CN110627215B - 一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态保护技术领域，具体是涉及一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统，是由水域治理模块、水岸治理模块和陆域治理模块组成。水域治理模块包括深槽‑浅滩改造单元和碎石槽净化单元，水岸治理模块包括生态砖防护单元和固化防护单元，陆域治理模块包括扦插防护单元和植物加筋改造单元。本发明采用了模块化结构，针对不同环境下的退水生态带能够调用不同的单元，解决问题的方式灵活，因此具有很广的适用面，且可以根据河道距居民区的远近和对防洪要求的标准作出区别施工，在保证基础功能的前提下，降低施工成本，通过将工程改造技术与生物群落配置技术结合使用，保证了河流横向的水陆间物质、能量、信息交换的连通性。

Description

一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统
技术领域
本发明涉及生态保护技术领域，具体是涉及一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统。
背景技术
退水生态带泛指水陆界面被水间歇性淹没的地段，退水生态带作为连接水生和陆地生态系统的纽带，在抵御洪水、调节径流、保持水土、蓄洪抗旱、降解污染、净化水质等改善水域生态系统等方面都具有其他系统不可替代的作用。但随着社会经济、工农业的发展、人类干扰活动的不断增强，以及对水资源利用强度的趋增，导致越来越多退水生态带的环境容量和生态承载力不堪重负。
因此人们开始关注退水生态带的修复，但受以往的河道整治思路的影响，过于注重河道稳定、防洪安全与输水高效，采用了大量的浆砌石、钢筋混凝土等材料进行边坡防护，并修建了较高的防洪堤，虽然具有较高的防渗与稳定性，但破坏了河流的横向连通性，水陆间物质、能量、信息交换通道受阻，造成退水生态带生态系统退化。
为了解决这一问题，一份申请号为“CN201910218328.3”，名称为“一种生态岸带净化结构及带有该结构的河道净化系统”的发明专利公开了了一种生态案带净化结构，该净化结构包括呈槽体结构的垂直流人工湿地净化系统和仿自然湿地净化系统。但是该发明也存在着以下不足：
1)该发明在设计之初并没有考虑河岸的具体情形：河岸的陡峭程度、河面的宽度、水流的流速，对于不同样貌的河段适应性差，不能根据具体的河岸受侵蚀的程度对净化结构做出调整，装置的结构固化程度过高，适应性差。
2)该发明没有考虑在实际应用中的成本问题：河岸的防护结构应根据河道距居民区的远近和对防洪要求的标准作出区别施工，对于偏远地区的河段，可以根据当地实际情况简化结构，在保证基础功能的前提下，降低成本。
3)该发明采用大量的浆砌石、钢筋混凝土等材料进行边坡防护，虽然具有较高的稳定性，但破坏了河流横向的水陆间物质、能量、信息交换的连通性，反而影响了原有的生态系统的净化功能。
4)该发明只考虑到了常水位下的防护工作，但没有考虑到洪水位下河岸的防护工作，在河流汛期时存在安全隐患。
为了解决以上问题，亟需一种适应面广、不破坏生态带原有生态净化系统、能满足河流汛期防洪功能、成本可控的退水生态带持续净化利用系统。
发明内容
为了达到以上目的，本发明提供了一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统，本退水生态带净化系统具有适应面广、不破坏生态带原有生态净化系统、能满足河流汛期防洪功能、成本可控的特点，具体的的技术方案如下：
一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统，是由水域治理模块、水岸治理模块和陆域治理模块组成。
