CN103993579B - 河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，主要包括：一级植被缓冲带、亲水平台、调节池、生态滞留系统和二级植被缓冲带。一级植被缓冲带设置在沿河堤路面迎河一侧，其坡度与原有岸坡保持一致，沿岸坡向下的宽度为1.0～1.2m，长度800～1000m；生态滞留系统由上向下依次设置有种植土层、填料层、反渗透层和砾石层。本发明在雨季实现了减少面源径流进入河道的污染负荷，非雨季达到了河道水质循环净化与湿地养护的协同目的，并具有良好的景观效果，为面源污染截流及河湖的水质净化提供了借鉴和指导作用。

Description

河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统

技术领域

本发明是关于河道水环境治理的，特别涉及一种应用于面源污染截流及河湖的水质净化的河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统。

背景技术

面源污染是指在较大范围内,溶解性或固体污染物在雨水径流的作用下进入受纳水体,从而造成水体(包括地表水，甚至地下水)污染。在面源(地表)径流与河道之间设置缓冲截污系统是有效减轻地表径流对河道污染的常见方法之一。

缓冲截污系统是介于陆生与水生环境之间具有拦截面源径流污染物能力的系统，通常情况下沿水体分布，具体根据当地地理环境和径流迁移途径灵活确定。其对面源径流污染物的净化机理主要体现在以下两个方面：一是在有效降低径流速度的同时，对颗粒态污染物起拦截和过滤作用；二是缓冲截污系统对径流中溶解态污染物的处理。氮的降解主要是生物过程：植物摄入和存储、微生物固定并储存在土壤中、微生物转化为气态氮。总磷的去除归结于细小泥沙的物理捕捉，以及可溶性磷的土壤和填料吸附、植物和微生物的吸收净化。

在目前面源污染控制中，根据净污机理，广泛应用的措施有植被过滤带、滞留/持留系统等，但这些措施设计单调，尤其是在非雨季的维护利用略显单薄。体现雨季重点截污净化，非雨季河道水质循环净化等多层次设计的理念及在工程中的应用还不多见。

发明内容

本发明的目的，在于雨季实现减少面源径流进入河道的污染负荷及非雨季达到河道水质循环净化与湿地养护的协同目的，即河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统。

本系统在雨季不影响排水的前提下，实现入河污染物的有效控制及水环境的改善；非雨季兼顾河道水质循环净化与湿地养护的协同作用。具体表现：雨季减轻面源径流对河道水环境的较大短时冲击负荷，减少地表径流直接进入地表水体引起的污染，降低对河道水体水质的冲击破坏，达到对雨水及其径流污染减量控制的目的；并且在非雨季利用水泵将河水送到高处,流经湿地缓流渗滤截污系统，实现河湖水质的净化。总之在注重污染物缓冲拦截效果和保证排水效果的同时，还可兼顾提升城市水体景观价值。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，包括河堤、植被缓冲带、过滤系统及排水管道，其特征在于，沿河堤路面迎河一侧设置有一级植被缓冲带1，其坡度与原有岸坡保持一致，沿岸坡向下的宽度为1.0～1.2m，长度为800～1000m，其上种植草本植物；沿一级植被缓冲带1向下，依次设置有亲水平台2、调节池3、生态滞留系统4和二级植被缓冲带5；

所述亲水平台2沿一级植被缓冲带1的底边水平设置，其水平宽度为0.25～0.35m，长度为800～1000m，前沿与一级植被缓冲带1相连接，后沿与垂直向下的调节池3相连接；

所述调节池3为长方形的沟渠式结构，其底部为自然土，长度为800～1000m，宽度为0.25～0.35m，深度为0.12～0.16m；调节池3迎河一侧设置有池壁，池壁的顶部与亲水平台2齐平，厚度为0.08～0.10m；其上部设置有出水口12，出水口12为矩形结构，其顶部与池壁顶部齐平，相当于在池壁顶部设置的凹槽，出水口12的间隔长度为1.5～2.5m，开口长度为0.20～0.30m，开口高度为0.03～0.05m；

