CN104556592B - 富营养化平原河网整体生态修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富营养化平原河网整体生态修复系统，包括河网上游区、河网下游区、河网前端主干河道、河网后端主干河道、河网分支河道、回流流道、除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置；回流流道设置在河网下游区与河网上游区之间；除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置依次设置在回流流道上；水位提升装置将河网下游区中的水依次通过除渣装置、隔油装置以及高养殖密度滤食性鱼类养殖池进行提升后与河网上游区的水共同注入河网前端主干河道中。本发明具有生态修复效果易于管控、运行费用低、对水体中氮磷的削减能力强以及基本不占用河网水面面积的优点。

Description

富营养化平原河网整体生态修复系统

技术领域

本发明属于水生态修复领域，涉及一种富营养化平原河网整体生态修复系统。

背景技术

平原河网是城镇河网的主要类型之一。其特点是河网上游与下游水位落差较小、水流速度慢、水体自净能力低，加之城镇污染入河量大，造成平原河网富营养化现象严重，夏季河网水体水华现象经常暴发，使城镇居民生活质量严重受损。

为解决平原河网的富营养化问题，目前主要采取的措施如下：

1)加大截污力度，减少入河污染量；2)引清冲污，加速河道污染物向下游转移；3)在河道内采用原位治理技术，控制藻类生长，防止水华暴发。

其中，采取截污措施后在污染入河较为集中的情况下河网水质提升较为明显。但目前实际情况较多的是入河污染排口分散，且雨污混流排口较多，进一步截污的费用高，难以进一步减少入河污染量，从而难以解决目前的平原河网富营养化问题。

引清冲污的效果也是立竿见影。但越来为稀缺的水资源，使得引清冲污的成本不断提高，以至于引清冲污在很多地区无法实施，已实施的工程使用频率不断下降。不仅如此，引清冲污仅仅是将污染向下游转移，并未有效削减污染量，因此该方法的环保性能较差。

用于控制藻类生长的原位治理技术有通过减少光照水面、投放滤食性鱼类、种植水生植物等多种方式。但采用减少光照水面方式使得水面变小而损害河道景观，采用投放滤食性鱼类方式则由于河道所属区域面积大而且分散从而效果难以有效管控，采用种植水生植物方式对收割下来的植物进行有效处置费用较高。不仅如此，原位治理技术本身不具有水中垃圾和浮油清理功能，采用原位治理技术时，水面垃圾目前只能采用人工或机械船沿河打捞，打捞劳动强度大，水面油污基本上无法去除。

发明内容

本发明的目的在于克服以上方法中所提到的不足，进而提供一种生态修复效果易于管控、运行费用低、对水体中氮磷的削减能力强以及基本不占用河网水面面积的富营养化平原河网整体生态修复系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述富营养化平原河网整体生态修复系统包括河网上游区、河网下游区、河网前端主干河道、河网后端主干河道、一条或多条河网分支河道、回流流道、除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置；所述河网上游区依次通过河网前端主干河道、一条或多条河网分支河道以及河网后端主干河道与河网下游区相贯通；所述河网下游区与河网上游区之间沿河网下游区至河网上游区的方向设置有回流流道；所述除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置依次设置在回流流道上；所述水位提升装置将河网下游区中的水依次通过除渣装置、隔油装置以及高养殖密度滤食性鱼类养殖池进行提升后与河网上游区的水共同注入河网前端主干河道中。

作为优选，本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统还包括设置在河网上游区与河网下游区之间的旁路流道；所述旁路流道上设置有旁路流道流量控制装置；所述河网前端主干河道上设置有河网上游进水流量控制装置；所述河网上游区通过旁路流道流量控制装置以及旁路流道与河网下游区相贯通；所述河网上游区中的水通过河网上游进水流量控制装置后与水位提升装置将河网下游区中的水一并注入河网前端主干河道中。

作为优选，本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统还包括分别设置在一条或多条河网分支河道上的河网分支河道流量控制装置。

作为优选，本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统还包括分别设置在一条或多条河网分支河道上且沿水流方向的第二除渣装置以及第二隔油装置。

