CN103215920B - 扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，该系统至少设置有4级阶梯，阶梯的外侧依次设置有拦截墙，各级拦截墙之内设置有植物种植区，植物种植区的上层设置有土壤基质，下层依次为黄砂、陶粒、软石和沸石，各级植物种植区设置有挺水景观植物和耐淹性植物；各级拦截墙间隔植物种植区的对应位置依次设有跌水平台；拦截墙与跌水平台之间设置有导流板；第一级植物种植区与农田排水沟渠相衔接，向下游呈扇形状，为扇形展开的跌水式层级结构，扇形半径为5～8米，圆心角为45°～75°；末级拦截墙与河道相衔接。本发明不但具有保护河道边坡、实现排洪和水土保持的功效，还具有良好的净化和景观效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种河流护岸设施，特别涉及一种对以面源形式进入河道的污染物质具有截留净化效果的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统。
背景技术
近年来，农业面源污染已成为我国重大的水环境问题，化肥的过量施用导致了氮磷等营养物质的大量流失，造成湖泊等水体的富营养化，使之失去生产和生活的使用价值，并可能造成地下水污染甚至食品污染。农业面源COD、N、P的污染负荷已占水体污染负荷中的1/2-2/3。太湖蓝藻事件暴发后，关于农田面源径流、渗漏养分的生态拦截技术的研究兴起。长期以来，专家学者针对沟渠(河浜)岸、沟渠(河浜)床以及沟渠(河浜)道水体三者的不同特点提出了众多面源污染原位拦截和生态修复的技术与方法，其中以生态缓冲岸坡、水生植物强化修复、生态透水坝等较为突出。在本发明之前，现有的对面源污染具有截留净化效果的河道护坡技术有自然式护坡、硬质护坡和生态型护坡。
自然式护坡是利用根系发达的植物，将其种植在河道的坡道上，使之固土防沙、防止水土流失，满足生态环境需要，保持自然景观效果。但这种自然式护坡方式存在着稳定性差的缺陷，易被雨水冲刷形成深沟，长期浸泡在水下或河道流速过大均会影响其稳定性，对以面源形式进入河道的污染物质的清除作用有限，且占地面积大。
硬质护坡通常是指在河边坡道上采用浆砌或干砌块石、现浇混凝土、预制混凝土块体等结构，尤其是在城市河道护岸工程中大都采用直立式混凝土挡土墙。这些结构占地较小，对于保持岸坡的稳定性、防止水土流失及防洪安全都有一定的作用，但也在不同程度上对岸坡的景观环境和生态产生了不良影响，其所用材料(包括碱化骨料)的水化反应、炭化反应及各种添加剂(如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等)在水中发生的反应影响了水体质量；其对河道坡面采取的封闭形式使得植物和微生物难以在此生存繁衍，严重破坏了生物多样性，造成水体与陆地生态环境恶化，对以面源形式进入河道的污染物难以清除，施工量较大，成本较高。
生态型护坡技术有多种方式，如采用土工材料复合种植基、铁丝网与碎石复合基、土工材料固土种植基、植被型生态混凝土、水泥生态种植基以及土壤固化剂等对河边、边坡进行护坡，对稳定岸坡结构有较好效果，并且对岸坡景观进行了一定的改善，但是对截留面源入河污染物的作用非常有限，且有机胶结材料成本过高，施工量也较大，推广使用受到了限制。
发明内容
本发明的目的，在于克服上述各种河道护坡技术的各自缺陷，针对农田沟渠径流提供一种不但具有良好的净化效果和景观效果、还可以很好的保护河道边坡、实现排洪和水土保持等功效的扇形多阶梯式河道护岸系统。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，包括拦截墙、土壤基质和植物，其特征在于，
该系统至少设置有4级阶梯，阶梯的外侧依次设置有第一级拦截墙A5、第二级拦截墙B6、第三级拦截墙C7和第四级拦截墙D8，所述拦截墙由无砂混凝土构筑；所述第一级拦截墙A5的墙体顶部高程为中间高、两边低的结构，第二级拦截墙B6的墙体顶部高程为两边高、中间低的结构，第三级拦截墙C7的墙体顶部高程又为中间高、两边低的结构，第四级拦截墙D8的墙体顶部高程为两边高、中间低的结构，依此类推；
