CN110512563A - 一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于生态环境工程技术领域的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统。技术方案为：一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统设置在河流转弯的内凹处，包括沿水流方向依次设置的透水溢流坝、消能沉淀单元、复合湿地净化单元、生态涵养单元；河流复合湿地净化单元和河流生态涵养单元的末端分别设置第一排放单元和第二排放单元，水流通过河流第一排放单元和河流第二排放单元回流至河流；河流透水溢流坝位于河流生态调蓄系统与河流连接的入口。其有利于削减洪峰，调蓄洪水，减轻区域防洪压力，同时显著降低洪水中的泥沙量和颗粒态污染物及氮、磷等营养盐含量，维持河流的生态基流，确保区域防汛排涝安全。

Description

一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统

技术领域

本发明属于生态环境工程技术领域，具体涉及一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统。

背景技术

山溪性河流具有坡陡流急、峰高量大、陡涨陡落、丰枯变化大的特点，且普遍存在行洪能力不足的问题。当发生降雨时，河流易在短时间内形成洪水，洪水可能对河流的堤防、构筑物等造成损毁从而引发决堤的风险，而且裹挟着大量泥沙、垃圾、污染物等物质，严重影响河流水生态和水环境。

长期以来，加高加固堤防、修建水库和水闸、构建蓄滞洪区等成为削峰调洪的主要手段。这些技术措施对洪水资源化、生态化的治理针对性不强，存在一定的不足。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统。其有利于削减洪峰，调蓄洪水，减轻区域防洪压力，同时显著降低洪水中的泥沙量和颗粒态污染物及氮、磷等营养盐含量，维持河流的生态基流，确保区域防汛排涝安全。

本发明的技术方案为：一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统设置在河流转弯的内凹处，包括沿水流方向依次设置的透水溢流坝、消能沉淀单元、复合湿地净化单元、生态涵养单元；复合湿地净化单元和生态涵养单元的末端分别设置第一排放单元和第二排放单元，水流通过第一排放单元和第二排放单元回流至河流；透水溢流坝位于生态调蓄系统与河流连接的入口；消能沉淀单元包括生物净化装置；复合湿地净化单元内种植水生植物形成湿地环境；生态涵养单元包括生态岛和水源涵养区。

基于上述技术特征：透水溢流坝包括坝体、生态石笼、流态控制装置和自然富氧区；生态石笼位于透水溢流坝的坝体的上部，生态石笼的底部位于常水位附近；流态控制装置设置在生态石笼上面；自然富氧区位于坝体的后部，且与流态控制装置向下顺接。

基于上述技术特征：流态控制装置为块石堆砌形成的石堆，自然富氧区为坡面上的凹突状石壁。

基于上述技术特征：在流态控制装置前设置有格栅。

基于上述技术特征：消能沉淀单元中沿水流方向依次设置生物净化装置、配水渠，配水渠中的水流入复合湿地净化单元；配水渠的进水和出水两端分别设置有配水渠水闸。

基于上述技术特征：复合湿地净化单元包括配水池、挺水植物种植区和收集渠；从消能沉淀单元中流入的水首先进入配水池后流入挺水植物种植区；挺水植物种植区内设置若干二次配水渠，二次配水渠内种植沉水植物；水流最后进入位于复合湿地净化单元最外围的收集渠。

基于上述技术特征：第一排放单元为收集渠与河流的连接通道，第一排放单元上设置第一水闸和第一放空设施。

基于上述技术特征：生态涵养单元中的生态岛被水源涵养区包围。

基于上述技术特征：第二排放单元为水源涵养区与河流的连接通道，第二排放单元上设置第二水闸和第二放空设施。

本发明的有益效果为：可以模块化运行，且具有布局合理、自然做功、调蓄效果好的特点，可用于处理15mm以上降雨产生的河流洪水，分流河流内洪水，减轻区域防洪压力，削减洪水裹挟的颗粒态污染物、营养盐和有机物等，调蓄和净化雨洪，并使其资源化。各个单元具有以下功能和优点：

