CN105540859A - 一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，该系统是根据河道周边具体情况，因地制宜，采用河道中心位置和周边位置相结合构建砾石床的水生态修复模式，系统主要包括：表面流人工湿地、进水滚水坝、原位砾石床、出水滚水坝、导流滚水坝、引水渠、异位砾石床、出水溢流堰和汇水渠。本发明所述的异位和原位相结合的砾石床水生态修复系统可以有效地治理河道黑臭、水体恶化，增强水体自身的净化能力，使河道水体达到地表水标准；同时，构建异位和原位相结合的砾石床有助于构建复杂的水生生物生境，增强河道动植物栖息地多样性，增加河道生态系统稳定性。

Description

一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统
技术领域
本发明涉及环境工程、生态工程以及水利工程设计领域，特别是涉及一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统。
背景技术
河流有丰富的水量、水利和水产资源，又具有维持生物多样性、调节气候、蓄纳洪水、调节地表径流、生态修复水质等功能。但是，随着我国工农业的迅速发展、城市化进程加快和低级、粗放的经济发展模式，工业废水和生活污水排放量日益增加，大量营养物不断流入河流，给诸多河流造成了不良影响，其中河流黑臭已成为我国城市中小型河道共同存在的污染问题，河流黑臭对城市的环境造成极其严重的影响，不但影响城市容貌，更是影响周边居民的生活和健康。
目前，国内外河道生态修复面临的最主要问题之一是河道水污染严重，生态系统退化，只靠河道本身自净能力不足以保持河道水质。生态修复方法以截污控源为主，这种方法集中于河道范围之外的治理，对河道内只做基本的清淤和生态修复，因此，对于恢复河道生态系统，增强河道自身净化能力效果不是十分突出，且运行成本较高，能耗较大。
一种黑臭河道治理及恢复方法（CN103422466A）公开了河道治理及恢复包括以下步骤：（1）河道截污、排污；（2）河道清淤；（3）测量放线；（4）坡面修整；（5）铺设植物垫；（6）灌水；（7）人工管养河道一年。该方法并未对河道本身制定强化净化的措施，而是将重点都放在河道基础处理和河道外的治理上。
一种针对黑臭河道水体修复的方法（CN102603078A）公开了采用仿生水草-微生物制剂-鲢鱼-河蚌-蚯蚓的复合体系，利用生物富氧技术，采用原位治理的方式进行黑臭河道进行水体修复，该方法只构造了河道的生态系统，但是对河道水质净化效果不足。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种对河道水原位和异位相结合的砾石床水生态修复系统，该系统具体是一种不占用额外空间、低成本、运行稳定、运转维护简单、充分利用砾石接触氧化的结构。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，包括:表面流人工湿地、进水滚水坝、原位砾石床、出水滚水坝、导流滚水坝、引水渠、异位砾石床、出水溢流堰和汇水渠；
所述的表面流人工湿地位于原位砾石床的上游河道，所述的表面流人工湿地的后方依次设置进水滚水坝、原位砾石床和出水滚水坝，所述的出水滚水坝的后方依次设置导流滚水坝、引水渠、异位砾石床、出水溢流堰和汇水渠。
进一步的技术方案，所述的表面流人工湿地包括基质、水生植物和拦截网；所述的基质是10-20cm厚、粒径3-5cm的砾石；所述的水生植物是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物是再力花、梭鱼草、芦苇中的一种或几种的组合，种植宽度为20m，每块间隔30-50m；所述的拦截网是网孔2*2cm的渔网，拦截网位于表面流人工湿地的末尾，进水滚水坝的前端。
进一步的技术方案，所述的进水滚水坝的高是0.3-0.5m，顶部宽是1-2m，所述的进水滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石每隔0.5m放置一块。
进一步的技术方案，所述的原位砾石床设置在河道中心位置，并位于河底以下，其上表面与河底平齐，深度为2-3m，宽与河道常水位的水面相平；
所述的原位砾石床包括分级砾石填料、隔水板和水生植物；
所述的分级砾石填料为原位砾石床的主要组成部分，从下向上依次为粒径为5-10cm的砾石层、3-5cm的砾石层、1-3cm的砾石层、5-10mm的砾石层以及2-5mm的种植细沙层组成，每层厚度为0.3-0.5m；
所述的隔水板垂直设于分级砾石填料中，具体在原位砾石床首端设置一块隔水板，其余隔水板依次每隔20m设置一块，隔水板高度和宽度与分级砾石填料相同，奇数块隔水板的底部与分级砾石填料底部平齐，偶数块隔水板的底部高于分级填料底部0.5m，所述的隔水板的材料为不透水的PP板；
所述的水生植物是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物为黄花鸢尾、水生美人蕉中的至少一种。
进一步的技术方案，所述的出水滚水坝的坝高是0.2-0.3m，顶部宽是0.5-1m，所述的出水滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.3*0.3cm，顶部块石每隔0.3m放置一块。
