CN102107990A - 梯级河滩湿地水质净化方法 - Google Patents

Abstract

一种梯级河滩湿地水质净化方法。以原有河底为基准，每0.5～1m高差设一道拱水坝，坝顶与原河底等高并设堰口，开挖坝上游河底至低于坝顶堰口底部0.1～0.3m成湿地；拱水坝下游一侧设跌水消能沟，其下游沟邦顶部设堰口，堰口底部高于下一级湿地地面0.1～0.3m；沿河道中线挖排水沟，排水沟与各级跌水消能沟连通；对应于排水沟位置在拱水坝上设插板闸，其闸板由插板条组成。运行时关闭所有插板闸，河水自上一级跌水消能沟分配至下游湿地，经湿地净化后再跌落至下一级跌水消能沟；暴雨时通过坝顶溢流泄洪。自顶部移除部分插板条可排泄部分水流，降低上游湿地运行水位；移除所有插板条可排泄全部水流，使上游湿地落干。

Description

梯级河滩湿地水质净化方法

所属技术领域：

生态工程领域湿地技术。本发明涉及一种梯级河滩湿地水质净化方法，适用于平原地区河道，利用宽阔的河漫滩建设梯级湿地，对河水实施自然净化。

背景技术：

在我国东部平原地区，河道坡降普遍较小，为了排泄洪水而修建了比较宽阔的河道，平时(非暴雨径流时期)有限的水流(基流)在河道内冲刷形成二级河槽，河漫滩处于干涸状态；另一方面，平原地区人口密集、经济发达，河水大多受到一定程度的污染，汛期由于水量较大而水质污染程度相对较轻，非汛期则水量较小而污染加重。问题在于非汛期污染较重的河水在狭窄的二级河槽中流淌，未能发挥宽阔湖滩的自然净化潜力。有人提出在河滩上建设人工湿地，抽提一部分河水至河滩人工湿地进行净化；也有人提出在河滩上建设连续的湿地净化系统，自上游将河水拦截导流进入河滩湿地净化系统。大家都想利用河滩地建设湿地净化河水，但限制因素在于汛期的洪水，一场较大的洪水有可能全部毁坏这些湿地工程设施。人们期盼在保障安全泄洪功能前提下具有较强水质净化功能的河道湿地技术，并且希望能够克服自然河滩湿地易老化、污染物易饱和、生物质二次污染等常见问题。

发明内容：

本发明目标在于，针对我国东部平原地区河道湿地水质净化问题，研发“梯级河滩湿地水质净化方法”，在保障泄洪安全的前提下，充分发挥河滩湿地的水质净化功能，并通过湿地耕种、收获和运行管理实现持久稳定的水质净化效果。

为达到这一研发目标，采取了以下技术方案。

(1)梯级河滩湿地水质净化系统基本结构

沿给定的河道(附图1)，以原有河底(1)为基准，每间隔0.5～1m的高差设一道拱水坝(2)，坝顶与原有河底等高并设矩形堰口(3)；开挖每一道拱水坝上游河底至低于坝顶堰口底部0.1～0.3m，形成湿地地面(4)；沿每一道拱水坝下游一侧设跌水消能沟(5)，沟底低于下一级湿地地面0.5～1m，跌水消能沟下游一侧沟邦(6)顶部设矩形堰口(7)，堰口底部高于下一级湿地地面0.1～0.3m；沿河道中心线开挖排水沟(8)，将各级跌水消能沟的沟底连线作为排水沟的沟底高程线，排水沟与各级跌水消能沟连通，排水沟的沟邦(9)高度等于所在湿地下游拱水坝的坝顶，排水沟底、沟邦均衬砌硬化；对应于排水沟位置，在每一道拱水坝上设插板闸(10)，闸顶与拱水坝顶等高。

(2)安全泄洪方案

新建的梯级湿地构筑物均低于原有河底，因而保留了原有河道的过水断面和泄洪能力。但通过河滩梯级湿地的建设，将原本为连续坡降的河道水流变成了多梯级跌水，在拱水坝跌水处对河底及两侧河提会形成比较强的水流冲刷，需要采取相应的保护措施。每一道拱水坝两端衔接的河堤内坡衬砌硬化(11)，跌水消能沟下游湿地表面衬砌硬化(12)，衬砌硬化的范围与最大泄洪水流跌落时的影响范围相一致。汛期关闭所有插板闸，实现平稳、安全泄洪。

(3)湿地植被方案

梯级湿地作为水田进行耕种，种植兼有观赏价值和利用价值的经济水生植物，这些水生植物必需能够耐受洪水的冲刷和淹没，并且在洪水过后有较强的自然恢复能力，比如莲藕、茭白、香蒲、水蕹菜、水芹菜、慈姑、荸荠、莼菜、野菱等。通过土地翻耕、植物的种植和采收以及植物残体的清除，来克服湿地土壤表层污染物饱和、湿地植被老化、生物质二次污染等问题，并获得一部分收益来维持湿地管理，实现湿地自然净化功能的持久稳定。

(4)运行管理方法

每一级湿地的运行水位通过其下游的插板闸来独立控制(附图2)，插板闸的插板由若干高度0.1～0.2m的插板条(13)组成，自顶部移除一部分插板条就可以排泄一部分水流，降低其上游湿地的运行水位；移除所有插板条，上一级跌水消能沟内的水流通过排水沟直接进入下一级跌水消能沟(附图3)，使该插板闸上游湿地落干，便于耕作、种植和收获，或通过定期落干促进湿地土壤的氧化。

