CN108739116B - 一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构 - Google Patents

一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构，包括沿农田径流方向依次设置的草本渗透区、灌草净化区、乔草净化区、芦草净化区，所述草本渗透区包括自下而上依次设置的底部承托层、砾石填充区、土壤种植区、蓄水区，所述灌草净化区内种植有灌木与草本植物，所述乔草净化区内种植有乔木和草本植物，所述芦草净化区内种植有湿生植物和草本植物。本发明的具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构与一般的缓冲带相比，能够显著渗透、蓄滞和净化农田雨水径流，具有雨洪调蓄、水质净化、景观美化、生物多样性保护、水土保持以及投资运行成本低等优点。

Description

一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构
技术领域
本发明涉及生态环境领域，特别是涉及一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构，尤其适合北方两侧为农田的河道。
背景技术
农业面源是水体的主要污染源之一，河湖50％以上的磷氮污染负荷来自农业非点源污染负荷。因此，控制农业面源污染是防治水体富营养化的关键因素之一。滨岸缓冲带能够有效地去除水中的N、P、有机污染物以及重金属等，是截留农业面源污染物、改善河道水质和生态环境的有效手段，同时兼具景观美化、物种多样性保护、水土保持等生态服务功能。
滨岸缓冲带的处理效果受到面源污染截留时间及截留效果的影响。尤其是在滨岸生态缓冲带坡度较大、植物布置简单时，面源污染流经缓冲带时间短、截留量少、植物吸收效果不足等多种问题制约了滨岸生态缓冲带的处理效果，限制了其在农业面源污染中的应用。
近年来，针对农业面源污染中滨岸缓冲带的应用研究逐渐受到重视，主要集中在缓冲带的植物配置、分区配置两个方面。例如公告号为CN200910051166.5的利用缓冲带控制平原感潮河网地区农业面源污染的方法中，该方法通过综合考虑均匀布水、植物的耐污和净化能力等特点建立缓冲带布水系统，种植缓冲带植物，确定各类植物宽度的种植比例，公告号为CN201610200331.9的一种河岸带减污方法中，该方法通过多年生植被带与渗滤强化带相结合，建立渗滤强化带以及多年生草本植物的截污缓冲带，净化水质。
但在实际运行中，农田径流水流较急，在缓冲带中停留时间较短，渗透量较小，不能充分利用缓冲带的净化作用，而且现有缓冲带不具有蓄滞作用，不能削减雨水洪峰，对雨洪控制效果甚微。再者，目前对于缓冲带的研究，仅停留在净化污染物的层面上，对于缓冲带景观美化、生物栖息地构建方面的研究很少。因此，如何在工程量较小的情况下，建造具有高效截留、雨洪调蓄、景观美化、生物栖息地构建功能的生态缓冲带，充分提升滨岸生态缓冲带的生态服务功能仍是目前亟待解决的一大难题。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提出一种集雨洪调蓄、水质净化、景观美化、生物多样性保护、水土保持等具有复合高效功能的滨岸生态缓冲带结构，从增加蓄滞和增强渗透两方面来提高缓冲带的截留效率，并且考虑景观美化，生物习性，采用生态环保的结构设计，在最大限度减少工程量的基础上，提升滨岸生态缓冲带的生态功能，增强生态缓冲带的运行效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构，包括沿农田径流方向依次设置的草本渗透区、灌草净化区、乔草净化区、芦草净化区，所述草本渗透区包括自下而上依次设置的底部承托层、砾石填充区、土壤种植区、蓄水区，所述蓄水区包括种植的植株的根系上部以及放坡形成的蓄水空间，所述土壤种植区包括种植土壤以及种植在土壤的草本植物根系，所述砾石填充区包括自下而上设置且粒径依次减小的第一砾石层、第二砾石层、第三砾石层，所述灌草净化区内种植有灌木与草本植物，所述乔草净化区内种植有乔木和草本植物，所述芦草净化区内种植有湿生植物和草本植物。
