CN103215931A - 基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法,就是通过在湖泊湿地中，用构件组装可拆卸的、出水口与湖泊出水口密封对接的临时湖中河，并在该湖中河的进水口附近使用可冲刷和扰动湖泊底泥的设备来翻起底泥和污染物，并使之与水一起流入湖中河，最终被排出湖泊的一种清淤排污法。本发明因使用的构件可随时装卸，而使清淤排污工作灵活机动；因构件可重复使用而耗资少；因利用自然水动力而耗能小；并能在不排干湖泊湿地等的蓄水状态下，一边组装河道，一边清淤排污；且因组装的湖中河的比降小而能对中、大型湖泊湿地的各个部位进行全方位的清淤排污。也因此，人类将可能延缓甚至终止湖泊湿地等的自然消亡进程。

Description

基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法

技术领域

本发明涉及一种基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法。

背景技术

湖泊湿地具有突出的生态环境效益，被誉为地球的肺，但一方面湖泊湿地正在因自然原因（泥沙淤积、生物碎屑堆积等原因）在消亡，另一方面因人类的活动导致湖泊富营养化的进程加剧，加速了湖泊的消亡。为此，人们试图通过清淤排污的方法来延缓湖泊的富营养化进程和湖泊湿地的消亡进程，但这种方法通常要将湖泊湿地中的水排干，这样耗资、耗能都十分巨大。为此，笔者根据围湖造河的原理，设计了这个用构件组装湖中河来对湖泊湿地进行清淤排污的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法，它具有耗资、耗能少，能延长湖泊湿地寿命和改善湖泊湿地功能的优点。

本发明是这样来实现的，一种基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法,它包括以下步骤：

（1）用构件组装湖中河：临时湖中河是由若干个构件单元连接而成，每个构件单元由支撑框架和直升式闸门两部分组成，支撑框架的顶面用于铺设面板，使之成为运输物资和员工安装和拆卸临时湖中河的施工的场地；在湖盆底面松软的情况下，支撑框架的底面同样铺设面板，用来增加支撑力；直升式闸门由插槽和门叶组成，门叶的底部为楔形，直升式闸门安装在支撑框架的外侧面；

（2）安装湖中河的方法：首先，湖中河出水口的布置：湖泊湿地的出水口已经修建了水闸或闸坝的，那么将湖中河的出水口直接密封对接在湖泊湿地的闸门出水口上；湖泊湿地的出水口未修建水闸或闸坝、处于自然状态的，那么用组装湖中河的构件，组装一个密封的湖泊湿地出水口的临时闸门；将湖中河的出水口对接在闸门上；对不利用湖泊出水口的，就将出水口水泵放置在临时湖中河的靠岸边的密封一端内，通过抽水使之成为湖中河的出水口；湖中河的进水口处要设置临时闸门；冲刷底泥设备布置在湖中河进水口设置的临时闸门的外侧面附近的湖泊湿地中；

（3）使用湖中河进行清淤排污

使用构件组装的临时湖中河对湖泊湿地进行清淤排污，除了要清除湖泊湿地的底部的泥沙淤积外，还要清除两种主要的内源污染物，一是混合在泥沙中的生物碎屑的有机物；另一是因湖泊富营养化产生的藻华，这两种内源污染物的比重是不同的，前者比重较重，可沉于湖底，后者比重较轻，可浮于水面；进水口的闸门可根据清除的对象设置成两种状态，清除较重的泥沙和生物碎屑时，将闸门的上部合上，留下下部与湖中河联通；而清除澡华，则可将闸门的下部合上，留下上部与湖中河联通；这样能增加清污效率，同时节约湖泊湿地的蓄水；

（4）冲刷底泥设备为多组水枪头组成的喷射水枪，其发动机和水泵放置在小船或木筏上，连接发动机和水泵的喷射水枪沉入湖底，对底泥进行冲刷和扰动。

本发明的技术效果是：本发明构件组装湖中河清淤排污法的原理是基于“围湖造河”的原理，即通过在湖泊湿地中制造流动的水体（河流），并用它来带走淤泥和污染物。但构件组装的湖中河，不是固定的河道，而是需要时能组装起来，不需要时能拆卸的临时河道，不仅湖中河组装结构简单，拆装方便，而且利用湖中河进行清淤排污，耗资、耗能少，可在不排干湖泊湿地的情况下，大幅清除湖泊湿地的底泥和内源污染，延长湖泊湿地寿命，并改善湖泊湿地的生态功能和大幅增加湖泊生态系统的经济效益。结合围湖造河工程（笔者的另一项发明），在大的环境不发生重大变迁的前提条件下，甚至能彻底终止湿润地区中、大型湖泊湿地的消亡进程。