作为优选，本发明所采用的河网前端主干河道、河网后端主干河道、一条或多条河网分支河道以及回流流道中养殖有底栖动物。

作为优选，本发明所采用的高养殖密度滤食性鱼类养殖池是具有沉淀池特征的高养殖密度滤食性鱼类养殖池或深水型高养殖密度滤食性鱼类养殖池。

作为优选，本发明所采用的高养殖密度滤食性鱼类养殖池中设置有曝气装置。

作为优选，本发明所采用的旁路流道流量控制装置、河网上游进水流量控制装置以及河网分支河道流量控制装置均是闸门或橡胶坝。

作为优选，本发明所采用的闸门是下开式闸门。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统是在河网水位最低点(河网下游区)与最高点(河网上游区)之间进行水位提升，以产生生态修复范围内的水体循环流动；在河网水位最低点到最高点之间的水流过程中采用高养殖密度滤食性鱼类养殖池降低水体中藻类浓度；在水流进入高养殖密度滤食性鱼类养殖池之前，采用除渣装置和隔油装置分别去除水中垃圾和浮油。滤食性鱼类以藻类及浮游动物为食，水流经过高养殖密度滤食性鱼类养殖池后，水体中藻类及浮游动物浓度降低，水体透明度获得提升、氮磷元素转移到鱼体内，通过对鱼类的打捞最终将氮磷元素中水体中去除。水体中藻类及浮游动物浓度降低水平可根据需要通过调节滤食性鱼类的藻类及浮游动物摄入量控制。水体循环流动起来后，水中的垃圾和浮油可随水流向下游流动，在高养殖密度滤食性鱼类养殖池前采取除渣和隔油措施一方面高效清洁了水面，另一方面保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池高效运行。水体循环流动起来后，河网水体复氧能力增加，上下层水体氧交换作用增强，有助于河道底部污染物降解与去除，同时也是维持高养殖密度滤食性鱼类养殖池高效运行的溶解氧的重要来源，由于采取了除渣和隔油措施，该作用得到进一步增强。本系统主要运行费用为河网水体循环动力费用，而对于平原河网而言，由于最高水位与最低水位之间水位差不大，因此产生水体循环的动力费用有限，运行费用远低于现有技术。因此，概括而言，本发明具有以下优点：

1、富营养化平原河网水体生态修复效果可控性增加；2、若达到相同的富营养化平原河网水体生态修复效果，运行费用大幅度降低；3、不仅能有效地控制富营养化平原河网水体藻类浓度，防止其水华暴发，同时也能有效削减水体中氮磷含量，实现水体深度净化；4、基本不占用河网水面面积；5、大幅度降低了水面垃圾打捞劳动强度；6、实现对水面油污定期全面清除；7、无污染转移，环保性好；8、大幅度延长河网清淤疏竣周期；9、与其他水体生态修复技术之间有很好的兼容性。

附图说明

图1为本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统的第一实施例的原理示意图；

图2为本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统的第二实施例的原理示意图；

图3为本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统的第三实施例的原理示意图；

图4为本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统的第四实施例的原理示意图；

图5为本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统的第五实施例的原理示意图；

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-除渣装置；2-隔油装置；3-高养殖密度滤食性鱼类养殖池；4-水位提升装置；51-河网上游进水流量控制装置；52、53、54-河网分支河道流量控制装置；57-旁路流道流量控制装置；61-河网前端主干河道；62、63、64-河网分支河道；65-河网后端主干河道；66-回流流道；67-旁路流道；7-底栖动物。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种富营养化平原河网整体生态修复系统，该富营养化平原河网整体生态修复系统包括河网上游区、河网下游区、河网前端主干河道、河网后端主干河道、一条或多条河网分支河道、回流流道、除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置；河网上游区依次通过河网前端主干河道、一条或多条河网分支河道以及河网后端主干河道与河网下游区相贯通；河网下游区与河网上游区之间沿河网下游区至河网上游区的方向设置有回流流道；除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置依次设置在回流流道上；水位提升装置将河网下游区中的水依次通过除渣装置、隔油装置以及高养殖密度滤食性鱼类养殖池进行提升后与河网上游区的水共同注入河网前端主干河道中。

本发明的工作原理是：在河网水位最低点(河网下游区)与最高点(河网上游区)之间进行水位提升，以产生生态修复范围内的水体循环流动；在河网水位最低点到最高点之间的水流过程中采用高养殖密度滤食性鱼类养殖池降低水体中藻类浓度；在水流进入高养殖密度滤食性鱼类养殖池之前，采用除渣装置和隔油装置分别去除水中垃圾和浮油。

