CN110847196A - 一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构及其治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，包括坡体，坡体包括坡面和坡顶，坡顶上设有坡顶水渠，坡顶水渠的渠底均匀分布有若干砂井，坡体内还设有储水结构，砂井与储水结构连通，且储水结构内设有抽水泵B；坡体的底部设有坡底水渠，坡底水渠的一侧设有集水箱，集水箱用于收集坡底水渠内的水，集水箱内设有抽水泵A；抽水泵A和抽水泵B均通过太阳能发电单元供电；坡顶和坡面上均铺设有绿化单元，抽水泵B将储水结构中的水、抽水泵B将集水箱中的水抽出对坡面上的绿化单元进行滴灌。本发明还公开了一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，本发明解决了黄土塬在不同时段缺水干旱或多水成灾的问题。

Description

一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构及其治理方法
技术领域
本发明属于黄土塬生态治理技术领域，具体涉及一种兼顾太阳能利用 的黄土塬生态治理结构，本发明还涉及上述治理结构的治理方法。
背景技术
黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种呈褐黄色和 灰黄色的特殊土，在全世界的分布面积达1300万平方公里，我国也 是黄土面积分布最广的国家。
黄土塬本来地形平坦，但在水流的长期侵蚀下，形成黄土梁、黄土 峁、冲沟、陡崖、黄土陷穴、黄土桥等地形地貌，表现出地形破碎、沟壑 纵横和地形起伏较大水土流失严重的地形特征，进而引起滑坡等灾害，造 成生态破坏，人员伤亡。所以降雨的影响在黄土地区不容忽视，因此合理 利用降水，减少水流的侵蚀作用，在生态恢复以及边坡治理方面具有巨大 的现实意义。
传统的护坡工程比如抛石、干砌石、浆砌块石护坡、混凝土护坡、土 工膜袋混凝土护坡和绳索铰链混凝土板块护坡等，虽能一定程度确保黄土 岸坡稳定性和行洪排涝的基本功能，但因无法恢复自然植被对当地生态环 境和景观环境的影响不容忽视，同时工程造价相对较高，施工难度大，且 后期需要定期维护、不断修复。通过种植植物，利用植物与黄土的相互作 用(根系锚固作用)对黄土塬表层进行防护、加固，是一种有效的生态恢 复手段，但需要大量运用植物材料，施工有一定的季节限制，且其防护能 力易受到干扰，不能抵抗高强度、持续时间长的水流冲刷。因此，传统的 护坡工程和生态恢复技术往往达不到人们所期望的目标。新型的生态治理 技术就是利用自然的手段恢复自然原生态，通过利用自然降雨收集灌溉种 植的植被，形成自然生态的氛围，达到固坡的要求，同时还要兼顾经济、合理的原则。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，该 结构既解决了黄土塬在不同时段缺水干旱或多水成灾的问题，又兼顾恢复 生态环境功能。
本发明的另一目的是提供一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方 法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种兼顾太阳能利用的黄土塬生 态治理结构，包括坡体，坡体包括坡面和坡顶，坡顶上设有坡顶水渠，坡 顶水渠的渠底均匀分布有若干砂井，坡体内还设有储水结构，砂井与储水 结构连通，且储水结构内设有抽水泵B；
坡体的底部设有坡底水渠，坡底水渠的一侧设有集水箱，集水箱用于 收集坡底水渠内的水，集水箱内设有抽水泵A；
抽水泵A和抽水泵B均通过太阳能发电单元供电；
坡顶和坡面上均铺设有绿化单元，抽水泵B将储水结构中的水、抽水 泵B将集水箱中的水抽出对坡面上的绿化单元进行滴灌。
本发明所采用的第一种技术方案的特点还在于，
储水结构包括隧洞，抽水泵B安装在隧洞内，隧洞与砂井连通，砂井 中心处同轴埋置有PVC管，PVC管内同轴设有输水管A，输水管A连接若 干滴管A，滴管A沿坡面由上至下依次分布。
