤其北方半干旱、干旱地区，农业灌溉需要依靠地下水资源，随着发展社会各方面对地下水的需求也在日益增长。地下水资源作为极为重要且宝贵的资源，合理开发、加强保护是加强可持续利用目的的重中之重，也有利于区域地下水的健康循环，保证区域农业经济稳定发展。地下水资源承载力是指在未来不同的时间尺度上，一定的技术经济水平和社会生产条件下，地下水资源可最大供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力。提高地下水资源的承载能力的方主要有①充分挖掘地下水资源潜力，最大限度发挥应有效能，同时注意超采等不合理情况，比如丰水期回灌、减少开采污染及浪费②通过相对增加地下水资源，如发展农业节水、改善灌溉模式、减少作物耗水损失③利用生物技术工程，间接提升；如因地制宜栽种作物、调整产业结构等。地下水回补是采用人工措施将地表水或其他水源的水注入地下以补充地下水，以达到增加地下水资源量、缓解地下水位持续下降、净化水质、遏制海水入侵和其他生态环境效益的目的，又称地下水人工补给、地下水回灌。含水层补给技术(MAR，Managed Aquifer Recharge)是有目的地将水储存到适宜的含水层中的技术方法，并采用一系列管理措施确保人体健康和环境安全不受损害，有助于生态环境的改善，通过回采水解决尤其是季节性水资源短缺，获得可观的经济效益。灌溉回归水，指灌溉水由田间、渠道排出或渗入地下并汇集到沟、渠、河道和地下含水层中，成为可再利用的水源。对于农业区，灌溉回归水可作为地下水回补的水源之一。

现有对于灌溉回归水的回灌补充处理方法基本都为水处理、水回渗(常压或加压回渗)，在进行水处理这步时，如选用大型绿水机器处理，成本高、时间长，不利于生态循环，而利用砂石等天然过滤层过滤回灌，由于一般过滤层都为层层相叠的模式，灌溉回归水依次经过每一层后再渗入含水层，一是完全依靠土壤、砂石过滤效果较差，回归水中的农药残留、化肥残留及虫卵、有害菌等并未被处理干净，易导致地下水体污染；二是不同区域的土壤组成不同，土壤中的微生物组分也不尽相同，多数土壤及滤层对于水体内重金属、有机物的吸附、转化效果差，若不依靠人工化学改良，未处理完毕的水体最终也会对地下水造成污染，不符合生态安全要求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统，以解决上述现有技术的不足。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术公开的方法无法利用自然过滤的方式，有效、安全的处理灌溉回归水，从而导致地下水污染的缺陷问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、收集选定区域的地质信息及灌溉回归水水质信息，确定回灌区建造位置；

步骤2、配置微生物改良剂，将微生物改良剂填充至净水包中；

步骤3、深挖蓄水池，填充过滤层，排布管道；

步骤4、地表灌溉回归水引流至水池，经过滤层处理、加压后回灌至含水层；

步骤5、定期进行回灌水质检，后续加压泵入补充的微生物改良剂；

进一步地，所述地质信息包括区域的土壤类型、土壤含水率、含水层位置、隔水层位置中的两种及两种以上；所述灌溉回归水水质信息包括重金属浓度、余氯、化学需氧量、细菌总数、pH值、总磷、氨氮、悬浮物中的两种及两种以上；

进一步地，所述微生物改良剂包括细菌菌种、营养液；所述细菌菌种选用芽孢杆菌、假单胞菌、枯草杆菌、碱杆菌中的一种或多种；

进一步地，所述过滤层数量最少为两层；

本发明第二方面提供了一种应用了本发明方法的系统，包括蓄水池、引流管、管井套组、加料套组；

所述蓄水池包括池壁、池面滤网、初滤层、次滤层；所述蓄水池除底面外都设置有池壁；所述池面滤网平铺于蓄水池池面上；所述初滤层由大直径颗粒鹅卵石、石英砂、火山石、鹿沼土、无烟煤、磁铁矿石中的一种或多种组成；所述次滤层由小直径颗粒细黄砂、珊瑚砂、活性炭、矿渣中的一种或多种组成；

所述引流管一端放置于蓄水池中，另一端与灌区回归水引流渠相连；

所述管井套组置于地下，包括渗水膜、排水管、水泵及灌井；所述渗水膜安装在排水管上侧，与上方砂石直接接触；

所述加料套组安装于蓄水池池边，包括加压泵、加料器、补料管、导料管、净水包；所述加压泵上接加料器，下接补料管；所述补料管安装于次滤层中间位置；所述补料管与次滤层接触部分与直径更细的导料管相接；所述导料管与净水包相接；所述净水包包括包衣及包裹在包衣中的土壤、有机质、无机盐、辅助剂、微生物菌剂；