其中，所述水域治理模块包括深槽-浅滩改造单元和碎石槽净化单元；所述深槽-浅滩改造单元是通过堆砌生态袋使水系纵断面呈现出深浅交替的深槽和浅滩的形貌，以此改善退水生态带的自然条件；生态袋的摆放呈阶梯状排列，上一层生态袋的摆放位置处于下层两个生态袋的接缝处，上下层生态袋之间使用标准连接扣连接，按照这种摆放方式，从河道一侧摆放至另一侧，根据退水生态带的实际宽度选择具体摆放几排生态袋垄。多道生态袋垄和河道底共同形成深槽和浅滩形貌。
所述碎石槽净化单元是通过模仿湿地环境和营造适合好氧微生物的环境，从而通过植物根系和好氧微生物降解水体中的污染物，达到持续净化的效果。所述碎石槽为1.5x1.5x0.3m的透水塑料筐，内部填充有砾石、陶粒、腐殖土和草种。安放时，需保证碎石槽的上端与平稳期河流的最高水面几乎相平，保证装置净化功能能正常工作的同时减少河水对于内部填充物的冲刷。
进一步地，所述水岸治理模块包括生态砖防护单元和固化防护单元；所述生态砖防护单元是通过在岸坡交错铺设生态砖，从而修复退水生态带河岸冲刷侵蚀严重的地段；所述生态砖为生态透水砖，用混凝土在河底筑基后，将生态砖在混凝土上呈阶梯状依次铺设，保证每层生态砖的种植槽能够完全暴露出来，方便后期的栽种植被；具体的，在水深≥80cm处生态砖的种植槽上种植有深水型挺水植物，所述深水型挺水植物包括芦苇、水葱和茭白；在水深为20-80cm处生态砖的种植槽上种植有浅水型挺水植物，所述浅水型挺水植物包括黄菖蒲、黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉和慈姑。
进一步地，所述固化防护单元是通过添加液体土壤固化剂来稳定土壤，以解决土质坡面的侵蚀问题。所述液体土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。在对河岸坡面进行固化处理后，需在固化坡面铺设一层防蚀网，接下来在在水深≤20cm处的防蚀网上种植有湿地型挺水植物，所述湿地型挺水植物包括菖蒲、石菖蒲、水芹菜和香菇草。
进一步地，所述陆域治理模块包括扦插防护单元和植物加筋改造单元；所述插防护单元是通过木本植物根系稳固坡面的同时，防止太阳辐射，对水域进行降温，营造良好的生物栖息环境，所用木本植物为小叶杨、山杨、旱柳和棉花柳。
进一步地，所述植物加筋改造单元是通过草本植物发达的根系与防蚀网相互配合从而固化土壤，以解决坡面由于洪水期水流的冲刷而导致的水土流失问题。所述草本植物为果岭草。
进一步地，具体的改造流程包括以下步骤：
S1：生态带环境调查：针对退水生态带进行详实的数据调查，包括河岸情形调查、水质调查和生物调查,具体的调查内容如下：
S11：所述河岸情形调查包括岸坡陡峭程度、河岸冲蚀程度和与居民区的距离。
S12：所述水质调查包括以下数据：总氮、总磷、氮氨、高锰酸盐指数、叶绿素a、水深、透明度、溶解氧和水温。
S13：所述生物调查包括水生植物调查、浮游生物调查、底栖动物调查。
其中，所述水生植物调查包括挺水植物、浮水植物和沉水植物分布情况的统计。调查的目的是为了后期通过水生植物的营养竞争来抑制风浪和藻类生长、促进营养物质沉积、稳定沉积物和岸坡、降低水体营养盐含量以及为水生动物提供觅食和庇护场所。
所述浮游生物调查主要包括浮游植物和浮游动物的种类以及数量调查；所述底栖动物调查的对象是指大部分时间生活在水体底部并且肉眼可见的水生动物群落，主要包括寡毛类、软体动物和水生昆虫。调查的目的是为了后期以退水生态带存在过的某营养水平阶段下浮游动植物和底栖生物群落的结构为模板，考虑生态学、经济学及景观原则，适当地引入有特殊用途、适应能力强、生态效益好的物种，配置多种、高效、稳定的生物群落，构建具有持续性的退水生态带净化系统。
S2：生态带改良方案：依据退水生态带具体的环境状况，遵循水域治理模块→水岸治理模块→陆域治理模块的顺序选取不同的处理单元解决问题；进一步地，所述步骤S2的具体选取标准为：
S21：所述深槽-浅滩改造单元适用于河道的规整度较高、弯曲幅度较小、河流流速在1-2m/s的河段；
S22：所述碎石槽净化单元适用于河面宽度较宽、河流流速＜1m的河段。
S23：所述生态砖防护单元适用于防洪要求高，受冲刷严重且与居民区较近的河段。