抽水泵A连接有输水管B，输水管B上连接有若干滴管B，滴管B沿 坡面从下至上依次分布。
相邻两个所述砂井中间布设排水口，坡面上设有导流渠，导流渠与排 水口连通，坡顶水渠内积水可自由下渗进入砂井或通过排水口进入坡面导 流水渠排向坡底水渠。
绿化单元包括绿植土层，绿植土层通过种植绿植来改善生态，绿植土 层的下方依次铺设有透水层和黏土层。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种兼顾太阳能利用的黄土塬生 态治理方法，具体包括如下步骤：
步骤1，平整坡面及坡顶，换填砂石或碎石作为透水层，下填黏土层， 上覆绿植土层；
步骤2，在坡顶修建梯形断面的坡顶水渠，坡顶水渠渠底开挖砂井，靠 近坡面一侧设置一排水口，用来排出多余的降水；坡面修建坡面导流水 渠，坡底修建坡底水渠，坡底水渠外侧设置集水箱，用于集水，在集水箱 内设有抽水泵A；
步骤3，在砂井下方修建隧洞，用于储存砂井渗的水，在砂井内同轴埋 设PVC管，PVC管高出砂井，以防止降雨进入PVC管内，PVC管内同轴 设有输水管A，在隧洞内安置抽水泵B；
步骤4，抽水泵A连接有输水管B，输水管B上连接有若干滴管B， 滴管B沿坡面从下至上依次分布；集水箱内的水通过抽水泵A抽出，再经 过输水管B输送，最后通过滴管B端部的滴管喷头将水喷在坡面上；输水 管A连接若干滴管A，隧洞内的水通过抽水泵B抽出，再经过输水管A输 送，最后通过滴管A端部的滴管喷头将水喷到坡面上；
滴管A沿坡面由上至下依次分布，各滴管A和各滴管B配合起来将坡 面从上至下进行全覆盖滴灌；
步骤5，安装太阳能电池组件，为抽水泵A和抽水泵B提供电源；
步骤6，坡面与坡顶的绿植土层上种植绿植，既改善了生态，又加固了 边坡。
本发明第二种技术方案的特点还在于：
坡顶所在平面与水平面成3～5°夹角。
砂井的直径为0.5m～0.8m，相邻两个砂井之间的间距为8m～10m。
相邻两个排水口之间的间距为8m～10m。
隧洞的直径为2m～2.5m。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生 态治理结构，不破坏原有结构，通过对边坡积水进行导流、储存再利用， 实现了“海绵黄土塬”的生态治理理念：雨季水多的时候收集起来，旱季缺 水时利用集水，进行坡面植被灌溉，恢复生态的同时又确保了黄土边坡在 运行过程中的安全和稳定。
附图说明
图1是本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构的结构示意 图；
图2是本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构的侧视图；
图3是本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构的绿化单元 结构示意图；
图4是本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构的太阳能发 电单元的结构示意图。
图中，1.坡底水渠，2.坡面导流水渠，3.坡顶水渠，4.排水口，5.砂井， 6.集水箱，7.滴管A，8.输水管A，9.隧洞，10.抽水泵A，11.滴管喷头，12. 太阳能电池组件，13.控制器，14.蓄电池，15.变压器，16.绿植土层，17.黏 土层，18.透水层，19.绿植，20.抽水泵B，21.输水管B，22.滴管B，23.坡 面，24.坡顶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，如图1、2所示， 包括位于坡顶24的坡顶水渠3，坡顶水渠3两边修葺护坡减少水渗入土 体；坡顶水渠3采用梯形断面，坡顶水渠3的渠底均匀分布有若干孔砂井 5，相邻两个砂井5中间布设排水口4，相邻两个排水口4的间距为 8～10m；坡顶水渠3内积水可自由下渗进入砂井5或通过排水口4进入坡面 导流水渠2排向坡底水渠1，最后汇聚于坡底集水箱6储存，集水箱6内安 装抽水泵A10，抽水泵A10连接有输水管B21。
输水管B21上连接有若干滴管B22，滴管B22沿坡面23从下至上依次 分布；