本发明所提供的富营养化平原河网整体生态修复系统的具体工作方式是：

1)对于富营养化平原河网，从河网上游往下游其水体藻类及浮游动物浓度不断增加，至高养殖密度滤食性鱼类养殖池入口时藻类及浮游动物浓度达到最高值；滤食性鱼类以藻类及浮游动物为食，水流经过高养殖密度滤食性鱼类养殖池后，水体中藻类及浮游动物浓度降低，水体透明度获得提升、氮磷元素转移到鱼体内，通过对鱼类的打捞最终将氮磷元素中水体中去除。水体中藻类及浮游动物浓度降低水平可根据需要通过调节滤食性鱼类的藻类及浮游动物摄入量控制。

2)河网水体中藻类及浮游动物浓度控制值并非越低越好。由于水体中氮磷污染物可通过藻类增殖而被藻类吸收，因此保持适量的藻类浓度，有助于水体中氮磷污染物的去除；浮游动物以藻类为食，自身再被滤食性鱼类摄食，因此保持适量的浮游动物浓度有助于氮磷向鱼体转移。藻类及浮游动物具体浓度值则根据不同生态修复目标而确定。如对水体透明度要求较高的情况下，河道藻类浓度值选择较低；如对水体中氮磷削减量要求较高时，河道藻类浓度值选择较高。

3)滤食性鱼类的藻类摄入量控制可通过以下方式实现：

(1)控制滤食性鱼类的数量；

(2)控制单位滤食性鱼类的水流量。

4)水体循环流动起来后，水中的垃圾和浮油可随水流向下游流动，在高养殖密度滤食性鱼类养殖池前采取除渣和隔油措施一方面高效清洁了水面，另一方面保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池高效运行。

5)水体循环流动起来后，河网水体复氧能力增加，上下层水体氧交换作用增强，有助于河道底部污染物降解与去除，同时也是维持高养殖密度滤食性鱼类养殖池高效运行的溶解氧的重要来源。由于采取了除渣和隔油措施，该作用得到进一步增强。

为强化河网分支河道中的水体生态修复效果，本发明进一步在分支河道设置水流控制装置(例如水闸)。水流控制装置相互配合，尽可能使每条支河道中原有河水能被高养殖密度滤食性鱼类养殖池出水彻底置换。

当河网上游来水水质较差时，在条件允许的情况下，本发明推荐一种较优化的解决方案，即在河网入口前增加设置旁路流道，并在旁路流道上设置相应的水流控制装置。该方案可确保河网上游污染对河网生态修复效果的不良影响降到最低。

当河网河道较长、水面垃圾和(或)油污产量较高时，本发明除在高养殖密度滤食性鱼类养殖池前采取除渣和隔油措施外，可进一步在河网内采取除渣和(或)除油措施，以尽可能减少河网水面垃圾和(或)油污的覆盖面积，从而增强河网水体生态修复效果。

当河网水体水质要求较高时，本发明进一步在河网中投放底栖动物，以分解鱼类的排泄物，防止出现由于鱼类排泄物在河网中的积累而对河网生态修复效果的不良影响。

当河网水体中要求控制的藻类浓度较高时，为保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池中夜间的溶解氧浓度、维持系统正常运行，本发明进一步在高养殖密度滤食性鱼类养殖池中采取曝气措施，在池内溶解氧浓度较低时对池内水体进行充氧。采取曝气措施后，还可在由于设备故障不能进行河网内水体循环时，或根据实际需要暂时停止河网内水体循环时，保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池中的溶解氧浓度。

为强化高养殖密度滤食性鱼类养殖池对水体中悬浮物的去除作用，本发明进一步将该池设计成具有沉淀池特征，并采取相应的污泥清除和处置措施，可连续或定期对池内沉积污泥进行处理。

为减少高养殖密度滤食性鱼类养殖池占地面积，节省用地成本，本发明进一步在当地条件适宜的情况下将该池设计成深水池。高养殖密度主要是相对于自然水体粗放养殖密度而言，前者为后者的5倍以上，即本发明中高养殖密度滤食性鱼类养殖池最大载鱼量应在750kg/亩以上；滤食性鱼类主要为鲢和鳙。

作为优选，水流控制装置选用下开式的闸门或橡胶坝等，以方便河网行洪排涝和船只通行。

本发明虽然强调本身是一种河网的“整体性”生态修复技术，但不妨碍本技术在河网局部区域生态修复中的应用，仅表明本技术在河网的“整体性”生态修复中具有更大的优势。

下面结合附图以及实施例对本发明所提供的技术方案作进一步地详细说明：

实施例一

本实施例是本发明最基本的实施例，其示意图见图1。本实施例包含以下内容：除渣装置1、隔油装置2、高养殖密度滤食性鱼类养殖池3、水位提升装置4、河网前端主干河道61、河网分支河道62、63、64、河网后端主干河道65、回流流道66。其中河网前端主干河道61、河网分支河道62、63、64、河网后端主干河道65属河网生态修复对象；回流流道66可为新建或原有河道、箱涵等，因此可列入生态修复措施、也可列入生态修复对象。