进一步的技术方案，所述的导流滚水坝的长与河槽相当，其分为中间段和两边段，所述的中间段为常水位水面位置，所述的中间段高于两边段0.3m，所述的导流滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石每隔0.5m放置一块。
进一步的技术方案，所述的引水渠的宽是1-2m，长与异位砾石床的宽相当，深与河道水深相当。
进一步的技术方案，所述的异位砾石床位于主河道两侧的河槽中，所述的异位砾石床包括分级砾石填料、隔水板和水生植物；
所述的分级砾石填料为异位砾石床的主要组成部分，从下向上依次为粒径为5-10cm的砾石层、3-5cm的砾石层、1-3cm的砾石层、5-10mm的砾石层以及2-5mm的种植细沙层组成，每层厚度为0.3-0.5m；
所述的隔水板垂直设于分级砾石填料中，具体在异位砾石床首端设置一块隔水板，其余隔水板依次每隔20m设置一块，隔水板高度和宽度与分级砾石填料相同，奇数块隔水板的底部与分级砾石填料底部平齐，偶数块隔水板的底部高于分级填料底部0.5m，所述的隔水板的材料为不透水的PP板；
所述的水生植物是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物为黄花鸢尾、水生美人蕉中的至少一种。
进一步的技术方案，所述的出水溢流堰位于异位砾石床的末端，所述的出水溢流堰包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.3*0.3cm，顶部块石每隔0.3m放置一块。
进一步的技术方案，所述的汇水渠设置于出水溢流堰的后方，所述的汇水渠的宽是1-2m，长与异位砾石床的宽相当，深与河道水深相当。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明提出一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，该系统可以有效地治理河道黑臭、水体恶化的问题，大大增强了河道自身的净化能力，大部分的净化过程在河道内进行，使河道水体达到地表水标准；同时，构建异位和原位相结合的砾石床有助于构建复杂的水生生物生境，增强河道动植物栖息地多样性，增加河道生态系统稳定性。
2.本发明中的表面流人工湿地起到了过滤、沉降、拦截的效果，减少了进入砾石床的固体物质，可以有效地减缓砾石床的堵塞，减少维护费用。
表面流人工湿地底部铺设10-20cm厚，粒径3-5cm砾石，作为人工湿地基质，用于增强河床的净化能力；间隔种植再力花、梭鱼草、芦苇等景观性挺水植物，增强河道自身净化能力，同时每块植物间隔30-50m，预留大面积的水面，有利于水体富氧，增强净化效果；铺设网孔2*2cm的拦截网用于拦截河道表面固体漂浮垃圾。
3.本发明中的进水滚水坝高约0.3-0.5m，顶部宽约1-2m；进水滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体，坝顶块石，滚水坝坝体为砖混、钢混或沙袋构成，可以根据实际水力条件选取，保证进水滚水坝的稳定性，顶部块石的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石每隔0.5m放置一块，增加进水滚水坝的跌水效果，跌水效果可以形成河道的阶段性增氧，保证了河道溶解氧充足，增加河道净化能力，同时增强景观效果和亲水作用。
4.本发明中的原位砾石床设置在河道中心位置，并位于河底以下，其上表面与河底平齐，深度为2-3m，有效地形成了厌氧区、缺氧区和好氧区，增强了河道的TN和TP的去除效果，宽与河道常水位的水面相平，长度根据河道实际情况确定，原位砾石床不占用河道面积，不改变河道原有形态，不影响河道防洪能力；并且原位砾石床包括分级砾石填料、隔水板和水生植物，通过砾石床砾石分级铺设，不但减少了砾石床的堵塞几率，而且保证了砾石床的布水均匀。
5.本发明中的导流滚水坝长与河槽相当，分为中间段和两边段，中间段为常水位水面位置，中间段高于两边段0.3m左右，该结构可以保证常水位时河水通过导流滚水坝导入异位砾石床，洪水时河水可以通过主河道泄洪。
6.本发明中的引水渠，宽1-2m，长与异位砾石床宽相当，深与河道水深相当，将水引入异位砾石床，保证布水均匀。
7.本发明中的异位砾石床位于河道两侧河槽中，宽根据实际河道宽度而定，长度根据水质情况设置，异位砾石床设计的位置可以增强河道生境的多样性，增加河道生态系统稳定性。
8．本发明中的汇水渠设置于水溢流堰的后方，用于汇集异位砾石床出水后排入原河道。
9本发明中的异位砾石床和导流滚水坝的设计，不但保证了水质的净化，而且保证了河道对泄洪的要求。
附图说明
图1是本发明一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统的平面图；
图2是表面流人工湿地示意图；
图3是进水滚水坝、出水滚水坝、出水溢流堰示意图；
图4是原位砾石床和异位砾石床的示意图
图5是导流滚水坝示意图；
附图中各部件的标记如下：
1、表面流人工湿地，2、进水滚水坝，3、原位砾石床，4、出水滚水坝，5、引水渠，6、导流滚水坝，7、异位砾石床，8、出水溢流坝，9、汇水渠，10、水生植物，11、基质，12、顶部块石，13、滚水坝坝体，14、滚水坝基础，15、隔水板，16、分级砾石填料。
具体实施方法：
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步详细的说明。