集水箱6内的水通过抽水泵A10抽出，再经过输水管B21输送，最后 通过滴管B22端部的滴管喷头11将水喷在坡面23上。
如图2所示，入渗至砂井5的水体存储于砂井5下方的隧洞9内，同时 隧洞9内安装抽水泵B20；砂井5中心同轴埋置PVC管，PVC管内同轴设 有输水管A8；
输水管A8连接若干滴管A7，隧洞9内的水通过抽水泵B20抽出，再 经过输水管A8输送，最后通过滴管A7端部的滴管喷头11将水喷到坡面 上；
滴管A7沿坡面23由上至下依次分布，各滴管A7和各滴管B22配合 起来将坡面23从上至下进行全覆盖滴灌。
如图3所示，坡顶与坡面23挖土换填，用碎石或砂石料等渗水材料作 为透水层18换填坡顶24与坡面23上的原土壤，坡顶与坡面23上均设有绿 化单元。
绿化单元包括位于坡顶和坡面23的绿植土层16，绿植土层16通过种 植绿植19来改善生态，绿植19吸收水分后析出钙、镁等成分固化土层， 绿植土层16的下方依次铺设有透水层18和黏土层17；透水层18与水平面 的夹角为8°～12°，便于坡顶降雨排向坡顶水渠3，黏土层17防止水分的下 渗。
抽水泵A10和抽水泵B20均通过太阳能发电单元供电。如图4所示， 太阳能发电单元包括架设在坡顶的太阳能电池组件12，太阳能电池板12依 次连接控制器13、蓄电池14和逆变器15，太阳能电池组件12主要是吸收 太阳能，将太阳能转换成电能，储存在蓄电池14中，为抽水泵A10和抽水 泵B20提供所需电能；控制器13用于对蓄电池14进行充放电管理。逆变 器15为交流负载提供电能，保证抽水泵A10和抽水泵B20的正常工作。
本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，具体包括以下步 骤：
步骤1，平整坡面23及坡顶24，坡顶24做成与水平面成3～5°的倾斜 面的，便于降雨顺利流入坡顶水渠3，换填砂石或碎石作为透水层18，下 填黏土层17，上覆绿植土层16；
步骤2，在坡顶24修建梯形断面的坡顶水渠3，坡顶水渠3渠底开挖 直径为0.5m～0.8m相邻间距8m～10m的砂井5，靠近坡面23一侧每间隔 8m～10m设置一排水口4，用来排出多余的降水；坡面23修建坡面导流水 渠2，坡底修建坡底水渠1，坡底水渠1外侧设置相邻间距8m～10m的集水 箱6，用于集水，在集水箱6内设有抽水泵A10；
步骤3，在砂井5下方修建直径2m～2.5m的隧洞9，用于储存砂井5渗 的水，在砂井5内同轴埋设PVC管，PVC管高出砂井5，以防止降雨进 入，管内放置连接太阳能电池组件12与抽水泵B20的线路和输水灌溉的输 水管A8，在隧洞9内安置抽水泵B20；
步骤4，抽水泵A10连接有输水管B21，输水管B21上连接有若干滴 管B22，滴管B22沿坡面23从下至上依次分布；集水箱6内的水通过抽水 泵A10抽出，再经过输水管B21输送，最后通过滴管B22端部的滴管喷头 11将水喷在坡面上；输水管A8连接若干滴管A7，隧洞9内的水通过抽水 泵B20抽出，再经过输水管A8输送，最后通过滴管A7端部的滴管喷头11 将水喷到坡面上。
滴管A7沿坡面23由上至下依次分布，各滴管A7和各滴管B22配合 起来将坡面23从上至下进行全覆盖滴灌；
步骤5，安装太阳能电池组件12，为抽水泵A10和抽水泵B20提供电 源；为防止风力作用，采用直径为25mm的三脚架支撑太阳能电池组件 12；
步骤6，坡面与坡顶的绿植土层上种植绿色植被，既改善了生态，又加 固了边坡。
本发明一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构利用了“海绵城市” 的理念，解决了黄土地区因季节降雨不规律带来的隐患，同时利用自然生 态恢复功能实现了绿化，达到了生态治理的要求。黄土地区夏季多暴雨， 如不及时处理流水对边坡的侵蚀，极易造成边坡滑移，影响自然生态，给 人民的安全带了极大的威胁。本发明利用集水箱和隧洞在多雨季节收集雨 水，储存起来，在少雨干旱的季节利用可再生能源太阳能发电泵送储水浇灌植被，一方面绿化了边坡，改善治理了生态环境，另一方面植被的根系 吸水后，析出的钙、镁等离子加固了边坡。