本实施例是通过以下方式实现富营养化平原河网生态修复的：

1、水位提升装置4通过回流流道66、高养殖密度滤食性鱼类养殖池3将河网末端水体提升至河网前端，产生了生态修复范围内的水体循环流动。

2、藻类及浮游动物浓度较高的含有垃圾、浮油的河网末端水体经过除渣装置1、隔油装置2去除垃圾和浮油之后进入高养殖密度滤食性鱼类养殖池3。该除渣和隔油措施一方面高效清洁了水面，另一方面保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池3高效运行。

3、在高养殖密度滤食性鱼类养殖池3内，水体中的藻类及浮游动物被滤食性鱼类作为食物被消化分解、吸收，水体中藻类及浮游动物浓度降低，出水经水位提升装置4提升后，通过回流流道66进入河网前端主干河道61。高养殖密度滤食性鱼类养殖池3出水藻类及浮游动物浓度可根据不同生态修复目标而确定。如对水体透明度要求较高的情况下，河道藻类及浮游动物浓度值选择较低；如对水体中氮磷削减量要求较高时，河道藻类及浮游动物浓度值选择较高。

4、高养殖密度滤食性鱼类养殖池3出水藻类浓度降低水平可通过调节滤食性鱼类的藻类及浮游动物摄入量控制。滤食性鱼类的藻类及浮游动物摄入量控制可通过以下方式实现：

(1)控制滤食性鱼类的数量；

(2)控制单位滤食性鱼类的水流量。

5、与河网上游来水混合后，混合水流依次流经河网前端主干河道61、河网分支河道62、63、64、河网后端主干河道65。在河网内，一方面混合水流将原有藻类及浮游动物浓度较高的含有垃圾、浮油的河水逐渐向河网末端驱赶，使河网水体藻类及浮游动物浓度降低、水中垃圾、浮油被清除；另一方面河网水体仍然可以维持一定浓度的藻类进行光合作用吸收水体中的氮磷等富营养物质，同时维持一定浓度的浮游动物加速氮磷元素从藻类中向鱼体内的转移，深度净化水体。

6、水体循环流动起来后，河网水体复氧能力增加，上下层水体氧交换作用增强，有助于河道底部污染物降解与去除，同时也是维持高养殖密度滤食性鱼类养殖池3高效运行的溶解氧的重要来源。由于采取了除渣和隔油措施，清洁了水面，增加了水体与空气的接触面积，该作用得到进一步增强。

7、在河网末端一部分水排入河网下游,另一部分水则继续在河网内循环。

8、河网内循环水流量的大小可根据河网上游来水水量、水质，根据河网沿岸入河污染量大小，根据河网生态修复目标等而确定。

9、作为优选，水位提升装置4采用满足设计要求的水泵。

实施例二

如图2所示，本实施例是在实施例一的基础上，在河网分支河道62、63、64上分别设置有河网分支河道流量控制装置52、53、54。通过对河网分支河道流量控制装置52、53、54的控制，可实现尽可能地使每条支河道中原有河水能被高养殖密度滤食性鱼类养殖池3出水彻底置换。例如通过河网分支河道流量控制装置52、53关闭河网分支河道62、63水流，通过河网分支河道流量控制装置54打开河网分支河道64水流，河网分支河道64中水流速度增加，该河道内垃圾、浮油等在较高流速下易被快速彻底冲刷出去，原有河水也在较高流速下易被快速彻底置换出去。在一条分支河道达到彻底冲刷或者置换要求后，再依次冲刷或者置换下一条支流。

实施例三

如图3所示，本实施例是在实施例一的基础上，在河网入口前增加设置旁路流道67、河网上游进水流量控制装置51，并在旁路流道67上设置相应的旁路流道流量控制装置57。通过对河网上游进水流量控制装置51和旁路流道流量控制装置57，控制河网上游水进入河网的量。例如当上游水质较好时，适当加大入河网的水量；反之，则适当减少入河网的水量。需要注意的是，即使上游水质较好，加大进入河网的上游水量会将更多的污染物带出河网，对河网下游造成更大污染；而在上游水质较差时，过少的入河网水量会造成河网内无机盐类积累严重或水位下降，破坏河网水体生境。因此上游水入河网水量还应根据当地水文、水利、地质、气候、河网污染情况以及河网生态修复目标等条件进行优化设计。

