CN109607802B - 一种浅水河道/小流域生态治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅水河道/小流域生态治理系统，包括铺设于河道两驳岸上的抗冲生物毯和构建于河道中的多个蓄水缓流结构，多个蓄水缓流结构沿河道水流方向依次间隔布设，所述的蓄水缓流结构包括强化生态叠水坝、水下森林和丁字坝型人工湿地，水下森林构建于强化生态叠水坝的上游蓄水区，丁字坝型人工湿地有多个，多个丁字坝型人工湿地构建于强化生态叠水坝的下游区域，多个丁字坝型人工湿地沿河道水流方向依次交错间隔设置，相邻两丁字坝型人工湿地分别与河道的两河岸连接，多个丁字坝型人工湿地使得河道水流方向始终呈S型。该系统解决了国内河道与湖泊治理未加区分，导致浅水河道治理效果不佳的问题，强化了水体自净能力，实现了河道的长效净化。

Description

一种浅水河道/小流域生态治理系统

技术领域

本发明涉及环境工程水环境治理技术领域，尤其涉及一种浅水河道/小流域生态治理系统。

背景技术

城市河道作为城市水系的载体，不仅具有行洪、排污等自然功能，也具有亲水、休闲、生态、景观等综合功能。然而随着我国城市化进程的加快，河道人为破坏的影响较为严重，一些河道不同程度存在混浊不堪、常年干涸、清水少、富营养化导致一些水生动植物难以生存，甚至夹杂着腥臭味等问题，花费较长时间和大量的经济，可以使岸变绿、景变美，但终因水质改善难度太大，出现美景加污水的尴尬情境，难以达到满意效果。

一般常用于河道治理的技术主要集中在清淤疏浚、引水冲污、曝气增氧、化学絮凝、生物净化等单一技术的研究与应用上，难以有效的进行集成应用，同时国内普遍存在湖泊和河道治理采用一套治理技术模式——“控源截污——水质提升——生态修复”，没有针对河道存在水位及流速变化的特点，提出更有针对性的核心治理技术模式，从而容易导致河道治理存在污、中、清不分，采取“一锅煮”的方法处理，致使成本增加，效率降低等问题。

中国专利CN104674752B公开了《一种城市河道治理系统及其河道改造方法》，其特征是采取“分段而治”、“分水而治”、“两岸互通”和“三水分流”的方法治理具有较高防洪要求的城市河道，但对于浅水河道、小流域以及防洪标准较低的河道，工程量相对较大且不自然，导致其治理存在一定的局限性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种浅水河道/小流域生态治理系统，该系统在强化生态叠水坝上游构建以沉水植物为核心的水下森林，在强化生态叠水坝下游浅滩，构建多个丁字坝型人工湿地，形成河道生境重构体系，从而达到河道水质长效净化的目的。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种浅水河道/小流域生态治理系统，包括铺设于河道两驳岸上的抗冲生物毯和构建于河道中的多个蓄水缓流结构，抗击生物毯上铺设有细砂层或壤土层，多个蓄水缓流结构沿河道水流方向依次间隔布设，所述的蓄水缓流结构包括强化生态叠水坝、水下森林和丁字坝型人工湿地，水下森林构建于强化生态叠水坝的上游蓄水区，丁字坝型人工湿地有多个，多个丁字坝型人工湿地构建于强化生态叠水坝的下游区域，多个丁字坝型人工湿地沿河道水流方向依次交错间隔设置，相邻两丁字坝型人工湿地分别与河道的两河岸连接，多个丁字坝型人工湿地使得河道水流方向始终呈S型。

所述的抗冲生物毯包括从上至下依次铺设的第一复合纤维织物层、反滤层、土工网和第二复合纤维织物层，第一复合纤维织物层、第二复合纤维织物层的材质均为聚酯纤维，反滤层为铺设的涤纶滤布、丙纶滤布、锦纶滤布或维纶滤布，土工网中播撒有草种和固态肥料。

所述的水下森林包括种植于强化生态叠水坝的上游蓄水区中的高温季沉水植物和低温季沉水植物，高温季沉水植物和低温季沉水植物根据蓄水深度差异分段种植，高温季沉水植物的种植于水深为0.5-2.5m的水域，低温季沉水植物种植于水深为2.5-3m的水域，高温季沉水植物包括按照2:2:5的面积比例搭配种植的马来眼子菜、苦草和狐尾藻，低温季沉水植物包括按照3:6:4的面积比例搭配种植的黑藻、菹草和蓖齿眼子菜。