Claims (10)

1.一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，包括坡体，坡体包括坡面和坡顶，其特征在于：所述坡顶上设有坡顶水渠，坡顶水渠的渠底均匀分布有若干砂井，坡体内还设有储水结构，砂井与储水结构连通，且储水结构内设有抽水泵B；
坡体的底部设有坡底水渠，坡底水渠的一侧设有集水箱，集水箱用于收集坡底水渠内的水，集水箱内设有抽水泵A；
抽水泵A和抽水泵B均通过太阳能发电单元供电；
所述坡顶和坡面上均铺设有绿化单元，抽水泵B将储水结构中的水、抽水泵B将集水箱中的水抽出对坡面上的绿化单元进行滴灌。
2.根据权利要求1所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，其特征在于：所述储水结构包括隧洞，抽水泵B安装在隧洞内，隧洞与砂井连通，砂井中心处同轴埋置有PVC管，PVC管内同轴设有输水管A，输水管A连接若干滴管A，滴管A沿坡面由上至下依次分布。
3.根据权利要求1所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，其特征在于：所述抽水泵A连接有输水管B，输水管B上连接有若干滴管B，滴管B沿坡面从下至上依次分布。
4.根据权利要求1所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，其特征在于：相邻两个所述砂井中间布设排水口，坡面上设有导流渠，导流渠与排水口连通，坡顶水渠内积水可自由下渗进入砂井或通过排水口进入坡面导流水渠排向坡底水渠。
5.根据权利要求1所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理结构，其特征在于：所述绿化单元包括绿植土层，绿植土层通过种植绿植来改善生态，绿植土层的下方依次铺设有透水层和黏土层。
6.一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，平整坡面及坡顶，换填砂石或碎石作为透水层，下填黏土层，上覆绿植土层；
步骤2，在坡顶修建梯形断面的坡顶水渠，坡顶水渠渠底开挖砂井，靠近坡面一侧设置一排水口，用来排出多余的降水；坡面修建坡面导流水渠，坡底修建坡底水渠，坡底水渠外侧设置集水箱，用于集水，在集水箱内设有抽水泵A；
步骤3，在砂井下方修建隧洞，用于储存砂井渗的水，在砂井内同轴埋设PVC管，PVC管高出砂井，以防止降雨进入PVC管内，PVC管内同轴设有输水管A，在隧洞内安置抽水泵B；
步骤4，抽水泵A连接有输水管B，输水管B上连接有若干滴管B，滴管B沿坡面从下至上依次分布；集水箱内的水通过抽水泵A抽出，再经过输水管B输送，最后通过滴管B端部的滴管喷头将水喷在坡面上；输水管A连接若干滴管A，隧洞内的水通过抽水泵B抽出，再经过输水管A输送，最后通过滴管A端部的滴管喷头将水喷到坡面上；
滴管A沿坡面由上至下依次分布，各滴管A和各滴管B配合起来将坡面从上至下进行全覆盖滴灌；
步骤5，安装太阳能电池组件，为抽水泵A和抽水泵B提供电源；
步骤6，坡面与坡顶的绿植土层上种植绿植，既改善了生态，又加固了边坡。
7.根据权利要求6所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，其特征在于：所述坡顶所在平面与水平面成3～5°夹角。
8.根据权利要求6所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，其特征在于：所述砂井的直径为0.5m～0.8m，相邻两个砂井之间的间距为8m～10m。
9.根据权利要求6所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，其特征在于：相邻两个排水口之间的间距为8m～10m。
10.根据权利要求6所述的一种兼顾太阳能利用的黄土塬生态治理方法，其特征在于：所述隧洞的直径为2m～2.5m。
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