(1)透水溢流坝

透水溢流坝是生态调蓄系统的入口，具有以下功能和优点：

①拦截洪水中裹挟的碎石、生产生活废弃物、植物残体等杂物；

②调节洪水流态，降低洪水流速，保证系统安全，避免流速波动过大，影响系统后续处理效果；

③自然富氧，增加水体溶解氧含量，便于后续降解水体中营养盐；

④洪水自流进入本生态调蓄系统，自动调节水量，减轻区域防洪压力。

(2)消能沉淀单元

消能沉淀单元是生态调蓄系统的前置单元，具有以下功能和优点：

①进一步减缓水体流速，降低水体冲击力，达到消能的目的；

②沉降大颗粒泥沙，提高水体透明度；

③利用生物净化装置中的生物绳吸附、拦截、过滤水体中处于悬浮状态的颗粒态污染物；

④利用生物净化装置中附着的微生物吸附、吸收和降解水体中的有机物、N、P等污染物；

⑤对后续的处理单元起缓冲调节作用。

(3)复合湿地净化单元

①通过二次配水渠中的沉水植物，吸附拦截水中的悬浮物，进一步提高水体透明度，吸收水中营养盐并降解水中部分有机物；

②通过不同生长节律的种植于挺水植物种植区的挺水植物和二次配水渠中沉水植物的合理配置，提高生态系统净化功能的有效性、稳定性及持续性；

③挺水植物种植区为挺水植物生长和微生物附着提供适宜的生境，营造适宜微生物生长的生境条件，利用微生物吸附、吸收和降解水中营养物质和有机物；

④复合湿地内由二次配水渠形成的纵横交错的沟渠、五彩斑斓的植物和依势而建的湿地内部开通的道路或栈道，营造出具有浓郁湿地特色的景观。

(4)生态涵养单元

①可利用生物操纵技术和水生态系统，维持水体水质，有效防止水体富营养化；

②通过调节本单元库容，保障区域防汛排涝安全；

③水源涵养区内蓄存净化后的洪水资源，改善区域微气候。

(5)排放单元

①通过水闸调节出水流量，维持河流生态基流；

②通过调节水闸和放空设施调节系统水量，及时应对多变的气象条件。

(6)整个生态调蓄系统

洪水经过透水溢流坝和消能沉淀单元得到初步净化和消能降速，其透明度显著提高、流态趋于合理；经过复合湿地净化单元进一步净化，水体中氮、磷等营养盐及有机物浓度进一步降低；净化后的洪水进入生态涵养单元，利用水生态系统维持水体水质，最终通过第一排放单元和第二排放单元，进入河流，维持生态基流，确保区域防汛排涝安全。

附图说明

图1为本发明的平面布置示意图。

图2为本发明的透水溢流坝断面布置示意图。

图3为本发明的生态石笼大样图。

图4为本发明的消能沉淀单元断面图。

图5为本发明的复合湿地净化单元断面图。

图6为本发明的生态涵养单元断面图。

图1、图2、图4、图5中所示的箭头为水流方向。

元件标号说明

1 生态石笼

2 格栅

3 流态控制装置

4 自然富氧区

5 面板

6 隔板

7 底板

8 生物净化框架

9 扎丝

10 固定网片

11 中心绳

12 吸附纤维

13 框架固定件

14 配水渠水闸

15 配水渠

16 收集渠

17 挺水植物种植区

18 二次配水渠

19 沉水植物

20 挺水植物

21 配水池

22 乔木

23 地被植物

24 灌木

25 生态岛

26 水源涵养区

27 河流

28 透水溢流坝

29 消能沉淀单元

30 复合湿地净化单元

31 生态涵养单元

32 第一排放单元

33 第二排放单元

A 常水位

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示：本发明提供了针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，生态调蓄系统设置在河流27转弯的内凹处，包括沿洪水水流方向依次设置的透水溢流坝28、消能沉淀单元29、复合湿地净化单元30、生态涵养单元31。复合湿地净化单元30的末端设置第一排放单元32；生态涵养单元31的末端设置第二排放单元33。裹挟着泥沙、污染物、入河垃圾、动植物残体等的洪水进入本系统后首先经过透水溢流坝28，拦截入河垃圾、动植物残体等杂物，降低洪水流速和泥沙含量，增加水体溶氧量，为水体污染物的削减提供有利条件；进入消能沉淀单元29的洪水，其流速进一步降低，裹挟的颗粒态污染物和氮、磷、有机物等被拦截和削减，水体透明度显著上升；流过复合湿地净化单元30，水体中的氮磷等营养盐进一步削减，净化后的洪水进入生态涵养单元31；蓄存于生态涵养单元的洪水，利用水生生态系统维持水体水质，并通过第一排放单元32和第二排放单元33为河流补充水源，维持河流的生态基流。图1所示的各单元的布局和体量、第一排放单元和第二排放单元的位置和数量、复合湿地净化单元30内二次配水渠的布局仅为一种示意，可根据现场实地情况灵活布置，达到土地的利用最优，其中：