亲水平台2和调节池3的池壁均为无砂混凝土结构；

所述生态滞留系统4沿调节池3迎河一侧垂直向下设置，其长度为50～60m，宽度为0.9～1.1m，深度为1.0～1.2m，其底部高程与河道常水位相同；生态滞留系统4与调节池3之间为公有池壁，生态滞留系统4沿横向每800～1000m内至少设置2个；

生态滞留系统4由上向下依次设置有种植土层6、填料层7、反渗透层8和砾石层9；种植土层6为颗粒态的球形椰壳有机基质，厚度为0.25～0.35m，种植多年生、且可短时间耐水涝的植物；填料层7为渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料，高度为0.25～0.35m；反渗透层(8)的作用是防止土壤类颗粒物进入砾石层，以免影响渗水效果；砾石层9的砾石直径为0.04～0.05m，砾石层9的厚度为0.20～0.30m；

砾石层9底部设置有排水管道10，供净化后的下渗雨水排入河道；

生态滞留系统4迎河一侧的池壁与河道原有砌石挡墙11之间设置有二级植被缓冲带5，该二级植被缓冲带5的坡度与原有岸坡保持一致；

生态滞留系统4相邻河道水体中设置有潜水泵14，潜水泵14与生态滞留系统4顶层之间设置有输水管道13；砾石层9的底部设置有通向河道的排水管道10；在非雨季时，将河道水体由潜水泵14经过输水管道13提升至生态滞留系统4使河水得到生态净化后再通过排水管道10流入河道。

一级植被缓冲带1上种植草本植物为麦冬、地绵或者萱草。

种植土层6种植多年生、耐水涝的植物为美人蕉、鸢尾或者大花萱草。

填料层7设置有渗透性较强的炉渣材料。

反渗透层8采用土工布为材料。

本发明有益效果如下：

(1)生态稳定性：在原有岸坡上构建本发明的缓流渗滤截污系统，既能满足排水要求，又能利用现有资源，减小占地面积。同时，通过对雨水提供暂时的储存空间来减缓雨水径流对河岸的冲刷，起到保护河道边坡的目的。

(2)进水方式适应于正常情况的任何雨水水量和水质，水质净化效果稳定可靠。其中，植被缓冲带、亲水平台、调节池可以起到缓冲消能作用，可以降低雨水径流的流速，削减径流量，减小雨水对河道水体的冲击负荷，增加了水力停留时间，延长了生态滞留系统的使用寿命。

(3)亲水平台充分发挥了势能增氧效果，在径流自流流向下一级时完成水力增氧作用，在非雨季节时也可作为娱乐休闲场所，具有一定的社会价值性。

(4)通过植物截留，土壤和填料渗滤、吸附作用净化初期雨水径流污染，改善入河径流水质(尤其是减缓城市暴雨所带来的污染物对水体的污染)。其中，雨水径流中的多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物能到有效去除，也可去除重金属离子、病原体等。

(5)非雨季时，河道水体既是河岸绿地植被灌溉水来源，节约了水资源和绿地植被养护成本，同时又达到了河道水质循环净化的目的。

(6)环境有效性：具有良好的景观效果，充分体现生态设计理念；当本发明服务面积达到一定程度时，缓流渗滤截污系统蓄积雨水的蒸发吸热及植物的蒸腾作用可以调节空气湿度和温度,减轻热岛效应,改善周围的环境条件。

(7)体现了一种面源径流截污净化、河道水质生态处理的河湖水质保持方法和相关雨水管理方面的措施，为面源污染截流及河湖的水质净化提供了一定的借鉴和指导作用。

附图说明

图1为本发明缓流渗滤截污系统的断面布置示意图；

图2为图1的俯视图。

本发明附图标记如下：

1———一级植被缓冲带       2———亲水平台

3———调节池               4———生态滞留系统

5———二级植被缓冲带       6———种植土层

7———填料层               8———反渗透层

9———砾石层               10———排水管道

11———河道原有砌石挡墙    12———出水口

13———输水管道            14———潜水泵

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，本发明采用常规的技术手段和常规原材料进行实施。

本发明的技术方案，在雨季满足排水的前提下，以控制径流污染为主，兼顾控制径流量；在非雨季兼顾河道水质循环净化与湿地养护的协同作用。河堤上的雨水径流及自然降雨自流进入本缓流渗滤截污系统，此系统设置在河堤迎河一侧，沿河堤呈阶梯状，主要包括四部分：一级植被缓冲带1、亲水平台2、调节池3和生态滞留系统4和二级植被缓冲带5。