所述各级拦截墙之内依次设置有植物种植区A1、植物种植区B2、植物种植区C3和植物种植区D4；所述植物种植区的上层设置有土壤基质13，土壤基质13的下面设置有净化材料，该净化材料由上至下依次为黄砂14、陶粒15、软石16和沸石17；
植物种植区A1、植物种植区B2、植物种植区C3和植物种植区D4均设置有挺水景观植物和耐淹性植物或者沉水植物；
在各级拦截墙间隔植物种植区的对应位置依次设置有第一级跌水平台A9、第二级跌水平台B10、第三级跌水平台C11和第四级跌水平台D12，所述跌水平台由无砂混凝土构筑；
在各级拦截墙与跌水平台之间的垂直位置依次设置有两个导流板A18、导流板B19、导流板C20和导流板D21；所述导流板为不透水的混凝土板，其下部设置有小孔22；
所述植物种植区A1与农田排水沟渠相衔接，第四级拦截墙D4与河道相衔接；该系统以与农田排水沟渠相衔接的植物种植区A1向下游呈扇形状，为扇形展开的跌水式层级结构，其扇形半径为5～8米，弧长为5.5～10.5米,圆心角为45°～75°。
所述第一级拦截墙A5、第二级拦截墙B6、第三级拦截墙C7和第四级拦截墙D8的墙体厚度均为10～15cm。
所述第一级拦截墙A5中间最高高度为75～85cm,向两边逐渐减小至两端墙高为55～65cm，第二级拦截墙B6的两端最高高度为85～95cm，向中间逐渐减小至55～65cm，以后各级拦截墙的最高点逐级增加10cm，依此类推；
所述的各级跌水平台宽度为5～8cm。
所述导流板A18、导流板B19、导流板C20和导流板D21的厚度为5～8cm，分别设置在每一级植物种植区的三等分线上，其下部设置的小孔22Φ为4～6cm，其高度与对应拦截墙的墙体高度相同。
由黄砂14、陶粒15、软石16和沸石17组成的净化材料也称为填料层，其总高度为35～45cm。
所述土壤基质13的高度为5～10cm。
所述挺水景观植物为黄花鸢和美人蕉，耐淹性植物为狗牙根、高羊茅，沉水植物为苦草、金鱼藻和马来眼子菜。
本发明的有益效果：
(1)斜坡式岸坡加上混凝土构筑围墙，使系统稳定，符合岸坡安全要求。
(2)扇形展开的跌水式层级设计，可有效降低径流流速并截留泥沙，对高泥沙含量的降雨径流有良好的拦截净化效果。
(3)充分利用坡岸原有坡度，径流污染靠重力流的方式进入系统进行处理。径流中的颗粒污染物被拦截墙拦截沉降，并被填料及植物根系吸附截留，有机质通过生物膜吸附及同化、异化作用得以消除。根系植物对氧的传递释放，使其周围微环境中依次出现好氧、缺氧和厌氧现象和交替环境，因而保证了径流水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从径流中去除，达到截留部分污染物的目的和效果。
(4)利于布水均匀，对水量和水质适应能力强，水质净化效果稳定可靠。
(5)拦截墙墙体顶部高程的逐级规律化设计，使得径流在通过护坡系统时形成往复折流式前进，有效增大了水力停留时间，解决了当降雨径流流量较大时，流经坡面时流速过快、停留时间短，污染物质无法得到有效去除、截留净化效果非常有限的缺陷。
(6)跌水平台既能起到消能作用，同时又起充氧作用，可以减少对各级处理单元内植物和基质的冲刷。
(7)导流墙可以使处理单元内的水呈潜流态流动，既能充分利用基质的去污作用，又能防止底部死水。
(8)阶梯内层次布局的植物系统，在营造良好的河岸生物栖息环境的同时，也提升了护坡系统对径流中污染物的最终净化能力。层层阶梯式绿色景观，使护坡系统观赏性大大增强。
附图说明
图1为扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的左视剖面图；
图4为图3的净化材料局部放大示意图；
图5为图2的导流板局部放大示意图。
本实用新型附图标记如下：