附图说明

图1为本发明的构件的结构主视图。

图2为本发明的构件的结构等轴图。

图3为本发明湖中河出水口对接安装结构示意图。

图4为本发明湖中河出水口密封安装结构示意图。

在图中，1、支撑框架  2、插槽  3、门叶   4、出水口  5、水闸  6、冲刷底泥设备   7、出水口水泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做详细阐述；

1、组装湖中河的构件：临时湖中河是由若干个构件单元连接而成，如图1和2所示，每个构件单元由支撑框架1和直升式闸门两部分组成。支撑框架1的顶面可铺设面板，使之成为运输物资和员工施工的场地；如果湖盆底面松软，支撑框架1的底面也可铺设面板，用来增加支撑力；直升式闸门由插槽2和门叶3组成，门叶3的底部为楔形，直升式闸门安装在支撑框架2的外侧面，插入底泥的直升式闸门的门叶3要高于湖泊湿地的水面0.5至1米，因临时湖中河的水位始终低于湖中河外湖泊湿地的水位使得水压是从外向内的，即直升式闸门可以依靠支撑框架1来支撑来自外侧的水压。 

2、湖中河出水口（4-1）与湖泊湿地的出水口（4-2）（排水口和抽水口）的密封对接，如图3所示，其中箭头为水流方向；

（1）如果湖泊湿地的出水口（4-2）已经修建了水闸5或闸坝，那么我们就可将临时湖中河的出水口（4-1）直接密封对接在湖泊湿地的某个闸门出水口上；

（2）如果湖泊湿地的出水口（4-2）未修建水闸5或闸坝，处于自然状态，那么我们可以用组装湖中河的构件，组装一个密封的湖泊湿地出水口（4-2）的临时闸门，大部分闸门关闭，取其中的某个打开的闸门，将湖中河的出水口（4-1）对接在闸门上就行了；

（3）由于湖泊的底泥和污染物实际上是很好的有机肥料，因此我们可以将清除的底泥和污染物存放到湖泊湿地周边的田地中作为有机肥。但这需要将田地作为曝气沉淀池，并使用能抽泥沙的水泵作为动力源，使之带动湖中河水的流动。如果这样做，只须将出水口水泵7放置在临时湖中河的靠岸边的密封一端内，如图4所示，通过抽水使之成为临时湖中河的出水口。用这种方式来清除湖泊湿地的底泥和内源污染虽然要耗用更多的电能，但也有优势，一方面可增加田地的肥料，另一方面经过曝气和沉淀的水可回流进湖泊湿地，故水资源的损失少。

3冲刷和扰动底泥的设备的布置

由于我们要用构件组装的临时湖中河的进水口来吸取湖泊湿地的底泥和内源污染，并用它将泥沙和内源污染排除湖泊湿地，故冲刷底泥设备6（搅动湖底淤泥的设备）要布置在湖中河的进水口的临时闸门的外侧面附近的湖泊湿地中。

4进水口的闸门设置

使用构件组装的临时湖中河的这种方法来对湖泊湿地进行清淤排污，除了要清除湖泊湿地的底部的泥沙淤积外，还要清除两种主要的内源污染物，一是混合在泥沙中的生物碎屑等有机物；另一是因湖泊富营养化产生的藻华。这两种内源污染物的比重是不同的，前者比重较重，沉于湖底，后者比重较轻，浮于水面。故进水口的闸门要根据清除的对象设置成两种状态，清除较重的泥沙和生物碎屑等可将闸门的上部合上，留下下部与湖中河联通。而清除澡华，则可将闸门的下部合上，留下上部与湖中河联通。这样能增加清污效率，同时节约湖泊湿地的蓄水。

5构件组装的临时湖中河的长度延伸

由于使用构件组装的临时湖中河主要是清淤排污，而湖泊湿地的底泥和内源污染主要是在湖水相对静止状态下沉积的，故在组装的临时湖中河密封的状况下，只要湖中河的水流按照平原地区0.005%质0.007%坡降流动，被翻起的进入湖中河的底泥污染就不会发生沉积，堵住湖中河。按照这个比降，如果湖中河的出水口与进水口的水位差是5至7米，那么湖中河的长度就可达到100千米。这样的延伸长度，至少在中国，几乎所有的湖泊湿地的各个角落都能到达，因此用构件组装的临时湖中河，只要湖中河的河身密封好，不漏水，是可以对中国的任何湖泊湿地的进行全方位的清淤排污的。