本发明实施例以1000m河堤长度为例进行实施。

河堤(泥结碎石路面)上的雨水径流自流流经一级植被缓冲带1，一级植被缓冲带1在河堤以下部位，一侧与河堤相连接，坡度与现有岸坡保持一致，为12～16度，沿岸坡向下的长度为1.0～1.2m，宽度800～1000m。其上种植普通草本植物，一般选择具有较高除污效率的植物，满足生态护坡的要求即可，本实施例选择麦冬、地绵和萱草类植物。此缓冲带既可降低径流流速，减少对河岸的冲刷，又可输送雨水径流，对径流中的污染物进行处理。具体表现为：经植被过滤、颗粒物沉积(主要是悬浮物质)、可溶物入渗及土壤颗粒吸附后，不仅流量得到大幅削减，而且径流中的污染物也得到部分去除。

经过一级植被缓冲带处理后的雨水径流，再经过亲水平台2进入调节池3，亲水平台2沿一级植被缓冲带1的底边水平设置，其水平长度为0.25～0.35m，前端与一级植被缓冲带1相连接，后端与垂直向下的调节池3相连接；可以根据现场情况设置多级植被缓冲带，本实施例只设置为1级。调节池3为方形的沟渠式结构，其底部为自然土，雨水可以下渗。调节池3迎河一侧的池壁上部设置有出水口12(此池壁与生态滞留系统4为公共池壁)，出水口12为矩形结构，其顶部与池壁顶部齐平，相当于在池壁顶部设置的凹槽，出水口12的间隔长度为1.5～2.5m，开口长度为0.20～0.30m，开口高度为0.03～0.05m。调节池3的长度为800～1000m，宽度为0.25～0.35m，深度为0.12～0.16m，池壁厚度为0.08～0.10m。通过暂时蓄水，形成水流较为稳定的区域，起到水量调节的作用；同时利用水力增氧，起到预曝气作用。所述的亲水平台2和池壁均为无砂混凝土结构。

调节池3的下端为生态滞留系统4，待调节池3中的水位与其迎河一侧的池壁上设置的出水口12相平时，水会自出水口12流向生态滞留系统4。生态滞留系统4的长度为50～60m，宽度为0.9～1.1m，深度为1.0～1.2m(系统底部高程与河道常水位相同)，池壁厚度为0.05～0.08m。生态滞留系统4沿横向至少设置2个，雨量过大时雨水漫流流经二级植被缓冲带5进入河道内。

生态滞留系统4由上向下依次设置有种植土层6、填料层7、反渗透层8和砾石层9；雨水垂直向下自流通过生态滞留系统的种植土层6、填料层7、反渗透层8、砾石层9，雨水被截留与下渗，当雨量持续增加时，且超过滞留系统的承载能力时，雨水将溢流流经二级植被缓冲带5排入到河道中。种植土层6为植物根系吸附及微生物降解作用提供了一个很好的场所，有较好的过滤和吸附作用；本发明选用球形椰壳有机基质，这种基质是颗粒态，比土壤的渗透系数大，易于水的下渗并改善堵塞问题。因为有机基质，比陶粒等无机基质有益于植物的生长。种植土层6的厚度根据植物类型而定，当采用草本植物时一般厚度为0.25～0.35m左右。种植土层6上面种植的植物应选用多年生的、并且可短时间耐水涝的，如美人蕉、鸢尾、大花萱草等。填料层7在起渗水作用的同时，兼顾吸附污染物的作用，可选用炉渣等渗透性较强(渗透系数一般不低于10^-5m/s)的材料，其厚度应根据当地的降雨特性、生态滞留系统的服务面积等确定，本发明填料层7的高度为0.25～0.35m。反渗透层8可以防止土壤等颗粒物进入砾石层，以免影响渗水效果，可以设置一层土工布。砾石层9选用直径为0.04～0.05m，厚度为0.20～0.30m的砾石。砾石层9底部设有排水管道10，经净化的下渗雨水流经此管道排入河道内。二级植被缓冲带5与一级植被缓冲带1所起作用相同，具体宽度和长度根据现场情况确定，本实施例的宽度为0.4～0.6m，长度为8000～1000m)。

