CN110284461B - 一种面向中小河流水生生物栖息地改善的生态丁坝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及面向中小河流水生生物栖息地改善的生态丁坝,可有效发挥其改善水环境质量、营造生物栖息地和修复生态系统的功能,其解决的技术方案是,上层坝体、中层坝体与下层坝体均由石笼网构筑而成,下层坝体外围由木桩加固,三层坝体上表面均设有植物培育槽,上层坝体的植物培育槽内设置有生态毯,生态毯上种植有挺水植物,中层坝体的植物培育槽内种植有适宜浅水环境的沉水植物B,下层坝体的植物培育槽内种植有适宜深水环境的沉水植物A,本发明可以显著降低水体中氮磷等营养盐水平,降低水中有机物含量,从而提高水质净化效果,提高水体景观度,大大提高水体生态修复能力,是生态丁坝上的创新。

Description

一种面向中小河流水生生物栖息地改善的生态丁坝
技术领域
本发明涉及水生生物栖息地改善技术领域,特别是一种面向中小河流水生生物栖息地改善的生态丁坝。
背景技术
传统的水利及河流整治工程,仅考虑防洪、供水和水土保持,将原本蜿蜒曲折的河流直线或折线化、河床硬质化、纵向非连续化,改变了流量、流速、河床形态等关键物理因子。所有这些环境要素的变化都会对河流生境产生严重影响,致使河流生境退化,生物多样性大大降低,最终导致河流自然功能丧失、生物物种灭绝等一系列环境问题。鉴于河流在人类社会发展中的重要地位,促进河流生境恢复,维持河流生态系统健康在人类社会可持续发展中具有深远的意义。
丁坝是一种坝身与堤岸相接呈T字形的建筑物,可以束窄河床,改变河流的水流流态,增加河道局部流态的多样性,对改变岸坡和河床的形态及水文条件有重要影响。由于它能够阻碍和削弱河流对河岸的侵蚀与冲刷作用,防止水土流失,促进坝田淤积,而被广泛应用于水利工程。但如何有效发挥其改善水环境质量、营造生物栖息地和修复生态系统的功能仍是现今河流整治工程中研究的重点与热点。
发明内容
针对上述情况,为解决现有技术之缺陷,本发明之目的就是提供一种面向中小河流水生生物栖息地改善的生态丁坝,可有效发挥其改善水环境质量、营造生物栖息地和修复生态系统的功能。
本发明解决的技术方案是,包括坝体,上层坝体、中层坝体与下层坝体横截面均呈梯形,下层坝体上设置有中层坝体,中层坝体上设置有上层坝体,分为上、中、下三层的梯形结构可以满足不同的生态需要,上层坝体、中层坝体与下层坝体均由石笼网构筑而成,石笼内填装有碎石、泥土以及沙粒的混合物,下层坝体外围由木桩加固,三层坝体上表面均设有植物培育槽,为水生生物提供一个良好的附着床层;上层坝体的植物培育槽内设置有生态毯,生态毯上种植有挺水植物,中层坝体的植物培育槽内种植有适宜浅水环境的沉水植物B,下层坝体的植物培育槽内种植有适宜深水环境的沉水植物A,为底栖生物提供良好的生态环境,上层坝体、中层坝体与下层坝体在竖直平面上分别设置有小、中、大孔径的鱼巢砖,营造鱼类适宜栖息环境,整个梯形丁坝提高了局部区域流速,坝前缓流区、坝头急流区、坝后回流区形成复杂、多样化的流速生境条件,可以满足不同生态类型鱼类、底栖动物的休憩、产卵、觅食条件;设置孔径大小不一的鱼巢砖同样营造了多样化的流速环境、以及三层坝体供给不同水生生物栖息的水深环境,多样化的水深、流速因素为鱼类、底栖动物、水生植物的生存提供了良好的环境,有利于提高河流水生生物多样性,增强河流的自净能力,促进河流逐步回归健康状况。