优选地，所述草本渗透区、灌草净化区、乔草净化区、芦草净化区的总宽度为9～55m，总坡度小于5％，且所述芦草净化区、乔草净化区、灌草净化区、草本渗透区的宽度比为30：15：25：30。
优选地，所述蓄水区的厚度为10～30cm，按1:3放坡；所述土壤种植区厚度为20～30cm，按1:1放坡；所述砾石填充区的厚度为40～70cm，所述第三砾石层由粒径5～15mm的级配碎石铺设而成，所述第二砾石层由粒径15～30mm的级配碎石铺设而成，所述第一砾石层由粒径30～50mm的级配碎石铺设而成；所述第一砾石层、第二砾石层、第三砾石层的厚度分别为20～30cm、10～20cm、10～20cm；所述底部承托层的压实系数≥0.93。
优选地，所述草本植物配置选取为鸢尾、细叶芒、剑叶金鸡菊、香蒲、水葱中的一种或几种；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
优选地，所述灌木包括郁香忍冬、水栒子、三桠绣线菊、南天竹、华北珍珠梅、白花山碧桃、野蔷薇、山茱萸、金银木、紫薇小叶女贞、小檗、接骨木中的一种或几种，所述灌草净化区内灌木之间种植间距为1.5m×1.5m，空白区域种植草本植物；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
优选地，所述乔木包括油松、栾树、垂丝海棠、国槐、柽柳、合欢、碧桃、悬铃木、楸树、腊梅、元宝枫、楸树、构树、桑树、腊梅、旱柳中的一种或几种，所述乔草净化区内乔木种植间距为5m×5m，空白区域种植草本植物；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
优选地，所述湿生植物包括黄菖蒲、美人蕉、香蒲、芦苇、千屈菜、白茅中的一种或几种，所述芦草净化区内种植密度按照湿生植物品种一般种植密度计，空白区域种植草本植物；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构与一般的缓冲带相比，能够显著渗透、蓄滞和净化农田雨水径流，具有雨洪调蓄、水质净化、景观美化、生物多样性保护、水土保持以及投资运行成本低等优点，具体如下：
1)本发明通过草地渗透区的蓄滞作用，减少雨水外排，降低径流流速，消减农田径流量，减少洪涝灾害，下渗的雨水还可以补充地下水，缓解水资源的短缺。
2)本发明草地渗透区是径流进入缓冲带的第一步屏障，可以通过植物和底部结构有效能够有效截留、吸附污染物，大大减轻后续处理压力，提高去除效率。
3)本发明构建了草—灌—乔、陆—湿—水的复合结构植物群落，植物选取上考虑了动物的营巢、觅食需求，物种丰富度高，可以为一些鸟类、昆虫类提供食物和栖息地，增加生物多样性。
4)本发明植物选取以乡土物种为主，兼具净化水质、景观美化等功能，通过不同层次自然配置，注重季相特征的时序变化，营造五彩缤纷的生态景观立体空间，构建具有生命活力的生态缓冲带，同时也为附近居民提供了野外休憩场所。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为滨岸生态缓冲带结构示意图；
图2为草本渗透区截面示意图；
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构，分为草本渗透区、灌草净化区、乔草净化区、芦草净化区四个区域。如图1～图2所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。
具体地，所述滨岸生态缓冲带结构包括沿农田径流方向依次设置的草本渗透区1、灌草净化区2、乔草净化区3、芦草净化区4，所述草本渗透区1包括自下而上依次设置的底部承托层11、砾石填充区、土壤种植区9、蓄水区10，所述蓄水区10包括种植的植株的根系上部以及放坡形成的蓄水空间，所述土壤种植区9包括种植土壤以及种植在土壤内的草本植物根系，所述砾石填充区包括自下而上设置且粒径依次减小的第一砾石层6、第二砾石层7、第三砾石层8，所述灌草净化区2内种植有灌木与草本植物，所述乔草净化区3内种植有乔木和草本植物，所述芦草净化区4内种植有湿生植物和草本植物。
滨岸生态缓冲带结构是一种针对农田面源污染的系统，与渗透净化相结合的河道减污方法。如图1所示，所述滨岸生态缓冲带结构位于河道5与农田之间的区域，优选地，所述草本渗透区1、灌草净化区2、乔草净化区3、芦草净化区4的总宽度为9～55m，总坡度小于5％，且所述芦草净化区4、乔草净化区3、灌草净化区2、草本渗透区1的宽度比为30：15：25：30。