所述的亲水平台和池壁均为无砂混凝土结构。

非雨季时，河道水体由便携式潜水泵14经过输水管道13提升至生态滞留系统4，使河水得到较大程度的生态净化后通过砾石层底部的排水管道10流入河道；与此同时，一级植被缓冲带1和二级植被缓冲带5中的植物根系吸收进入护岸边坡的水体中营养成分，从而达到河道水质循环净化与湿地养护的协同目的。便携式潜水泵14设于河道内，与输水管道13相连接，输水管道13的出口设置于生态滞留系统4，输水管道13顺坡势垂直河道布设于河岸带地表下。

Claims (5)

1.一种河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，包括河堤、植被缓冲带、过滤系统及排水管道，其特征在于，沿河堤路面迎河一侧设置有一级植被缓冲带(1)，其坡度与原有岸坡保持一致，沿岸坡向下的宽度为1.0～1.2m，长度为800～1000m，其上种植草本植物；沿一级植被缓冲带(1)向下，依次设置有亲水平台(2)、调节池(3)、生态滞留系统(4)和二级植被缓冲带(5)；

所述亲水平台(2)沿一级植被缓冲带(1)的底边水平设置，其水平宽度为0.25～0.35m，长度为800～1000m，前沿与一级植被缓冲带(1)相连接，后沿与垂直向下的调节池(3)相连接；

所述调节池(3)为长方形的沟渠式结构，其底部为自然土，长度为800～1000m，宽度为0.25～0.35m，深度为0.12～0.16m；调节池(3)迎河一侧设置有池壁，池壁的顶部与亲水平台(2)齐平，厚度为0.08～0.10m；其上部设置有出水口(12)，出水口(12)为矩形结构，其顶部与池壁顶部齐平，相当于在池壁顶部设置的凹槽，出水口(12)的间隔长度为1.5～2.5m，开口长度为0.20～0.30m，开口高度为0.03～0.05m；

亲水平台(2)和调节池(3)的池壁均为无砂混凝土结构；

所述生态滞留系统(4)沿调节池(3)迎河一侧垂直向下设置，其长度为50～60m，宽度为0.9～1.1m，深度为1.0～1.2m，其底部高程与河道常水位相同；生态滞留系统(4)与调节池(3)之间为公有池壁，生态滞留系统(4)沿横向每800～1000m内至少设置2个；

生态滞留系统(4)由上向下依次设置有种植土层(6)、填料层(7)、反渗透层(8)和砾石层(9)；种植土层(6)为颗粒态的球形椰壳有机基质，厚度为0.25～0.35m，种植多年生、且可短时间耐水涝的植物；填料层(7)为渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料，高度为0.25～0.35m；反渗透层(8)的作用是防止土壤类颗粒物进入砾石层，以免影响渗水效果；砾石层(9)的砾石直径为0.04～0.05m，砾石层(9)的厚度为0.20～0.30m；

砾石层(9)底部设置有排水管道(10)，供净化后的下渗雨水排入河道；

生态滞留系统(4)迎河一侧的池壁与河道原有砌石挡墙(11)之间设置有二级植被缓冲带(5)，该二级植被缓冲带(5)的坡度与原有岸坡保持一致；

生态滞留系统(4)相邻河道水体中设置有潜水泵(14)，潜水泵(14)与生态滞留系统(4)顶层之间设置有输水管道(13)；砾石层(9)的底部设置有通向河道的排水管道(10)；在非雨季时，将河道水体由潜水泵(14)经过输水管道(13)提升至生态滞留系统(4)使河水得到生态净化后再通过排水管道(10)流入河道。

2.根据权利要求1所述的河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，其特征在于，一级植被缓冲带(1)上种植草本植物为麦冬、地绵或者萱草。

3.根据权利要求1所述的河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，其特征在于，种植土层(6)种植多年生、耐水涝的植物为美人蕉、鸢尾或者大花萱草。

4.根据权利要求1所述的河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，其特征在于，填料层(7)设置有渗透性较强的炉渣材料。

5.根据权利要求1所述的河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，其特征在于，反渗透层(8)采用土工布为材料。