进一步地，所述池壁为相对滤层更不透水材质制成；

进一步地，所述包衣表面为紧密网格，保证包裹土壤但允许溶液通过；所述包衣材质为可生物降解的聚碳酸亚丙酯、聚乳酸、聚3-羟基烷酸酯、聚ε-己内酯、聚乙烯醇中的一种；

采用以上方案，本发明公开的一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统，具有以下优点：

(1)本发明的一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统，将微生物净水改良剂引入到滤层中，利用生物净水，提高滤层的净水能力，减少灌溉回归水水质对地下水水质的影响，引入更多达标补充水，提高地下水承载能力。

(2)本发明的一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统，将菌种与适合菌种初期生长的营养物质包裹在可降解净水包中，丰富土壤内有益菌群数量及种类，调整以往单调的净水体系，生物净水持续周期长且后续根据情况可适时补充。

综上所述，本发明公开的一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统，将菌种与适合菌种初期生长的营养物质包裹在可降解净水包中，丰富土壤内有益菌群数量及种类，调整以往单调的净水体系，生物净水持续周期长且后续根据情况可适时补充；将菌种与适合菌种初期生长的营养物质包裹在可降解净水包中，丰富土壤内有益菌群数量及种类，调整以往单调的净水体系，生物净水持续周期长且后续根据情况可适时补充。

以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为应用了基于生态安全的地下水灌溉能力提升方法的系统的系统示意图；

图2为净水包5与补料管9的连接方式示意图；

图中，1、池壁；2、池面滤网；3、初滤层；4、次滤层；5、净水包；501、包衣；6、引流管；7、管井套组；701、渗水膜；8、加料套组；9、补料管；901、导料管。

具体实施方式

以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如若有未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如相关说明书或者手册进行实施。

如图1所示，本发明的基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统，实施例1、基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法

步骤1、收集选定区域的地质信息(土壤类型、含水层位置、隔水层位置)，根据土质及含水层、隔水层位置，综合灌区农田分布、水渠分布，选定回灌区蓄水池建造位置、大小及管道分布；收集灌溉回归水水质信息(重金属浓度、余氯、化学需氧量、细菌总数、pH值、总磷、氨氮)，根据水质信息确定超标污染物类型、解决方案及回灌水处理速度等；

步骤2、配置微生物改良剂，本次净水主要针对回灌水中碳、氮、磷系化合物超标问题，选用市售可购入的芽孢杆菌菌种，在保证溶氧量充足的情况下提前活化，1斤芽孢杆菌配20斤水的配比进行活化，同时水中加入总重量10％～20％的葡萄糖，活化后将微生物改良剂倒入已填充糖类、无菌土壤、无机盐的净水包中，搅拌均匀并封闭净水包；

步骤3、深挖蓄水池，根据步骤1的预设管道分布情况排布管道；填充初滤层与次滤层，填充物选择鹅卵石、石英砂、细黄砂、珊瑚砂、活性炭；

步骤4、地表灌溉回归水引流至水池，回灌水经过次滤层时与净水包接触，净水包内的已活化芽孢杆菌渗出并进行净水，净化完毕的回灌水经渗水膜进入排水管中，再经水泵加压后回灌至含水层；

步骤5、定期进行回灌水质检，后续加压泵入补充的微生物改良剂；

对比例2、过滤层相叠的过滤池净水及回灌方法

步骤1、深挖蓄水池，填充过滤层，排布管道；过滤层设置为三层，从顶层到底层颗粒直径依次减小，选用材料为鹅卵石、石英砂、细黄砂、珊瑚砂、活性炭；

步骤2、地表灌溉回归水引流至水池，经过滤层处理、加压后回灌至含水层；

步骤3、定期进行回灌水质检；

将实施例1与对比例2进行对比分析，可知实施例1在进行水质抽样检查时，10例不同时间的水样，都符合灌溉水要求，而对于对比例2的检测水样，合格率仅为70％，所以得出结论本发明的一种基于生态安全的地下水灌溉承载能力提升方法及系统以更加生态化的形式对灌溉回归水进行净化，为提高地下水承载能力提供更多达标回渗水；本方法将菌种与适合菌种初期生长的营养物质包裹在可降解净水包中，丰富土壤内有益菌群数量及种类，调整以往单调的净水体系，生物净水持续周期长且后续根据情况可适时补充；将菌种与适合菌种初期生长的营养物质包裹在可降解净水包中，丰富土壤内有益菌群数量及种类，调整以往单调的净水体系，生物净水持续周期长且后续根据情况可适时补充，符合生态安全要求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。