本发明丁坝为挺水植物、沉水植物、鱼类、底栖生物提供了一个适宜的生态环境,其共同构成一个小型的生物群落,面对外部冲击具有良好的自我修复功能,并且可以显著降低水体中氮磷等营养盐水平,降低水中有机物含量,从而提高水质净化效果,提高水体景观度,大大提高水体生态修复能力,是生态丁坝上的创新。
附图说明
图1为本发明的结构主视图。
图2为本发明的结构左视图。
图3为本发明的结构俯视图。
图4为本发明的鱼巢砖的立体结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-4给出,本发明包括坝体,上层坝体1、中层坝体2与下层坝体3横截面均呈梯形,下层坝体3上设置有中层坝体2,中层坝体2上设置有上层坝体1,分为上、中、下三层的梯形结构可以满足不同的生态需要,上层坝体1、中层坝体2与下层坝体3均由石笼网5构筑而成,石笼内填装有碎石、泥土以及沙粒的混合物6,下层坝体3外围由木桩4加固,三层坝体上表面均设有植物培育槽8,为水生生物提供一个良好的附着床层;上层坝体1的植物培育槽内设置有生态毯13,生态毯13上种植有挺水植物12,中层坝体2的植物培育槽内种植有适宜浅水环境的沉水植物B11,下层坝体的植物培育槽内种植有适宜深水环境的沉水植物A9,为底栖生物提供良好的生态环境,上层坝体1、中层坝体2与下层坝体3在竖直平面上分别设置有小、中、大孔径的鱼巢砖7,营造鱼类适宜栖息环境,整个梯形丁坝提高了局部区域流速,坝前缓流区、坝头急流区、坝后回流区形成复杂、多样化的流速生境条件,可以满足不同生态类型鱼类、底栖动物的休憩、产卵、觅食条件;设置孔径大小不一的鱼巢砖同样营造了多样化的流速环境、以及三层坝体供给不同水生生物栖息的水深环境,多样化的水深、流速因素为鱼类、底栖动物、水生植物的生存提供了良好的环境,有利于提高河流水生生物多样性,增强河流的自净能力,促进河流逐步回归健康状况。
所述的上层坝体1、中层坝体2、下层坝体3形状相同、大小不同且沿梯形长边对齐,平面比为2:3:4,高度比依次为3:4:5,下层坝体3坝宽为1/4河面宽,上层坝体1顶端淹没于水面下,位于常水位以下30cm处,各层坝体迎水面与水流方向夹角为 30°,背水面与水流方向夹角为 120°。
所述的石笼网5之间绑扎连接在一起。
所述的鱼巢砖7是由生态混凝土制成的四面开孔的正方体,分别铺设在各层坝体中部,鱼巢砖7孔径大小分别为6cm、9cm、12cm,边长分别为10cm、15cm、20cm,鱼巢砖可以根据不同鱼类栖息所需的水深进行微调,设置在合适的高度。
所述的生态毯为格栅状,格栅开孔直径为3-6 cm,表面用粒径5-8cm的鹅卵石压实,生态毯13完全覆盖在上层坝体植物培育槽内。
所述的木桩之间间距为15-20cm,木桩直径为15-20cm,表面涂刷有水性防腐漆层,木桩插入河床的深度大于80cm。
所述的挺水植物12为植株高度为50cm以上的具备净水功能的植物,种植密度为20株/m2
所述的挺水植物12为茨菇、美人蕉、黄花鸢尾、千屈菜的一种或几种的混合,种植密度为20株/m2
所述的沉水植物B11为狐尾藻、菹草、轮叶黑藻的一种或几种的混合,种植密度为25株/m2,沉水植物A9为金鱼藻、苦草、伊乐藻的一种或几种的混合,种植密度为25株/m2