(1)透水溢流坝

如图2所示，透水溢流坝包括坝体、生态石笼1、格栅2、流态控制装置3和自然富氧区4。生态石笼1位于透水溢流坝的坝体上部，生态石笼1的底部位于常水位A附近；流态控制装置3设置在生态石笼1上面；自然富氧区4位于坝体后部；且与流态控制装置3向下顺接。流态控制装置3为块石堆砌形成的石堆，流态控制装置3能够调整水体流态，可由粒径400mm至700mm、棱角分明的块石组成，块石的规格和布设根据当地降雨强度和水动力模型确定；自然富氧区4为块石贴在坝体坡面上的凹突状石壁或者采用人工混凝土浇筑成凹突状石壁，自然富氧区4能够增加水体溶解氧含量，其空间布局由水中饱和溶解氧计算公式确定。格栅2设置在流态控制装置3前，格栅2可为不锈钢材质，尺寸以能够拦截植物残体和废弃包装物为宜。

生态石笼1为洪水进入生态调蓄系统的重要通道，同时为透水溢流坝的一部分，具有良好的抗冲性、稳定性和透水性，包括石笼框架和填充石料。如图3所示，石笼框架包括面板5、隔板6和底板7，材质为10％铝锌合金钢丝，钢丝直径均为φ5.0mm、抗拉强度≥500Mpa、断裂伸长率≧8％，镀层铝含量≧10％，板与板间以钢丝扣件连接；石料采用质地坚硬、完整、强度高，耐分化，具有良好抗水性的岩浆岩块石，块石粒径15～20cm；此处石笼构造仅为一种举例，也可采用现有技术中的其它类型的生态石笼实现。

(2)消能沉淀单元

如图4所示，消能沉淀单元包括生物净化装置、水闸14和配水渠15。生物净化装置包括生物净化框架8、扎丝9、固定网片10、中心绳11、吸附纤维12和框架固定件13。生物净化框架8为人工介质提供载体，由满足强度、刚度和稳定性要求的不锈钢方管经焊接而成，钢管的规格根据实际要求确定；扎丝9将中心绳固定于固定网片上，材质为纤维，规格经承载力计算确定；固定网片10的网眼规格为40×40mm，材质为纤维，为中心绳提供上下垂直悬挂的载体，分别固定在生物净化框架的上顶面和下部平面处；中心绳11为纤维绳，将吸附纤维12串联在一起；吸附纤维12由聚乙烯及维尼纶构成环状纤维素，比表面积可不小于1.6m²/m；生物净化框架8有支腿插入地面内的，同时，框架固定件13起固定生物净化框架内下部的固定网片的作用，框架固定件13可采用钢丝或钢筋将生物净化框架固定于地面上，钢丝和钢筋的规格根据《混凝土结构设计规范》中的配筋计算确定。框架固定件13的上端抵住固定网片，下端埋入固定在地面内。上述对生物净化装置的描述仅为一种举例，也可以根据工程实际情况选择采购现有的生物净化装置，生物净化装置本身属于本技术领域中的常规技术产品。

位于配水渠15出口和进口两端的配水渠水闸14的规模根据过水流量确定，选择相应的商品化水闸。配水渠15为生态型渠道，由生态混凝土浇筑而成。配水渠15中水流入复合湿地净化单元。位于配水渠15出口的配水渠水闸14用于调节由配水渠进入复合湿地净化单元的水量；位于配水渠15入口的配水渠水闸14用于调节经生物净化装置净化后的水进入配水渠15的水量。

(3)复合湿地净化单元

如图5所示，复合湿地净化单元包括配水池21、挺水植物种植区17和收集渠16；消能沉淀单元内配水渠15中的水通过出口处的配水渠水闸14首先进入配水池21，后流入挺水植物种植区17；挺水植物种植区17内设置若干二次配水渠18，二次配水渠18内种植沉水植物19；水流最后进入位于复合湿地净化单元最外围的收集渠16。