6清淤排污工作面的延伸

由于临时湖中河是由一个个构件单元组装而成的，因此除了湖中河的出水口方向外，湖中河的进水口可面向任何方向，因此清淤排污的工作面也可向除出水口方位外的任何方向延伸。

7一边清淤排污，一边组装湖中河

由于清淤排污的施工在湖中河的进水口附近进行，而湖中河的组装也从进水口向外延伸，故我们可以做到一边进行清淤排污，一边组组装湖中河。而通过清淤排污和平整湖底后，组装的临时湖中河将更坚实和实用；

湖泊底泥的清淤排污施工场地设在湖中河的入水口附近外面的湖泊湿地中，随着湖中河的长度增加而向前延伸。我们可以使用由多组水枪头组成的喷射水枪来对湖泊的底泥进行扰动和冲刷，这样底泥被翻起后就会随流动的水流进入湖中河，并被湖中河带出湖泊；

为了增加单位水体带出底泥的效率，我们可以利用异重流原理来排除翻起的底泥。即在湖中河的入水口的上部设闸，拦住泥沙含量少的水进入湖中河，而在下部则留下出水口，将泥沙含量多的比重大的底部泥水就能先行排入湖中河。湖泊富营养化产生的藻华，比重较轻，浮于水体表层，我们则可以在湖中河入水口的下部设闸，拦住下部的水流入湖中河，仅让水体表层的含藻花的水进入湖中河。

构件组装湖中河的湖泊湿地清淤排污法的优势：

首先将这种构件组装的湖中河对接在湖泊的出水口上，实际上就是将湖泊的出水口随组装的湖中河河道的增长而延伸，这样湖泊湿地的出水口就可延伸至湖泊的各个部位。组装的湖中河的理论长度可按平原地区河流的坡降0.005～0.007%（十万分之五至七）来设置，即10千米长的湖中河，其湖中河入水口与出水口的水位差只有0.5米至0.7米。假如清淤排污施工场地设置在湖中河的入水口，那么我们基本上可以对超大型湖泊之外的任何湖泊湿地（在我国，可以说任何湖泊湿地）的各个部位进行清淤排污。即我们事实上是可以对所有的一般湖泊湿地进行全面的清淤排污；

其次，用这种方法进行清淤排污无需将湖水排空。事实上为了增加湖中河的坡降，增加水流的速度，我们很可能还要抬高湖泊的水位，故我们实际上是在湖泊湿地处于正常状态下来对其进行清淤排污；

第三，投资省。虽然开始的投资可能很大，即组装湖中河所需要的材料量大，但构建湖中河的组件都是可重复使用的，且用湖中河和湖泊外流河道来运输底泥的成本低廉。因此实际的投资并不大的，耗能也少。如果将湖中河对接在湖泊的出水口上来进行清淤排污，那么对湖泊进行一次全面的清淤排污的总投资实际上只有湖中河组件的折旧费用和扰动、冲刷底泥的费用（包括人工、机械损耗，能源消耗费用）。如果将湖泊的底泥通过水泵抽放到湖泊周边的田地中，增加的也只有抽水设施、抽水费用和存放底泥场田地的租借费用。而这样做还有以下好处，一是会增加田地的有机肥的肥力。二是经过曝气和泥沙沉淀后的水还能返回湖泊，减少湖泊蓄水的流失；

第四，由于湖中河是构件组装的，清淤排污的机动性强。选择好湖泊底泥的排放位置，就能随时随地进行，也能随时随地的拆卸。

4构件组装湖中河清淤排污法的使用延伸

（1）对淤积的河道进行清淤

用构件组装的湖中河清淤排污法（这里应该改称为用构件组装河中河清淤排污法了），也能对河道进行清淤排污。一般来说，河道都存在冲淤平衡的，因此不需要清淤排污，但有的河道水动力条件发生了变化，造成了泥沙淤积和污染蓄积，因此我们可以用构件组装临时河中河，来进行清淤排污。

（2）可用于开凿泥沙质的河道

例如我们要对湖泊湿地进行围湖造河，就需要在湖泊湿地的泥沙质湖盆底部中开凿河道。将临时湖中河出水口对接在湖泊湿地的出水口，这样悬移质会被带出河道的开凿区，较重的泥沙可通过抽砂泵抽放在两侧的圩堤上。