在植物配置上，所述滨岸生态缓冲带结构从水质净化效果、动物习性、景观效果三个方面对种植植物进行选取，水质上通过选取根系发达的植物，对氮磷吸收效果好的植物，增强净化效率；在动物习性上通过适宜本地鸟类觅食、营巢的植物，增加鸟类种类；景观上通过不同层次自然配植，注重色叶树、观花类乔灌木的种植，构建色彩缤纷的缓冲带。
如图2所示，所述草本渗透区1的宽度为3～16m，主要作用为渗透、滞留雨水，兼具均匀布水的作用。所述草本渗透区1包括自下而上依次设置的底部承托层11、砾石填充区、土壤种植区9、蓄水区10。优选地，所述蓄水区的厚度为10～30cm，按1:3放坡；所述土壤种植区的厚度为20～30cm，按1:1放坡。所述砾石填充区的厚度为40～70cm。所述砾石填充区包括自下而上设置且粒径依次减小的第一砾石层6、第二砾石层7、第三砾石层8，所述第三砾石层8由粒径5～15mm的级配碎石铺设而成，所述第二砾石层7由粒径15～30mm的级配碎石铺设而成，所述第一砾石层6由粒径30～50mm的级配碎石铺设而成；所述第一砾石层6、第二砾石层7、第三砾石层8的厚度分别为20～30cm、10～20cm、10～20cm；所述底部承托层11的压实系数≥0.93。
优选地，所述草本植物配置选取为鸢尾、细叶芒、剑叶金鸡菊、香蒲、水葱中的一种或几种。根据不同的植物种类种植草本植物，不同品种的种植密度按照一般密度计，如香蒲种植密度为20～25株/m2。若混合播种，则每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，采用间隔交替种植的方式，增加物种多样性，有利于不同草本植物之间发挥协同作用，增强过滤效果。
灌草净化区2的宽度为1.5～8m，主要作用为利用发达的根系防冲刷以及净化雨水。优选地，所述灌木包括郁香忍冬、水栒子、三桠绣线菊、南天竹、华北珍珠梅、白花山碧桃、野蔷薇、山茱萸、金银木、紫薇小叶女贞、小檗、接骨木中的一种或几种。所述灌草净化区2内灌木之间种植间距为1.5m×1.5m，灌木下空白区域种植草本植物，草本植物为鸢尾、白花三叶草、二月兰、高羊茅、细叶芒、玉簪、地被菊、委陵菜、玉竹、甘野菊、毛茛中的一种或几种。不同品种的种植密度按照一般密度计。若混合种植，则每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同。
乔草净化区3的宽度为2.5～14m，主要作用为利用发达的根系防冲刷以及净化雨水。优选地，所述乔木包括油松、栾树、垂丝海棠、国槐、柽柳、合欢、碧桃、悬铃木、楸树、腊梅、元宝枫、楸树、构树、桑树、腊梅、旱柳中的一种或几种，所述乔草净化区3内乔木种植间距为5m×5m，乔木下空白区域种植草本植物。草本植物为鸢尾、白花三叶草、二月兰、高羊茅、细叶芒、玉簪、地被菊、委陵菜、玉竹、甘野菊、毛茛中的一种或几种。不同品种的种植密度按照一般密度计。若混合种植，则每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同。
芦草净化区4的宽度为3～16m，主要作用为利用发达的根系加固河岸以及净化雨水。芦草带边缘与河岸洪水位线相接。优选地，所述湿生植物包括黄菖蒲、美人蕉、香蒲、芦苇、千屈菜、白茅中的一种或几种，所述芦草净化区4内种植密度按照湿生植物品种一般种植密度计，如香蒲20～25株/m2，芦苇16～20株/m2，空白区域种植草本植物，草本植物配置与草本渗透区1相同。
本发明的具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构对面源污染的净化截留原理如下：
降雨后雨水经过农田汇水后流入草本渗透区，草本渗透区具有处理初期雨水、均匀布水、减少雨水径流量的作用。雨水在草本渗透区满后经与灌草净化区相接的一侧溢出，流入灌草净化区，灌草净化区和乔草净化区可利用植物的截留和土壤的过滤作用达到净化农田径流的作用，芦草净化区根系发达，具有较强的吸附、过滤及离子交换能力，可以进一步净化雨水径流，是农田径流进入河道的最后一道屏障。