S24：所述固化防护单元适用于水利条件复杂的河段。
S25：所述扦插防护单元适用于坡度在1：2—1：1.5中间的河段。
S26：所诉植物加筋改造单元适用于河道较为陡峭，即坡度大于1：2的河段。
S3：生态带改良后的信息反馈：针对改良后的生态带进行周期性的回访调查，结合动态数据对今后的技术方案进行微调。
与现有的退水生态带净化系统相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用了模块化结构，针对不同环境下的退水生态带能够调用不同的单元，解决问题的方式灵活且具有针对性，因此具有很广的适用面。
2)本发明因采用模块化结构，因此可以根据河道距居民区的远近和对防洪要求的标准作出区别施工，对于偏远地区的河段，可以根据河岸的实际情况简化结构，在保证基础功能的前提下，降低施工成本。
3)本发明将工程改造技术与生物群落配置技术结合使用，在对河道边坡做到稳定性加固的同时，也保护了河流横向的水陆间物质、能量、信息交换的连通性，创造了可持续利用的退水生态带净化系统。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是退水生态带的生态示意图；
图3是本发明退水生态带净化系统的结构示意图；
图4是本发明深槽-浅滩改造单元的横断面示意图；
图5是本发明实施例二的结构示意图；
图6是本发明实施例三的结构示意图；
图7是本发明实施例四的结构示意图。
图中：1-水域治理模块、110-深槽-浅滩改造单元、11-生态袋、111-标准连接扣、120-碎石槽净化单元、2-水岸治理模块、210-生态砖防护单元、21-生态砖、211-种植槽、212-深水型挺水植物、213-浅水型挺水植物、220-固化防护单元、22-固化土壤、221-湿地型挺水植物、222-混凝土、3-陆域治理模块、310-扦插防护单元、31-木本植物、320-植物加筋改造单元、32-防蚀网、321-草本植物、4-常水位、41-洪水位。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。
实施例一
如图3所示，一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统，是由水域治理模块1、水岸治理模块2和陆域治理模块3组成。
其中，所述水域治理模块1包括深槽-浅滩改造单元110和碎石槽净化单元120；所述深槽-浅滩改造单元110是通过堆砌生态袋11使水系纵断面呈现出深浅交替的深槽和浅滩的形貌，以此改善退水生态带的自然条件；生态袋11的摆放呈阶梯状排列，上一层生态袋11的摆放位置处于下层两个生态袋11的接缝处，上下层生态袋11之间使用标准连接扣111连接，按照这种摆放方式，从河道一侧摆放至另一侧，根据退水生态带的实际宽度选择具体摆放几排生态袋11垄。多道生态袋11垄和河道底共同形成深槽和浅滩形貌。
所述碎石槽净化单元120是通过模仿湿地环境和营造适合好氧微生物的环境，从而通过植物根系和好氧微生物降解水体中的污染物，达到持续净化的效果。所述碎石槽为1.5x1.5x0.3m的透水塑料筐，内部填充有砾石、陶粒、腐殖土和草种。安放时，需保证碎石槽的上端与平稳期河流的最高水面几乎相平，保证装置净化功能能正常工作的同时减少河水对于内部填充物的冲刷。
所述水岸治理模块2包括生态砖防护单元210和固化防护单元220；所述生态砖防护单元210是通过生态砖21的交错铺设，从而修复退水生态带河岸冲刷侵蚀严重的地段；所述生态砖21为生态透水砖，用混凝土222在河底筑基后，将生态砖21在混凝土222上呈阶梯状依次铺设，保证每层生态砖21的种植槽211能够完全暴露出来，方便后期的栽种植被；具体的，在水深≥80cm处生态砖21的种植槽211上种植有深水型挺水植物212，所述深水型挺水植物212包括芦苇、水葱和茭白；在水深为20-80cm处生态砖21的种植槽211上种植有浅水型挺水植物213，所述浅水型挺水植物213包括黄菖蒲、黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉和慈姑。