（3）用于填埋人工湖泊（水库）的死库容。

只要将构件组装的临时湖中河的进水口对接在人工湖的来水口，将构件组装的临时湖中河的出水口延伸到人工湖泊的死库容区。那么人工湖泊的来水携带的泥沙就可以沉淀在死库容区。这样就能保障人工湖泊有效库容不至于大幅减少。

应用实例1：鄱阳湖的综合开发利用

如果对鄱阳湖进行围湖造河（笔者的一项发明），能因减少鄱阳湖的泥沙淤积而延长鄱阳湖的寿命26000年【1】（因此增加的总生态系统的经济效益是406.64万亿元，按每年产生1564亿【2】元算）。那么采用构件组装湖中河清淤排污法来对围湖造河工程形成的湖块进行清淤排污，我们就能在大的环境不发生重大变迁的前提条件下，彻底终止鄱阳湖湿地的消亡。按鄱阳湖的寿命延长一个地质时间单位（100万年）和每年产生1564亿元生态系统的经济效益算，那么鄱阳湖增加寿命而产生的生态经济效益的总数就是15.64万万亿元。这是留给人类子孙后代的天文数字的生态经济的红利。

实例2：太湖的污染的根治

尽管国家和地方投资了1114.98亿元【3】的费用对太湖流域进行水环境污染的整治（2015年完工），但并不能根治太湖的富营养化污染。而太湖的富营养化造成的污染，是太湖流域水环境污染的核心问题，也是太湖流域水环境治理问题的瓶颈，如果我们结合围湖造河的方法（笔者的另一项发明）来开发利用太湖，用其杜绝大部分污染进入太湖。再结合本发明所述方法对太湖进行清淤排污，那么我们不仅能根治太湖的富营养化污染，还将每年为太湖流域的城镇提供可超过60亿立方米以上的清洁淡水，这将解决太湖流域水环境污染问题，保障太湖流域的可持续发展。

备注：

【1】参阅《围湖造河——鄱阳湖湖水控制和开发利用创想》还未公开发表；

【2】2004年公布的中国林科院崔丽娟等评估的鄱阳湖每年的生态系统的经济效益； 

【3】《太湖水环境污染综合治理方案》——国家发改委公布。

Claims (2)

1.一种基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法,其特征在于所述的方法包括以下步骤：

（1）用构件组装湖中河：临时湖中河是由若干个构件单元连接而成，每个构件单元由支撑框架和直升式闸门两部分组成，支撑框架的顶面用于铺设面板，使之成为运输物资和员工安装和拆卸临时湖中河的施工的场地；在湖盆底面松软的情况下，支撑框架的底面同样铺设面板，用来增加支撑力；直升式闸门由插槽和门叶组成，门叶的底部为楔形，直升式闸门安装在支撑框架的外侧面；

（2）安装湖中河的方法：首先，湖中河出水口的布置：湖泊湿地的出水口已经修建了水闸或闸坝的，那么将临时湖中河的出水口直接密封对接在湖泊湿地的闸门出水口上；湖泊湿地的出水口未修建水闸或闸坝、处于自然状态的，那么用组装湖中河的构件，组装一个密封的湖泊湿地出水口的临时闸门，将湖中河的出水口对接在闸门上；对不利用湖泊出水口的，就将出水口水泵放置在湖中河的靠岸边的密封一端内，通过抽水使之成为湖中河的出水口；湖中河的进水口处要设置临时闸门；冲刷底泥设备布置在湖中河进水口设置的临时闸门的外侧面附近的湖泊湿地中；

（3）使用湖中河进行清淤排污

使用构件组装的临时湖中河对湖泊湿地进行清淤排污，除了要清除湖泊湿地的底部的泥沙淤积外，还要清除两种主要的内源污染物，一是混合在泥沙中的生物碎屑有机物；另一是因湖泊富营养化产生的藻华，这两种内源污染物的比重是不同的，前者比重较重，沉于湖底，后者比重较轻，浮于水面；进水口的闸门根据清除的对象设置成两种状态，清除较重的泥沙和生物碎屑时，将闸门的上部合上，留下下部与湖中河联通；而清除澡华，则将闸门的下部合上，留下上部与湖中河联通；这样能增加清污效率，同时节约湖泊湿地的蓄水。

2.如权利要求1所述的一种基于构件组装的湖中河对湖泊湿地进行清淤排污的方法，其特征在于所述的冲刷底泥设备为多组水枪头组成的喷射水枪，其发动机和水泵放置在小船或木筏上，连接发动机和水泵的喷射水枪沉入湖底，对底泥进行冲刷和扰动。

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