请参阅图1至图5，本发明包括：
一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，包括:表面流人工湿地1、进水滚水坝2、原位砾石床3、出水滚水坝4、引水渠5、导流滚水坝6、异位砾石床7、出水溢流堰8和汇水渠9；
所述的表面流人工湿地1位于原位砾石床3的上游河道，所述的表面流人工湿地1的后方依次设置进水滚水坝2、原位砾石床3和出水滚水坝4，所述的出水滚水坝4的后方依次设置引水渠5、导流滚水坝6、异位砾石床7、出水溢流堰8和汇水渠9。
所述的表面流人工湿地1包括基质11、水生植物10和拦截网；所述的基质11是10-20cm厚、粒径3-5cm的砾石；所述的水生植物10是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物是再力花、梭鱼草、芦苇中的一种或几种的组合，种植宽度为20m，每块间隔30-50m；所述的拦截网是网孔2*2cm的渔网，拦截网位于表面流人工湿地1的末尾，进水滚水坝2的前端。
所述的进水滚水坝2的高是0.3-0.5m，顶部宽是1-2m，所述的进水滚水坝2包括滚水坝基础14、滚水坝坝体13、顶部块石12；所述的滚水坝基础14是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体13由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石12的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石12每隔0.5m放置一块。
所述的原位砾石床3设置在河道中心位置，并位于河底以下，其上表面与河底平齐，深度为2-3m，宽与河道常水位的水面相平；
所述的原位砾石床3包括分级砾石填料16、隔水板15和水生植物10；
所述的分级砾石填料16为原位砾石床3的主要组成部分，从下向上依次为粒径为5-10cm的砾石层、3-5cm的砾石层、1-3cm的砾石层、5-10mm的砾石层以及2-5mm的种植细沙层组成，每层厚度为0.3-0.5m；
所述的隔水板15垂直设于分级砾石填料16中，具体在原位砾石床3首端设置一块隔水板15，其余隔水板15依次每隔20m设置一块，隔水板15高度和宽度与分级砾石填料16相同，奇数块隔水板15的底部与分级砾石填料16底部平齐，偶数块隔水板15的底部高于分级填料16底部0.5m，所述的隔水板15的材料为不透水的PP板；
所述的水生植物10是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物为黄花鸢尾、水生美人蕉中的至少一种。
所述的出水滚水坝4的坝高是0.2-0.3m，顶部宽是0.5-1m，所述的出水滚水坝4包括滚水坝基础14、滚水坝坝体13、顶部块石12；所述的滚水坝基础14是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体13由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石12的粒径是0.3*0.3cm，顶部块石12每隔0.3m放置一块。
所述的导流滚水坝6的长与河槽相当，其分为中间段和两边段，所述的中间段为常水位水面位置，所述的中间段高于两边段0.3m，所述的导流滚水坝6包括滚水坝基础14、滚水坝坝体13、顶部块石12；所述的滚水坝基础14是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体13由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石12的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石12每隔0.5m放置一块。
所述的引水渠5的宽是1-2m，长与异位砾石床7的宽相当，深与河道水深相当。
所述的异位砾石床7位于主河道两侧的河槽中，所述的异位砾石床7包括分级砾石填料16、隔水板15和水生植物；
所述的分级砾石填料16为异位砾石床7的主要组成部分，从下向上依次为粒径为5-10cm的砾石层、3-5cm的砾石层、1-3cm的砾石层、5-10mm的砾石层以及2-5mm的种植细沙层组成，每层厚度为0.3-0.5m；
所述的隔水板15垂直设于分级砾石填料16中，具体在异位砾石床7首端设置一块隔水板15，其余隔水板15依次每隔20m设置一块，隔水板15高度和宽度与分级砾石填料16相同，奇数块隔水板15的底部与分级砾石填料16底部平齐，偶数块隔水板15的底部高于分级填料16底部0.5m，所述的隔水板15的材料为不透水的PP板；
所述的水生植物为景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物为黄花鸢尾、水生美人蕉中的至少一种。
所述的出水溢流堰8位于异位砾石床7的末端，所述的出水溢流堰8包括滚水坝基础14、滚水坝坝体13、顶部块石12；所述的滚水坝基础14是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体13由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石12的粒径是0.3*0.3cm，顶部块石12每隔0.3m放置一块。