所述的强化生态叠水坝包括自上而下堆砌的拦水挡墙、第一石笼挡墙和第二石笼挡墙。

所述的拦水挡墙为砖砌墙，拦水挡墙顶部上设有溢流堰，溢流堰呈垛口状，拦水挡墙的高度为50-60cm，溢流堰高度5-10cm。

所述的第一石笼挡墙的高度为130-150cm，第一石笼挡墙由第一宾格石笼堆砌而成，第一宾格石笼内填充粒径为16-32mm的砾石，第二石笼挡墙的高度为70-90cm，第二石笼挡墙由第二宾格石笼堆砌而成，第二宾格石笼内填充粒径为60-120mm的石灰石。

所述的丁字坝型人工湿地的长度方向与河道横断面的夹角为10～15°。

所述的丁字坝型人工湿地的最大长度不小于河道宽度的1/2，距离强化生态叠水坝最近的丁字坝型人工湿地与强化生态叠水坝的距离为100～150cm，相邻的两丁字坝型人工湿地之间的距离为3～4m。

所述的丁字坝型人工湿地由透水缓流石笼和挺水植物种植笼构成，透水缓流石笼包括第一外部网笼和内部砾石填料，内部砾石填料填充于第一外部网笼中，挺水植物种植笼包括第二外部网笼、内部基质和挺水植物，第二外部网笼的顶部可拆卸，内部基质填充于第二外部网笼中，内部基质从上到下依次设置有粗砾石层、细砾石层和泥石混层，挺水植物种植于泥石混层上，第一外部网笼和第二外部网笼固定连接，透水缓流石笼位于丁字坝型人工湿地的迎水侧，挺水植物种植笼位于丁字坝型人工湿地的背水侧。

所述的丁字坝型人工湿地水平方向的截面呈直角梯形，所述直角梯形的斜腰与河岸紧挨，直角梯形的长底边与河道横断面的夹角为10～15°，直角梯形的长底边位于丁字坝型人工湿地的迎水面上，直角梯形的长底边与直角腰的交点与其中一河岸的垂直距离为河道宽度的1/2，直角梯形的短底边位于丁字坝型人工湿地的背水面上，透水缓流石笼和挺水植物种植笼水平方向的截面均呈直角梯形。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1、针对国内河道与湖泊治理未加区分，导致河道治理效果不佳的现状，从“控源截污——蓄水缓流——分类净水——生境重构”等方面提出了浅水河道/小流域新型多自然治理技术模式及核心技术，可有效控制污染源净化水体，并结合河道水体流动的特性，强化了水体自净能力，实现了河道的长效净化。

2、本发明遵循“控源截污-蓄水缓流-分类净水-生境重构”的治理理念，在水流速度>0.5m/s、水深小于0.5m的污染河段，在实现内源清淤前提下，河道驳岸采取以抗冲生物毯为核心的外源控污措施，在浅水河道中构建强化生态叠水坝，在强化生态叠水坝上游构建以沉水植物为核心的水下森林，强化河道水体自净能力及水生生境适宜性；在生态叠水坝下游浅滩，构建丁字坝型人工湿地，形成河道生境重构体系，从而达到河道水质长效净化的目的。

3、本发明创新了以丁字坝型人工湿地+强化生态叠水坝为核心的蓄水缓流技术手段，同时丁字坝型人工湿地在设计上采用与河道垂线保持10～15°的倾斜角度，一方面可减弱河道水流对河岸与丁字坝型人工湿地连接处的冲刷，另一方面可防止由于水流冲刷底泥在丁字坝型人工湿地前淤积。

4、本发明的丁字坝型人工湿地在河道上整体布局采取交错排列的形式，可增加河道的水力停留时间，且挺水植物种植笼中设有多层填料，为微生物的附着提供了良好的生长环境，可增强丁字坝型人工湿地的去污能力。

5、本发明的透水缓流石笼设置在丁字坝型人工湿地的迎水面，通过透水缓流石笼降低水流速度，使污水缓慢进入挺水植物种植笼，延长了水力停留时间，增强丁字坝型人工湿地的去污能力，同时水生植物种植在挺水植物种植笼的泥石混层中，泥石混层位于在河道底泥层中，此设计可降低由于水流冲刷导致的种植基质(泥土或碎石)的流失风险，同时保证植物根系处于河流水层之下，为植物根系提供相对稳定的生长环境，提高植物存活率。