河滩梯级湿地正常运行时所有拱水坝上的插板闸全部关闭，排水沟中充满了水但没有下泄水流，所有河水自上一级跌水消能沟经由沟邦上的矩形堰口均匀分配至下游湿地，经过湿地自然净化后再经由下一级拱水坝上的矩形堰口跌落进入下一级跌水消能沟，在湿地内形成均匀的平流场(附图4)。雨季当河水流量超过一定限度时，湿地运行水位就会高于拱水坝顶而发生坝顶溢流。遇到暴雨径流引发洪水时通过坝顶溢流泄洪，湿地植物有可能发生倒伏或者被淹没，洪水过后会自行恢复。

应用举例：

本发明已经在河南郑州贾鲁河综合整治工程中采用，建成运行了规模12亩的“梯级河滩湿地净化贾鲁河水技术示范工程”，对氨氮等污染物的年均去除率达到了50％以上；完成了贾鲁河56km市区河段综合整治工程的设计并通过了专家审查和政府审批，其中包含了13个梯级的河滩湿地水质净化系统，湿地总面积8000余亩，预计建成后对贾鲁河100万m³/d的基流水量中氨氮等污染物的年均去除率可达到了30％以上，该项工程正在组织施工。

附图说明：

图1(a)——梯级河滩湿地片段纵向剖面图

图1(b)——梯级河滩湿地片段平面图

图2(a)——拱水坝对应于排水沟位置的插板闸

图2(b)——插板闸部分开启及插板条结构

图3——湿地单元落干运行水流方式

图4——湿地单元正常运行水流方式

图中：1.原有河底，2.拱水坝，3.拱水坝顶矩形堰口，4.湿地地面，5.跌水消能沟，6.跌水消能沟下游一侧沟邦，7.跌水消能沟下游一侧沟邦顶矩形堰口，8.排水沟，9.排水沟邦，10.插板闸，11.河堤内坡衬砌硬化，12.跌水消能沟下游湿地表面衬砌硬化，13.插板条，14.水流方向。

具体实施方式：

本发明按照以下步骤进行工程性应用：

(1)确定给定河段河底高程线。

(2)按照河底坡降，确定拱水坝位置和坝顶高程。

(3)系统设计。

(4)修筑拱水坝、跌水消能沟、排水沟、插板闸。

(5)开挖剩余土方至湿地地面设计高程。

(6)拱水坝两端衔接的河提内坡、跌水消能沟下游湿地表面衬砌硬化。

(7)自上游通水试运行。

(8)组建湿地植被。

(9)进入正常运行。

Claims (5)

1.一种梯级河滩湿地水质净化方法，其特征在于：沿给定的河道，以原有河底(1)为基准，每间隔0.5～1m的高差设一道拱水坝(2)，坝顶与原有河底等高并设矩形堰口(3)；开挖每一道拱水坝上游河底至低于坝顶堰口底部0.1～0.3m，形成湿地地面(4)；沿每一道拱水坝下 游一侧设跌水消能沟(5)，沟底低于下一级湿地地面0.5～1m，跌水消能沟下游一侧沟邦(6)顶部设矩形堰口(7)，堰口底部高于下一级湿地地面0.1～0.3m；沿河道中心线开挖排水沟(8)，将各级跌水消能沟的沟底连线作为排水沟的沟底高程线，排水沟与各级跌水消能沟连通，排水沟的沟邦(9)高度等于所在湿地下游拱水坝的坝顶，排水沟底、沟邦均衬砌硬化；对应于排水沟位置，在每一道拱水坝上设插板闸(10)，闸顶与拱水坝顶等高。

2.根据权利要求1所述的梯级河滩湿地水质净化方法，其特征是：新建梯级湿地构筑物均低于原有河底，保留了原有河道的过水断面和泄洪能力；每一道拱水坝两端衔接的河堤内坡衬砌硬化(11)，跌水消能沟下游湿地表面衬砌硬化(12)，以抵御水流冲刷；汛期关闭所有插板闸，实现平稳、安全泄洪。

3.根据权利要求1所述的梯级河滩湿地水质净化方法，其特征是：梯级湿地作为水田进行耕种，种植兼有观赏价值和利用价值的经济水生植物；这些水生植物能够耐受洪水的冲刷和淹没，并且在洪水过后有较强的自然恢复能力，比如莲藕、茭白、香蒲、水蕹菜、水芹菜、慈姑、荸荠、莼菜、野菱等；通过土地翻耕、植物的种植和采收以及植物残体的清除，来克服湿地土壤表层污染物饱和、湿地植被老化、生物质二次污染等问题，并获得一部分收益来维持湿地管理，实现湿地自然净化功能的持久稳定。

4.根据权利要求1所述的梯级河滩湿地水质净化方法，其特征是：每一级湿地的运行水位通过其下游的插板闸来独立控制，插板闸的插板由若干高度0.1～0.2m的插板条(13)组成，自顶部移除一部分插板条就可以排泄一部分水流，降低其上游湿地的运行水位；移除所有插板条，上一级跌水消能沟内的水流通过排水沟直接进入下一级跌水消能沟，使该插板闸上游湿地落干，便于耕作、种植和收获，或通过定期落干促进湿地土壤的氧化。

5.根据权利要求1所述的梯级河滩湿地水质净化方法，其特征是：河滩梯级湿地正常运行时所有拱水坝上的插板闸全部关闭，排水沟中充满了水但没有下泄水流，所有河水自上一级跌水消能沟经由沟邦上的矩形堰口均匀分配至下游湿地，经过湿地自然净化后再经由下一级拱水坝上的矩形堰口跌落进入下一级跌水消能沟，在湿地内形成均匀的平流场；雨季当河水流量超过一定限度时，湿地运行水位就会高于拱水坝顶而发生坝顶溢流；遇到暴雨径流引发洪水时通过坝顶溢流泄洪，湿地植物有可能发生倒伏或者被淹没，洪水过后会自行恢复。

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