本发明的具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构与一般的缓冲带相比，能够显著渗透、蓄滞和净化农田雨水径流，具有雨洪调蓄、水质净化、景观美化、生物多样性保护、水土保持以及投资运行成本低等优点，具体如下：
1)本发明通过草地渗透区的蓄滞作用，减少雨水外排，降低径流流速，消减农田径流量，减少洪涝灾害，下渗的雨水还可以补充地下水，缓解水资源的短缺。
2)本发明草地渗透区是径流进入缓冲带的第一步屏障，可以通过植物和底部结构有效能够有效截留、吸附污染物，大大减轻后续处理压力，提高去除效率。
3)本发明构建了草—灌—乔、陆—湿—水的复合结构植物群落，植物选取上考虑了动物的营巢、觅食需求，物种丰富度高，可以为一些鸟类、昆虫类提供食物和栖息地，增加生物多样性。
4)本发明植物选取以乡土物种为主，兼具净化水质、景观美化等功能，通过不同层次自然配置，注重季相特征的时序变化，营造五彩缤纷的生态景观立体空间，构建具有生命活力的生态缓冲带，同时也为附近居民提供了野外休憩场所。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构，其特征在于：包括沿农田径流方向依次设置的草本渗透区(1)、灌草净化区(2)、乔草净化区(3)、芦草净化区(4)，所述草本渗透区(1)包括自下而上依次设置的底部承托层(11)、砾石填充区、土壤种植区(9)、蓄水区(10)，所述草本渗透区(1)、灌草净化区(2)、乔草净化区(3)、芦草净化区(4)的总宽度为9～55m，总坡度小于5％，且所述芦草净化区(4)、乔草净化区(3)、灌草净化区(2)、草本渗透区(1)的宽度比为30：15：25：30，所述蓄水区(10)包括种植的植株的根系上部以及放坡形成的蓄水空间，所述土壤种植区(9)包括种植土壤以及种植土壤内的草本植物根系，所述砾石填充区包括自下而上设置且粒径依次减小的第一砾石层(6)、第二砾石层(7)、第三砾石层(8)，所述蓄水区(10)的厚度为10～30cm，按1:3放坡；所述土壤种植区厚度(9)为20～30cm，按1:1放坡；所述砾石填充区的厚度为40～70cm，所述第三砾石层(8)由粒径5～15mm的级配碎石铺设而成，所述第二砾石层(7)由粒径15～30mm的级配碎石铺设而成，所述第一砾石层(6)由粒径30～50mm的级配碎石铺设而成；所述第一砾石层(6)、第二砾石层(7)、第三砾石层(8)的厚度分别为20～30cm、10～20cm、10～20cm；所述底部承托层(11)的压实系数≥0.93，所述灌草净化区(2)内种植有灌木与草本植物，所述乔草净化区(3)内种植有乔木和草本植物，所述芦草净化区(4)内种植有湿生植物和草本植物。
2.根据权利要求1所述的滨岸生态缓冲带结构，其特征在于：所述草本植物配置选取为鸢尾、细叶芒、剑叶金鸡菊、香蒲、水葱中的一种或几种；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
3.根据权利要求1所述的滨岸生态缓冲带结构，其特征在于：所述灌木包括郁香忍冬、水栒子、三桠绣线菊、南天竹、华北珍珠梅、白花山碧桃、野蔷薇、山茱萸、金银木、紫薇小叶女贞、小檗、接骨木中的一种或几种，所述灌草净化区(2)内灌木之间种植间距为1.5m×1.5m，空白区域种植草本植物；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
4.根据权利要求1所述的滨岸生态缓冲带结构，其特征在于：所述乔木包括油松、栾树、垂丝海棠、国槐、柽柳、合欢、碧桃、悬铃木、楸树、腊梅、元宝枫、楸树、构树、桑树、腊梅、旱柳中的一种或几种，所述乔草净化区(3)内乔木种植间距为5m×5m，空白区域种植草本植物；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
5.根据权利要求1所述的滨岸生态缓冲带结构，其特征在于：所述湿生植物包括黄菖蒲、美人蕉、香蒲、芦苇、千屈菜、白茅中的一种或几种，所述芦草净化区(4)内种植密度按照湿生植物品种一般种植密度计，空白区域种植草本植物；当采用混合播种时，每1～2m之间种植一种草本植物，相邻草本植物的种类不同，并采用间隔交替的方式种植。
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