附图说明

图1为浅水河道/小流域生态治理系统的布设示意图。

图2为抗冲生物毯的结构示意图。

图3为抗冲生物毯的铺设示意图。

图4为强化生态叠水坝的结构示意图。

图5为丁字坝型人工湿地的布设示意图。

图6为丁字坝型人工湿地的俯视图。

图7为图6的剖视图(含透水缓流石笼剖视图)。

图8为图6的剖视图(含挺水植物种植笼剖视图)。

其中，1-抗冲生物毯：1.1-第一复合纤维织物层、1.2-反滤层、1.3-土工网、1.4-第二复合纤维织物层、1-5-压实土层、1-6-石笼；2-水下森林；3-强化生态叠水坝：3.1-拦水挡墙、3.2-第一石笼挡墙、3.3-第二石笼挡墙、3.4-溢流堰；4-丁字坝型人工湿地；4.1-透水缓流石笼、4.2-挺水植物种植石笼、4.3-第一外部网笼、4.4-内部砾石填料、4.5-第二外部网笼、4.6-粗砾石层、4.7-细砾石层、4.8-泥石混层、4.9-挺水植物、5-驳岸、6-河道中线、7-河道底泥。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供的浅水河道/小流域生态治理系统的结构如图1所示，包括铺设于河道两驳岸上的抗冲生物毯1和构建于河道中的多个蓄水缓流结构，多个蓄水缓流结构沿河道水流方向依次间隔布设，蓄水缓流结构包括强化生态叠水坝3、水下森林2和丁字坝型人工湿地4，水下森林构建于强化生态叠水坝的上游蓄水区，丁字坝型人工湿地有多个，多个丁字坝型人工湿地构建于强化生态叠水坝的下游区域。

如图2所示，抗冲生物毯1包括从上至下依次铺设的第一复合纤维织物层1.1、反滤层1.2、土工网1.3和第二复合纤维织物层1.4。第一复合纤维织物层1.1和第二复合纤维织物层1.4材质均为聚酯纤维，其中第一复合纤维织物层1.1的纵向抗拉强度均约为11KN/m，第一复合纤维织物层1.1有方形网孔，网孔尺寸约8mm×8mm，第二复合纤维织物层1.4为均匀薄纤维层，无网孔。反滤层1.2为铺设的涤纶滤布、丙纶滤布、锦纶滤布或维纶滤布。土工网1.3中播撒有草种和固态肥料，草种可为冷季草(如高草茅、紫草茅等)和暖季草(如百喜草、百慕大草等)的混种。

在铺设抗冲生物毯时，提前松软、平整驳岸地基，保证无突然的高度变化、鼓空、裂缝和结冰积水等现象，并清除植物、尖石、木棍、施工碎石等可能损坏抗冲生物毯的异物。如图3所示，抗冲生物毯由多个小面积的抗冲生物毯单元构成，铺设时由驳岸坡顶从上向下平整铺设，两抗冲生物毯单元连接处搭接5cm，在固定抗冲生物毯时，驳岸坡顶铺设复合纤维织物层，用素土形成压实土层1.5压实固定，抗冲生物毯与复合纤维织物在坡顶叠缝，打入ABS固定钉与L型钉将叠缝处固定在坡顶上，坡脚亦铺设复合纤维织物层，采用石笼1.6压实固定，抗冲生物毯与复合纤维植物层在坡脚叠缝，ABS固定钉与L型钉将叠缝处固定在坡脚上，两相邻抗冲生物毯的搭接处采用ABS固定钉与L型钉固定在驳岸上。抗冲生物毯铺设完成后，在其表面均匀覆土1cm～2cm，覆土可用壤土或细砂土，覆土后，抗冲生物毯表面喷洒清水，使其保持湿度，以便草种萌发生长。

如图4所示，强化生态叠水坝3包括自上而下堆砌的拦水挡墙3.1、第一石笼挡墙3.2和第二石笼挡墙3.3。拦水挡墙3.1为砖砌墙，拦水挡墙的高度为50-60cm。拦水挡墙3.1顶部上设有溢流堰3.4，溢流堰3.4呈垛口状，溢流堰3.4高度5-10cm。第一石笼挡墙3.2的高度为130-150cm，第一石笼挡墙3.2由第一宾格石笼堆砌而成，第一宾格石笼在水流方向填充粒径为16～32mm的砾石。第二石笼挡墙3.3的高度为70-90cm，第二石笼挡墙3.3由第二宾格石笼堆砌而成，第二宾格石笼内填充粒径为60～120mm的石灰石。