实施例四

如图4所示，本实施例是在实施例一的基础上，在河网分支河道62、63、64末端均增加除渣装置1和隔油装置2，降低河网后端主干河道65中垃圾和浮油量，减少了河网水面垃圾和油污的覆盖面积，增强了河网水体生态修复效果。本实施例尤其适用于当河网河道较长、垃圾和油污入河量较大的情况。

实施例五

如图5所示，为了防止出现由于鱼类排泄物在河网中的积累而对河网生态修复效果的不良影响，本实施例是在实施例一的基础上，增加在河网中投放底栖动物7，以分解鱼类的排泄物，作为优选，底栖动物7主要选用螺蛳和河蚌。

实施例六

本实施例是在实施例一的基础上，增加高养殖密度滤食性鱼类养殖池3曝气措施，在池内溶解氧浓度较低时对池内水体进行充氧。本实施例适用于当河网水体中要求控制的藻类浓度较高时，为保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池3中夜间的溶解氧浓度、维持系统正常运行；也适用于由于设备故障不能进行河网内水体循环时，或根据实际需要暂时停止河网内水体循环时，保证高养殖密度滤食性鱼类养殖池3中的溶解氧浓度。

实施例七

本实施例是在实施例一的基础上，将高养殖密度滤食性鱼类养殖池3设计成具有沉淀池特征，并采取相应的污泥清除和处置措施，可连续或定期对池内沉积污泥进行处理，强化对水体中悬浮物的去除作用。

实施例八

本实施例是在实施例一的基础上，在当地条件适宜的情况下将高养殖密度滤食性鱼类养殖池3设计成深水型，减少高养殖密度滤食性鱼类养殖池占地面积，节省用地成本。深水型高养殖密度滤食性鱼类养殖池3一般设计水深为3～6m。

除以上实施例外，本发明还可以根据具体实际需求，对上述技术特点或技术特征进行相应地组合，形成适应于不同富营养化平原河网，并进行整体生态修复。

Claims (9)

1.一种富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述富营养化平原河网整体生态修复系统包括河网上游区、河网下游区、河网前端主干河道、河网后端主干河道、一条或多条河网分支河道、回流流道、除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置；所述河网上游区依次通过河网前端主干河道、一条或多条河网分支河道以及河网后端主干河道与河网下游区相贯通；所述河网下游区与河网上游区之间沿河网下游区至河网上游区的方向设置有回流流道；所述除渣装置、隔油装置、高养殖密度滤食性鱼类养殖池以及水位提升装置依次设置在回流流道上；所述水位提升装置将河网下游区中的水依次通过除渣装置、隔油装置以及高养殖密度滤食性鱼类养殖池进行提升后与河网上游区的水共同注入河网前端主干河道中。

2.根据权利要求1所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述富营养化平原河网整体生态修复系统还包括设置在河网上游区与河网下游区之间的旁路流道；所述旁路流道上设置有旁路流道流量控制装置；所述河网前端主干河道上设置有河网上游进水流量控制装置；所述河网上游区通过旁路流道流量控制装置以及旁路流道与河网下游区相贯通；所述河网上游区中的水通过河网上游进水流量控制装置后与水位提升装置将河网下游区中的水一并注入河网前端主干河道中。

3.根据权利要求2所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述富营养化平原河网整体生态修复系统还包括分别设置在一条或多条河网分支河道上的河网分支河道流量控制装置。

4.根据权利要求3所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述富营养化平原河网整体生态修复系统还包括分别设置在一条或多条河网分支河道上且沿水流方向的第二除渣装置以及第二隔油装置。

5.根据权利要求4所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述河网前端主干河道、河网后端主干河道、一条或多条河网分支河道以及回流流道中养殖有底栖动物。

6.根据权利要求5所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述高养殖密度滤食性鱼类养殖池是具有沉淀池特征的高养殖密度滤食性鱼类养殖池或深水型高养殖密度滤食性鱼类养殖池。

7.根据权利要求6所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述高养殖密度滤食性鱼类养殖池中设置有曝气装置。

8.根据权利要求7所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述旁路流道流量控制装置、河网上游进水流量控制装置以及河网分支河道流量控制装置均是闸门或橡胶坝。

9.根据权利要求8所述的富营养化平原河网整体生态修复系统，其特征在于：所述闸门是下开式闸门。