收集渠16用于收集本单元净化后水体，其堤岸可为自然护岸，规模根据过水流量确定；挺水植物种植区17为挺水植物20生长和微生物附着提供适宜的生境，根据挺水植物20生长需求经合理的地形塑造而成；二次配水渠18为沉水植物19提供适宜的生境并重新配水，避免出现“短流”，其边坡可为自然边坡，深度宜为0.8m至1.2m；沉水植物19为生长速度快、抗逆性强、净化能力突出的植物，如狐尾藻、马来眼子菜和大茨藻；挺水植物20为根系发达、适生性强、生物量大、株型优美的植物，如鸢尾和菖蒲；配水池21紧邻配水渠15，起到均匀布水的作用，由卵石和池体构成，卵石为粒径10～60mm、质地均匀的石块，池体可为钢混结构。

(4)生态涵养单元

如图6所示，生态涵养单元包括生态岛25和水源涵养区26。若干所述生态岛25由周边的水源涵养区26包围，具有蓄存水资源和维持水质功能。生态岛25上由挺水植物20、乔木22、地被植物23和灌木24构成健康稳定的植物生态系统，乔木22、地被植物23和灌木24为乡土类植物，优选观花、赏叶类植物；水源涵养区26为水生生物栖息、繁衍提供适宜的生存条件，其规模根据区域降雨强度和防洪排涝标准确定。

(5)排放单元

如图1所示，第一排放单元32为收集渠16与河流的连接通道，第一排放单元32上设置第一水闸和第一放空设施。第二排放单元33为水源涵养区26与河流的连接通道，第二排放单元上设置第二水闸和第二放空设施。根据河流生态需水量调节第一水闸和第二水闸启闭度。放空设施为应急设施，用于放空收集渠16或水源涵养区26内的水，把水直接放入河流中，其可由埋在地下的管道和闸阀构成，管道为PE管，管径根据过流能力确定，闸阀选择与管道匹配的商品化闸阀；也跟直接使用泵抽水，把水排入河流中。放空设备属于本技术领域的常用设备，其本身属于现有技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述生态调蓄系统设置在河流(27)转弯的内凹处，包括沿水流方向依次设置的透水溢流坝(28)、消能沉淀单元(29)、复合湿地净化单元(30)、生态涵养单元(31)；所述复合湿地净化单元(30)和所述生态涵养单元(31)的末端分别设置第一排放单元(32)和第二排放单元(33)，水流通过所述第一排放单元(32)和所述第二排放单元(33)回流至所述河流(27)；所述透水溢流坝(28)位于所述生态调蓄系统与所述河流(27)连接的入口；所述消能沉淀单元(29)包括生物净化装置；所述复合湿地净化单元(30)内种植水生植物形成湿地环境；所述生态涵养单元(31)包括生态岛(25)和水源涵养区(26)。

2.根据权利要求1所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述透水溢流坝包括坝体、生态石笼(1)、流态控制装置(3)和自然富氧区(4)；所述生态石笼(1)位于所述透水溢流坝的所述坝体的上部，所述生态石笼(1)的底部位于常水位附近；所述流态控制装置(3)设置在所述生态石笼(1)上面；所述自然富氧区(4)位于所述坝体的后部，且与所述流态控制装置(3)向下顺接。

3.根据权利要求2所述的所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述流态控制装置(3)为块石堆砌形成的石堆，所述自然富氧区(4)为坡面上的凹突状石壁。

4.根据权利要求3所述的所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：在所述流态控制装置(3)前设置有格栅(2)。

5.根据权利要求1所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述消能沉淀单元中沿水流方向依次设置所述生物净化装置、配水渠(15)，所述配水渠(15)中的水流入所述复合湿地净化单元；所述配水渠(15)的进水和出水两端分别设置有配水渠水闸(14)。

6.根据权利要求1所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述复合湿地净化单元包括配水池(21)、挺水植物种植区(17)和收集渠(16)；从所述消能沉淀单元中流入的水首先进入所述配水池(21)后流入所述挺水植物种植区(17)；所述挺水植物种植区(17)内设置若干二次配水渠(18)，所述二次配水渠(18)内种植沉水植物；水流最后进入位于所述复合湿地净化单元最外围的所述收集渠(16)。

7.根据权利要求6所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述第一排放单元为所述收集渠(16)与所述河流的连接通道，所述第一排放单元上设置第一水闸和第一放空设施。

8.根据权利要求1所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述生态涵养单元中的所述生态岛(25)被所述水源涵养区(26)包围。

9.根据权利要求8所述的一种针对山溪性河流洪水生态调蓄系统，其特征在于：所述第二排放单元为所述水源涵养区(26)与所述河流的连接通道，所述第二排放单元上设置第二水闸和第二放空设施。