水下森林2包括种植于强化生态叠水坝的上游蓄水区中的高温季沉水植物和低温季沉水植物，高温季沉水植物和低温季沉水植物根据蓄水深度差异分段种植，高温季沉水植物的种植于水深为0.5-2.5m的水域，低温季沉水植物种植于水深为2.5-3m的水域。高温季沉水植物选用春夏净化能力较强的品种，如马来眼子菜、苦草和狐尾藻，按照2：2：5的面积比例搭配种植。低温季沉水植物选用秋冬能发挥净化作用的品种，如耐寒小黑藻、菹草和蓖齿眼子菜，按3：6：4的面积比例搭配种植。

如图5所示，多个丁字坝型人工湿地4沿河道的长度方向依次交错间隔设置，且相邻两丁字坝型人工湿地4分别与河道的两河岸5固定连接，相邻的两丁字坝型人工湿地4之间的距离为3～4m。由于丁字坝型人工湿地的特殊排列方式，使得河道水流方向不断的折弯，始终呈S型，可有效减缓河流水体流速，增加水力停留时间。

丁字坝型人工湿地4水平方向的截面呈直角梯形，所述直角梯形的斜腰与河岸紧挨，直角梯形的长底边与河道横断面的夹角为10～15°。直角梯形的长底位于丁字坝型人工湿地4的迎水面上，直角梯形的长底边与直角腰的交点位于河道中线6上，角梯形的短底位于丁字坝型人工湿地的背水面上。丁字坝型人工湿地也可以为其他形状，只要满足以下两个条件即可：1、丁字坝型人工湿地的最大长度不小于河道宽度的1/2；2、丁字坝型人工湿地的长度方向与河道横断面的夹角为10～15°。

如图6所示，丁字坝型人工湿地4由透水缓流石笼4.1和挺水植物种植笼4.2构成，透水缓流石笼4.1和挺水植物种植笼4.2水平方向的截面均呈直角梯形。

如图7所示，透水缓流石4.1笼包括第一外部网笼4.3和内部砾石填料4.4，内部砾石填料4.4填充于第一外部网笼中。第一外部网笼4.3由PVC包裹的金属线编织而成，其网格呈菱形，尺寸为10×20mm，第一外部网笼4.3的高度为33～45cm。内部砾石填料4.4的粒径为25～32mm，选择的砾石粒径需大于网格的尺寸。

如图8所示，所述的挺水植物种植笼包括第二外部网笼4.5、内部基质和挺水植物4.9，内部基质填充于第二外部网笼4.5中。第二外部网笼4.5除网笼上顶部外，其余各面均由PVC包裹的金属线编织而成，其网格呈菱形，尺寸为60×80mm，第二外部网笼6的高度为33～45cm。第二外部网笼4.5顶部采用PVC包裹的金属线交错固定，形成的菱形网格尺寸根据挺水植物种植密度而定，其中，为方便挺水植物种植收割，金属线可拆卸。内部基质从上到下依次设置有粗砾石层4.6、细砾石层4.7和泥石混层4.8。粗砾石层4.6为单层砾石，采用的砾石粒径为150～200mm，厚度为150～200mm。细砾石层4.7为单层砾石，采用的砾石粒径为80～100mm，厚度为80～100mm。泥石混层4.8位于河道底泥层中，采用的砾石粒径为16～32mm，厚度为10～15cm，砾石体积占比30％～40％。泥石混层4.8表面种植挺水植物4.9，选择的挺水植物可适应碎石或泥土基质，适宜水深为0～40cm，最佳水深为0～25cm，种类可为菖蒲、芦苇等多年生挺水植物。

第一外部网笼4.3和第二外部网笼4.5固定连接，透水缓流石笼4.1位于丁字坝型人工湿地4的迎水侧，挺水植物种植笼4.2位于丁字坝型人工湿地4的背水侧，透水缓流石笼4.1底部和泥石混层4.8位于河道底泥7中。

南方某地级市浅水河道全长7.1km，河底宽6-10m，进行透明度、pH、溶解氧、TN、NH3-N、TP、COD等水质指标的调查，结果如下：透明度35～40cm、pH7.62～7.97、溶解氧含量1.43～7.82mg/L、NH₃-N含量1.98～15.5mg/L、TN含量7.33-17.7mg/L、TP含量0.61～2.02mg/L；COD含量29～46mg/L，主要水质指标超过地表水环境质量标准(GB3838-2002)V类标准，为劣V类水质。