1———植物种植区A 2———植物种植区B
3———植物种植区C 4———植物种植区D
5———第一级拦截墙A 6———第二级拦截墙B
7———第三级拦截墙C 8———第四级拦截墙D
9———第一级跌水平台A 10———第二级跌水平台B
11———第三级跌水平台C 12———第四级跌水平台D
13———土壤基质 14———黄砂
15———陶粒 16———软石
17———沸石 18———导流板A
19———导流板B 20———导流板C
21———导流板D 22———小孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1是扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统结构示意图，图2是图1的俯视图；由图中可以看到，在岸坡上构筑有无砂混凝土的第一级拦截墙A5、第二级拦截墙B6、第三级拦截墙C7和第四级拦截墙D8，沿坡向下逐级排列，为4级，也可以根据需要设置多级拦截墙，但至少为4级；墙体厚度为10～15cm；第一级拦截墙A5的墙体中间最高，高度为75～85cm,向两边逐渐减小至两端墙高为55～65cm。第二级拦截墙B6的墙体两端最高，为85～95cm，向中间逐渐减小至55～65cm；由于下一级拦截墙的长度增加，拦截墙的最高处也逐级增加10cm，所以，第三级拦截墙C7中间最高处墙体的高度为95～105cm,第四级拦截墙D8两端最高处墙体的高度为105～115m；依此类推。
由图2可见，在每级处理单元内分别设置两个混凝土导流板，依次为导流板A18、导流板B19、导流板C20和导流板D21，导流板为不透水的混凝土板；导流板厚度为5～8cm，下部设置若干小孔22(见图5)，小孔22Φ为4～6cm，小孔的数量根据实际需要确定；导流板分别设在每级处理单元的三等分线上，其高度与对应拦截墙的墙体高度相同。
由图3可见，在各级拦截墙间隔植物种植区的对应位置依次设置有由无砂混凝土构筑的第一级跌水平台A9、第二级跌水平台B10、第三级跌水平台C11和第四级跌水平台D12,各级跌水平台宽度为5～8cm。
该系统的底部铺设填料层，即净化材料层，从底向上依次为：沸石17、软石16、陶粒15、黄砂14(见图3、图4)，填料层总高度为35～45cm，也可以根据实际情况再具体确定其高度。填料层以上为土壤基质13，基质高度为5～10cm。植物种植区种植高大的挺水景观植物和耐淹性植物。其中每一级阶梯内可以分配种植不同的植物，可以第一级为美人蕉和狗牙根，第二级为黄花鸢和高羊茅，当然也可依次种植其他植物，同时能形成不同植物的阶梯式景观效果；其中美人蕉和黄花鸢为景观植物，狗牙根和高羊茅是能吸收污染物的耐淹性植物。
当农田沟渠径流流入河道前，首先要经过本发明的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，即径流污染在重力流作用下经第一级跌水平台跌入第一级处理单元内，径流流速降低，泥沙沉积，植物种植区的耐淹性植物或沉水植物吸收水中的富营养成分，在填料层表面形成生物膜吸附降解污染物。在水位较低时，中间汇集的水会由两边导流板的底部小孔继续向两边流动，水位高时也会从顶部溢流。由于无砂混凝土的拦截墙具有良好的透水性，经过此级初步处理的径流继续下渗或溢流(两边先溢流)，进入第二级处理单元内，水先流经第二级跌水平台，然后再进入植物种植区，水会由两边向中间汇集，在水位较低时水会流经导流板底部小孔向中间汇集，水位高时直接溢流，待水布满后由中间溢流至下一级，依次逐级下去。经过多级的吸收、吸附和降解，最后农田径流得到较大程度的净化后流入河道，从而达到截留入河污染物质的目的。
种植的植物可以根据需要选择，并不仅局限于本发明的描述。通过及时、定期更换填料和收割植物，可以最终把污染物从沟内去除。
本发明的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统的构建，不但能保证正常水位下水体得到净化，同时不妨碍大雨量期坡岸的正常排水泄洪功能。