所述的植物培育槽槽深30cm,槽内填充有由砾石、泥沙、鹅卵石10混合组成的基质,砾石粒径为3-6cm,鹅卵石10粒径为3-6cm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明的使用情况是,生态丁坝的构建河段水质要满足或优于IV类水体,丁坝上下游2倍河宽范围内过流流水不低于0.1m/s,不高于0.5m/s,水深不得低于2m,不得高于4m。坝体分为上、中、下三层结构,每层坝体均呈梯形,形状相同,比例不同,上层坝体1、中层坝体2、下层坝体3的平面比为2:3:4,高度比依次为3:4:5,底部坝宽为1/4河面宽,整个坝体高度位于常水位以下30cm处,各层坝体迎水面与水流方向夹角 30°,背水面与水流方向夹角120°,在各层坝体中部铺设四面开孔的正方体鱼巢砖,鱼巢砖7孔径大小分别为6cm、9cm、12cm,边长分别为10cm、15cm、20cm,鱼巢砖可以根据不同鱼类栖息所需的水深进行微调,设置在合适的高度,三层坝体上表面均设有植物培育槽8,槽深30cm,上层坝体1顶端淹没于水面下,顶端位于常水位下端30cm,生态毯13完全覆盖在上层坝体植物培育槽内,表面用粒径5-8cm鹅卵石压实,毯上种植茨菇、美人蕉、黄花鸢尾、千屈菜等植株高度为50cm以上的具备净水功能的挺水植物12,种植密度为20株/m2。中层坝体2、下层坝体3表面的植物培育槽内分别种植适宜浅水环境的沉水植物11和适宜深水环境的沉水植物9,种植密度为25株/m2,可有效防止植物根系和土壤被暴雨或河水冲刷流失。同时合理组配植物功能群结构,确保四季皆有净水功能的植物生长,有效改善了底栖生物可栖息环境,并根据水深设定合适的底部坝体高度,有效解决水深过深水生植物无法种植的问题。
本发明是通过模型模拟了不同结构形式的丁坝结构并开展了水槽物理模型试验,确定了生态丁坝结构稳定性能及水动力改善效果的最优参数,同时研究确定了适宜各类鱼类栖息的鱼巢砖最佳空隙率及开孔方式,并通过实验确定了不同水深水生生物生长的适宜性与净化水质的最佳搭配,本发明既满足了结构稳定和航道整治功能要求,又极大地改善了水生生物的生境状况,同时兼具水质净化的作用,有效促进了水生态系统结构与功能的恢复。
由上述可以看出,本发明生态丁坝较其他丁坝的优势之处在于:
本发明生态丁坝结构简单稳定,造价低,淹没式的设计不会影响河道景观度,梯级坝体结构的设计还可解决水深过深植物无法种植的问题。坝体结构的设计既满足护岸、防止水土流失的功能,又可快速、有效改善中小河流的局部生境状况。三层梯形丁坝的结构提高了局部过流流速,形成复杂、多样化的水深及流速条件,孔径大小不一的鱼巢砖营造了多样化的流速环境,鹅卵石的铺设为水生生物的栖息提高了适宜的附着床层,水下森林以及挺水植物的构建进一步提升了各类水生生物的栖息环境质量,促进了各类水生生物的栖息繁衍,提高了局部水生生物丰度及多样性水平,增强了水生态系统的结构稳定性。同时,利用水生生物能够降低水体中氮磷等营养盐水平,降低水中有机物含量,兼具一定的水质净化的效果,提高了水体的自净能力。此外,水下森林以及挺水植物的构建可以大幅提高中小河流景观性,具有良好的经济和社会效益。
与普通丁坝相比,该生态丁坝具备改善生境、促进各类水生动植物栖息繁衍的特点,并于2018年12月在流速0.1~0.2m/s、水深2m~3m的河道中分别设置普通丁坝与生态丁坝,3个月后三次调查结果显示,生态丁坝较普通丁坝对河段内最大流速提高26%~30%,回流净水区面积提高40%以上。生态丁坝附近鱼类多样性较普通丁坝提高15%~30%,底栖动物多样性提高25%~37%,生物量提高1.3倍以上,且满足了不同植物、动物所需的水深深度,各坝体表面种植净水型的水生植物,不但可为小型鱼类、螺类和虾蟹提供栖息环境,还具有改善水体质量以及提高景观度的功能,鱼巢砖也能为鱼类提供产卵、孵化和育幼适宜场所,水生植物、鱼类及底栖生物构成了一个结构稳定的生态群落,有利于加强水生态系统功能,促进生物群落结构不断恢复,面对外部冲击具有良好的自我修复功能,可以显著降低水体中氮磷等营养盐水平,降低水中有机物含量,从而提高水质净化效果,提高水体景观度,大大提高水体生态修复能力,是生态丁坝上的创新,具有良好的经济和社会效益。