采用上述的浅水河道/小流域生态治理系统对该南方某地级市浅水河道进行治理，半年后，河道大多数区域水体溶解氧含量已大于4mg/L，河道黑臭及富营养化现象得到明显改善，主要水质指标达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅳ类水质标准，个别指标达到III类水水质，河道内水生植被成活率达到90％以上，达到预期治理目标。

Claims (7)

1.一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：包括铺设于河道两驳岸上的抗冲生物毯和构建于河道中的多个蓄水缓流结构，抗击生物毯上铺设有细砂层或壤土层，多个蓄水缓流结构沿河道水流方向依次间隔布设，所述的蓄水缓流结构包括强化生态叠水坝、水下森林和丁字坝型人工湿地，水下森林构建于强化生态叠水坝的上游蓄水区，丁字坝型人工湿地有多个，多个丁字坝型人工湿地构建于强化生态叠水坝的下游区域，多个丁字坝型人工湿地沿河道水流方向依次交错间隔设置，相邻两丁字坝型人工湿地分别与河道的两河岸连接，多个丁字坝型人工湿地使得河道水流方向始终呈S型；

所述的抗冲生物毯包括从上至下依次铺设的第一复合纤维织物层、反滤层、土工网和第二复合纤维织物层，第一复合纤维织物层、第二复合纤维织物层的材质均为聚酯纤维，反滤层为铺设的涤纶滤布、丙纶滤布、锦纶滤布或维纶滤布，土工网中播撒有草种和固态肥料；

所述的水下森林包括种植于强化生态叠水坝的上游蓄水区中的高温季沉水植物和低温季沉水植物，高温季沉水植物和低温季沉水植物根据蓄水深度差异分段种植，高温季沉水植物的种植于水深为0.5-2.5m的水域，低温季沉水植物种植于水深为2.5-3m的水域，高温季沉水植物包括按照2:2:5的面积比例搭配种植的马来眼子菜、苦草和狐尾藻，低温季沉水植物包括按照3:6:4的面积比例搭配种植的黑藻、菹草和蓖齿眼子菜；

所述的强化生态叠水坝包括自上而下堆砌的拦水挡墙、第一石笼挡墙和第二石笼挡墙；

2.根据权利要求1所述的一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：所述的拦水挡墙为砖砌墙，拦水挡墙顶部上设有溢流堰，溢流堰呈垛口状，拦水挡墙的高度为50-60cm，溢流堰高度5-10cm。

3.根据权利要求2所述的一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：所述的第一石笼挡墙的高度为130-150cm，第一石笼挡墙由第一宾格石笼堆砌而成，第一宾格石笼内填充粒径为16-32mm的砾石，第二石笼挡墙的高度为70-90cm，第二石笼挡墙由第二宾格石笼堆砌而成，第二宾格石笼内填充粒径为60-120mm的石灰石。

4.根据权利要求1所述的一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：所述的丁字坝型人工湿地的长度方向与河道横断面的夹角为10～15°。

5.根据权利要求4所述的一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：所述的丁字坝型人工湿地的最大长度不小于河道宽度的1/2，距离强化生态叠水坝最近的丁字坝型人工湿地与强化生态叠水坝的距离为100～150cm，相邻的两丁字坝型人工湿地之间的距离为3～4m。

6.根据权利要求5所述的一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：所述的丁字坝型人工湿地由透水缓流石笼和挺水植物种植笼构成，透水缓流石笼包括第一外部网笼和内部砾石填料，内部砾石填料填充于第一外部网笼中，挺水植物种植笼包括第二外部网笼、内部基质和挺水植物，第二外部网笼的顶部可拆卸，内部基质填充于第二外部网笼中，内部基质从上到下依次设置有粗砾石层、细砾石层和泥石混层，挺水植物种植于泥石混层上，第一外部网笼和第二外部网笼固定连接，透水缓流石笼位于丁字坝型人工湿地的迎水侧，挺水植物种植笼位于丁字坝型人工湿地的背水侧。

7.根据权利要求6所述的一种浅水河道/小流域生态治理系统，其特征在于：所述的丁字坝型人工湿地水平方向的截面呈直角梯形，所述直角梯形的斜腰与河岸紧挨，直角梯形的长底边与河道横断面的夹角为10～15°，直角梯形的长底边位于丁字坝型人工湿地的迎水面上，直角梯形的长底边与直角腰的交点与其中一河岸的垂直距离为河道宽度的1/2，直角梯形的短底边位于丁字坝型人工湿地的背水面上，透水缓流石笼和挺水植物种植笼水平方向的截面均呈直角梯形。

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