所述的汇水渠9设置于出水溢流堰8的后方，所述的汇水渠9的宽是1-2m，长与异位砾石床7的宽相当，深与河道水深相当。

Claims (10)

1.一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，包括:表面流人工湿地、进水滚水坝、原位砾石床、出水滚水坝、导流滚水坝、引水渠、异位砾石床、出水溢流堰和汇水渠；
所述的表面流人工湿地位于原位砾石床的上游河道，所述的表面流人工湿地的后方依次设置进水滚水坝、原位砾石床和出水滚水坝，所述的出水滚水坝的后方依次设置导流滚水坝、引水渠、异位砾石床、出水溢流堰和汇水渠。
2.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的表面流人工湿地包括基质、水生植物和拦截网；所述的基质是10-20cm厚、粒径3-5cm的砾石；所述的水生植物是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物是再力花、梭鱼草、芦苇中的一种或几种的组合，种植宽度为20m，每块间隔30-50m；所述的拦截网是网孔2*2cm的渔网，拦截网位于表面流人工湿地的末尾，进水滚水坝的前端。
3.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的进水滚水坝的高是0.3-0.5m，顶部宽是1-2m，所述的进水滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石每隔0.5m放置一块。
4.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的原位砾石床设置在河道中心位置，并位于河底以下，其上表面与河底平齐，深度为2-3m，宽与河道常水位的水面相平；
所述的原位砾石床包括分级砾石填料、隔水板和水生植物；
所述的分级砾石填料为原位砾石床的主要组成部分，从下向上依次为粒径为5-10cm的砾石层、3-5cm的砾石层、1-3cm的砾石层、5-10mm的砾石层以及2-5mm的种植细沙层组成，每层厚度为0.3-0.5m；
所述的隔水板垂直设于分级砾石填料中，具体在原位砾石床首端设置一块隔水板，其余隔水板依次每隔20m设置一块，隔水板高度和宽度与分级砾石填料相同，奇数块隔水板的底部与分级砾石填料底部平齐，偶数块隔水板的底部高于分级填料底部0.5m，所述的隔水板的材料为不透水的PP板；
所述的水生植物是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物为黄花鸢尾、水生美人蕉中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的出水滚水坝的坝高是0.2-0.3m，顶部宽是0.5-1m，所述的出水滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.3*0.3cm，顶部块石每隔0.3m放置一块。
6.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的导流滚水坝的长与河槽相当，其分为中间段和两边段，所述的中间段为常水位水面位置，所述的中间段高于两边段0.3m，所述的导流滚水坝包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.5*0.5cm，顶部块石每隔0.5m放置一块。
7.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的引水渠的宽是1-2m，长与异位砾石床的宽相当，深与河道水深相当。
8.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的异位砾石床位于主河道两侧的河槽中，所述的异位砾石床包括分级砾石填料、隔水板和水生植物；
所述的分级砾石填料为异位砾石床的主要组成部分，从下向上依次为粒径为5-10cm的砾石层、3-5cm的砾石层、1-3cm的砾石层、5-10mm的砾石层以及2-5mm的种植细沙层组成，每层厚度为0.3-0.5m；
所述的隔水板垂直设于分级砾石填料中，具体在异位砾石床首端设置一块隔水板，其余隔水板依次每隔20m设置一块，隔水板高度和宽度与分级砾石填料相同，奇数块隔水板的底部与分级砾石填料底部平齐，偶数块隔水板的底部高于分级填料底部0.5m，所述的隔水板的材料为不透水的PP板；
所述的水生植物是景观性挺水植物，所述的景观性挺水植物为黄花鸢尾、水生美人蕉中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的出水溢流堰位于异位砾石床的末端，所述的出水溢流堰包括滚水坝基础、滚水坝坝体、顶部块石；所述的滚水坝基础是根据当地水文地质条件，挖掘相应深度后，以混凝土浇灌构成；所述的滚水坝坝体由砖混、钢混或沙袋构成；所述的顶部块石的粒径是0.3*0.3cm，顶部块石每隔0.3m放置一块。
10.根据权利要求1所述的一种异位原位耦合砾石床水生态修复系统，其特征在于，所述的汇水渠设置于出水溢流堰的后方，所述的汇水渠的宽是1-2m，长与异位砾石床的宽相当，深与河道水深相当。
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