所述固化防护单元220是通过添加液体土壤固化剂来稳定土壤，以解决土质坡面的侵蚀问题。所述液体土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。在对河岸坡面进行固化处理后，需在固化坡面铺设一层防蚀网32，接下来在在水深≤20cm处的防蚀网32上种植有湿地型挺水植物221，所述湿地型挺水植物221包括菖蒲、石菖蒲、水芹菜和香菇草。
所述陆域治理模块3包括扦插防护单元310和植物加筋改造单元320；所述插防护单元310是通过木本植物31根系稳固坡面的同时，防止太阳辐射，对水域进行降温，营造良好的生物栖息环境，所用木本植物31为小叶杨、山杨、旱柳和棉花柳。
所述植物加筋改造单元320是通过草本植物321发达的根系与防蚀网32相互配合从而固化土壤，以解决坡面由于洪水期水流的冲刷而导致的水土流失问题。所述草本植物321为果岭草。
实施例二
如图5所示，对某地区某河段的退水生态带进行环境调查，得到的调查数据如下：该河段规整度较高，河流流速为1.2m/s，河岸受侵蚀程度严重，距离居民区较近，且溶解氧含量较低、水质透明度较差、但不承担主要的泄洪功能。针对此河段作出的改造修复方案如图5所示：
1)采用深槽-浅滩改造单元110对水域进行治理，通过堆砌生态袋使水系纵断面呈现出深浅交替的深槽和浅滩的形貌，以此改善退水生态带的自然条件。
2)采用生态砖防护单元210对水岸进行治理，通过生态砖21的交错铺设，从而修复退水生态带河岸冲刷侵蚀严重的地段。栽培植物为水葱和黄花鸢尾。
3)采用植物加筋改造单元320对陆域进行治理，通过草本植物321发达的根系与防蚀网32相互配合从而固化土壤，以解决坡面由于洪水期水流的冲刷而导致的水土流失问题。栽培植物为果岭草。
实施例三
如图6所示，对某地区某河段的退水生态带进行环境调查，得到的调查数据如下：该河段河面宽度较宽、河流流速＜1m，河岸受侵蚀程度一般，距离居民区较远，溶解氧含量适中、水质透明度良好、但承担主要的泄洪功能。针对此河段作出的改造修复方案如图6所示：
1)采用深槽碎石槽净化单元120对水域进行治理，通过模仿湿地环境和营造适合好氧微生物的环境，从而通过植物根系和好氧微生物降解水体中的污染物，达到持续净化的效果。栽培植物为茭白。
2)采用固化防护单元220对水岸进行治理，通过添加液态固化剂来稳定土壤，以解决土质坡面的侵蚀问题。栽培植物为香菇草。
3)采用扦插防护单元310对陆域进行治理，是通过木本植物31根系稳固坡面的同时，防止太阳辐射，对水域进行降温，营造良好的生物栖息环境。栽培植物为棉花柳。
实施例四
如图7所示，对某地区某河段的退水生态带进行环境调查，得到的调查数据如下：该河段河面宽度较宽、河流流速＜1m，河岸受侵蚀程度严重，距离居民区较近，溶解氧含量较低、水质透明度较差、但承担主要的泄洪功能。针对此河段作出的改造修复方案如图6所示：
1)采用深槽碎石槽净化单元120对水域进行治理，通过模仿湿地环境和营造适合好氧微生物的环境，从而通过植物根系和好氧微生物降解水体中的污染物，达到持续净化的效果。
4)2)采用生态砖防护单元210对水岸进行治理，通过生态砖21的交错铺设，从而修复退水生态带河岸冲刷侵蚀严重的地段。栽培植物为芦苇和美人蕉。
3)采用扦插防护单元310对陆域进行治理，是通过木本植物31根系稳固坡面的同时，防止太阳辐射，对水域进行降温，营造良好的生物栖息环境。栽培植物为小叶杨。
4)采用植物加筋改造单元320对陆域进行治理，通过草本植物321发达的根系与防蚀网32相互配合从而固化土壤，以解决坡面由于洪水期水流的冲刷而导致的水土流失问题。栽培植物为果岭草。