Claims (8)
1.一种扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，包括拦截墙、土壤基质和植物，其特征在于，该系统至少设置有4级阶梯，阶梯的外侧依次设置有第一级拦截墙A(5)、第二级拦截墙B(6)、第三级拦截墙C(7)和第四级拦截墙D(8)，所述拦截墙由无砂混凝土构筑；所述第一级拦截墙A(5)的墙体顶部高程为中间高、两边低的结构，第二级拦截墙B(6)的墙体顶部高程为两边高、中间低的结构，第三级拦截墙C(7)的墙体顶部高程又为中间高、两边低的结构，第四级拦截墙D(8)的墙体顶部高程为两边高、中间低的结构，依此类推；
所述各级拦截墙之内依次设置有植物种植区A(1)、植物种植区B(2)、植物种植区C(3)和植物种植区D(4)；所述植物种植区的上层设置有土壤基质(13)，土壤基质(13)的下面设置有净化材料，该净化材料由上至下依次为黄砂(14)、陶粒(15)、软石(16)和沸石(17)；
植物种植区A(1)、植物种植区B(2)、植物种植区C(3)和植物种植区D(4)均设置有挺水景观植物和耐淹性植物或者沉水植物；
在各级拦截墙间隔植物种植区的对应位置依次设置有第一级跌水平台A(9)、第二级跌水平台B(10)、第三级跌水平台C(11)和第四级跌水平台D(12)，所述跌水平台由无砂混凝土构筑；
在各级拦截墙与跌水平台之间的垂直位置依次设置有两个导流板A(18)、导流板B(19)、导流板C(20)和导流板D(21)；所述导流板为不透水的混凝土板，其下部设置有小孔(22)；
所述植物种植区A(1)与农田排水沟渠相衔接，第四级拦截墙D(4)与河道相衔接；该系统以与农田排水沟渠相衔接的植物种植区A(1)向下游呈扇形状，为扇形展开的跌水式层级结构，其扇形半径为5～8米，弧长为5.5～10.5米,圆心角为45°～75°。
2.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，所述第一级拦截墙A(5)、第二级拦截墙B(6)、第三级拦截墙C(7)和第四级拦截墙D(8)的墙体厚度均为10～15cm。
3.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，所述第一级拦截墙A(5)中间最高高度为75～85cm,向两边逐渐减小至两端墙高为55～65cm，第二级拦截墙B(6)的两端最高高度为85～95cm，向中间逐渐减小至55～65cm，以后各级拦截墙的最高点逐级增加10cm，依此类推。
4.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，所述的各级跌水平台宽度为5～8cm。
5.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，所述导流板A(18)、导流板B(19)、导流板C(20)和导流板D(21)的厚度为5～8cm，分别设置在每一级植物种植区的三等分线上，其下部设置的小孔(22)Φ为4～6cm，其高度与对应拦截墙的墙体高度相同。
6.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，由黄砂(14)、陶粒(15)、软石(16)和沸石(17)组成的净化材料也称为填料层，其总高度为35～45cm。
7.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，所述土壤基质(13)的高度为5～10cm。
8.根据权利要求1的扇形多阶梯式生态缓冲型护岸系统，其特征在于，所述挺水景观植物为黄花鸢和美人蕉，耐淹性植物为狗牙根、高羊茅，沉水植物为苦草、金鱼藻和马来眼子菜。
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