Claims (6)

1.一种多功能淹没式梯形生态丁坝,包括坝体,其特征在于,上层坝体(1)、中层坝体(2)与下层坝体(3)横截面均呈梯形,下层坝体(3)上设置有中层坝体(2),中层坝体(2)上设置有上层坝体(1),分为上、中、下三层的梯形结构可以满足不同的生态需要,上层坝体(1)、中层坝体(2)与下层坝体(3)均由石笼网(5)构筑而成,石笼内填装有碎石、泥土以及沙粒的混合物(6),下层坝体(3)外围由木桩(4)加固,三层坝体上表面均设有植物培育槽(8),为水生生物提供一个良好的附着床层;上层坝体(1)的植物培育槽内设置有生态毯(13),生态毯(13)上种植有挺水植物(12),中层坝体(2)的植物培育槽内种植有适宜浅水环境的沉水植物B(11),下层坝体的植物培育槽内种植有适宜深水环境的沉水植物A(9),为底栖生物提供良好的生态环境,上层坝体(1)、中层坝体(2)与下层坝体(3)在竖直平面上分别设置有小、中、大孔径的鱼巢砖(7),营造鱼类适宜栖息环境,整个梯形丁坝提高了局部区域流速,坝前缓流区、坝头急流区、坝后回流区形成复杂、多样化的流速生境条件,可以满足不同生态类型鱼类、底栖动物的休憩、产卵、觅食条件;设置孔径大小不一的鱼巢砖同样营造了多样化的流速环境、以及三层坝体供给不同水生生物栖息的水深环境,多样化的水深、流速因素为鱼类、底栖动物、水生植物的生存提供了良好的环境,有利于提高河流水生生物多样性,增强河流的自净能力,促进河流逐步回归健康状况;所述的上层坝体(1)、中层坝体(2)、下层坝体(3)形状相同、大小不同且沿梯形长边对齐,平面比为2:3:4,高度比依次为3:4:5,下层坝体(3)坝宽为1/4河面宽,上层坝体(1)顶端淹没于水面下,位于常水位以下30cm处,各层坝体迎水面与水流方向夹角为 30°,背水面与水流方向夹角为 120°;所述的鱼巢砖(7)是由生态混凝土制成的四面开孔的正方体,分别铺设在各层坝体中部,鱼巢砖(7)孔径大小分别为6cm、9cm、12cm,边长分别为10cm、15cm、20cm;所述的生态毯为格栅状,格栅开孔直径为3-6cm,表面用粒径5-8cm的鹅卵石压实,生态毯(13)完全覆盖在上层坝体植物培育槽内;所述的植物培育槽槽深30cm,槽内填充有由砾石、泥沙、鹅卵石混合组成的基质,砾石粒径为3-6cm,鹅卵石粒径为3-6cm。
2.根据权利要求1所述的多功能淹没式梯形生态丁坝,其特征在于,所述的石笼网(5)之间绑扎连接在一起。
3.根据权利要求1所述的多功能淹没式梯形生态丁坝,其特征在于,所述的木桩之间间距为15-20cm,木桩直径为15-20cm,表面涂刷有水性防腐漆层,木桩插入河床的深度大于80cm。
4.根据权利要求1所述的多功能淹没式梯形生态丁坝,其特征在于,所述的挺水植物(12)为植株高度为50cm以上的具备净水功能的植物,种植密度为20株/m2
5.根据权利要求1所述的多功能淹没式梯形生态丁坝,其特征在于,所述的挺水植物(12)为茨菇、美人蕉、黄花鸢尾、千屈菜的一种或几种的混合,种植密度为20株/m2
6.根据权利要求1所述的多功能淹没式梯形生态丁坝,其特征在于,所述的沉水植物B(11)为狐尾藻、菹草、轮叶黑藻的一种或几种的混合,种植密度为25株/m2,沉水植物A(9)为金鱼藻、苦草、伊乐藻的一种或几种的混合,种植密度为25株/m2
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