通过以上实施例可以看出本发明的退水生态带净化系统能够应对各种不同情形的河岸坡道修复，适用范围广，搭配灵活，在保证功能的前提下能有效降低成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；因为对河流功能(如行船、泄洪、灌溉等)的要求不同，所以对于河流的宽窄判断无法做出精确限定，具体的宽窄判断应该结合当地实际情况和工程需求共同决定；本领域的普通技术人员应当理解，对于河流不同要求下的宽窄判断并不影响本发明的实质精神和范围。

Claims (2)

1.一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统，其特征在于，是由水域治理模块(1)、水岸治理模块(2)和陆域治理模块(3)组成；
所述水域治理模块(1)包括深槽-浅滩改造单元(110)和碎石槽净化单元(120)；所述深槽-浅滩改造单元(110)是通过堆砌生态袋(11)使水系纵断面呈现出深浅交替的深槽和浅滩的形貌，以此改善退水生态带的自然条件；所述碎石槽净化单元(120)是通过模仿湿地环境和营造适合好氧微生物的环境，从而通过植物根系和好氧微生物降解水体中的污染物，达到持续净化的效果；
所述水岸治理模块(2)包括生态砖防护单元(210)和固化防护单元(220)；所述生态砖防护单元(210)是通过在岸坡交错铺设生态砖(21)，从而修复退水生态带河岸冲刷侵蚀严重的地段；所述固化防护单元(220)是通过添加液态固化剂来稳定土壤，以解决土质坡面的侵蚀问题；
所述陆域治理模块(3)包括扦插防护单元(310)和植物加筋改造单元(320)；所述扦 插防护单元(310)是通过木本植物(31)根系稳固坡面的同时，防止太阳辐射，对水域进行降温，营造良好的生物栖息环境；所述植物加筋改造单元(320)是通过草本植物(321)发达的根系与防蚀网(32)相互配合从而固化土壤，以解决坡面由于洪水期水流的冲刷而导致的水土流失问题；
所述生态砖防护单元(210)在水深≥80cm处生态砖(21)的种植槽(211)上种植有深水型挺水植物(212)；生态砖防护单元(210)在水深为20-80cm处生态砖(21)的种植槽(211)上种植有浅水型挺水植物(213)；
所述固化防护单元(220)在水深≤20cm处的固化坡面上种植有湿地型挺水植物(221)；
所述深水型挺水植物(212)包括芦苇、水葱和茭白；所述浅水型挺水植物(213)包括黄菖蒲、黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉和慈姑；所述湿地型挺水植物(221)包括菖蒲、石菖蒲、水芹菜和香菇草；所述木本植物(31)为小叶杨、山杨、旱柳和棉花柳；所述草本植物(321)为果岭草。
2.如权利要求1所述的一种入河坡地沟道退水生态带持续净化利用系统，其特征在于，具体的改造流程包括以下步骤：
S1：生态带环境调查：针对退水生态带进行详实的数据调查，包括河岸情形调查、水质调查和生物调查；
S2：生态带改良方案：依据退水生态带具体的环境状况，遵循水域治理模块(1)→水岸治理模块(2)→陆域治理模块(3)的顺序选取不同的处理单元解决问题；
S3：生态带改良后的信息反馈：针对改良后的生态带进行周期性的回访调查，结合动态数据对今后的技术方案进行微调。
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CN102730823A (zh) * 2012-07-10 2012-10-17 中国科学院生态环境研究中心 拟自然河道水质净化系统
CN103043796A (zh) * 2012-02-20 2013-04-17 广州市新之地环保产业有限公司 一种内河河岸植被缓冲净化带
CN203049536U (zh) * 2012-12-05 2013-07-10 江苏省城市规划设计研究院 一种生态防蚀型河道护坡结构
CN207003373U (zh) * 2017-07-19 2018-02-13 上海友为工程设计有限公司 一种复合式河道生态护岸结构

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