CN111646645A - 一种清水产流护坡系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种清水产流护坡系统及其应用方法，该系统包括排水沟、与排水沟连通的集水池、沿着坡面布置的坡面草皮‑土壤系统、从坡面坡顶至坡脚根据护坡的地形走势布置的湿地模块单元，集水池的底部和顶部分别设有集水池连通的布水主管、坡面流出水管，坡面流出水管与坡面草皮‑土壤系统连通，布水主管的进水端安装有浊度控制泵送系统，用于根据检测的集水池中的水体浊度值控制集水池中的水体是否进入布水主管；布水主管与布设于湿地模块单元上部的布水支管相连。本发明在面源径流污水流入水体之前，可将初期雨水和中后期雨水分开并通过不同的途径进行处理，实现面源污染物的有效拦截和净化，可以较好的缓解和控制当前河湖受面源污染严重的问题。

Description

一种清水产流护坡系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及河湖面源污染控制和生态护岸设计、建造技术领域，具体是一种清水产流护坡系统及其应用方法。

背景技术

面源污染，作为典型的非点源污染，是指在降雨过程中雨水及其形成的径流流经地面，聚集一系列污染物质，随之进入水体，污染以河湖为主的地表水以及地下水，具有地域范围广、随机性强、成因复杂等特点，径流污染的控制是当前水环境研究的重点之一。随着我国经济水平的提高，城市排水管网系统和污水处理厂在不断建造或升级，此部分径流污染得到了一定程度的控制。然而，大部分的农村、郊野、城镇和未改造城中村缺少甚至没有排水系统。在旱季，没有排水系统的地区，大部分生活污水通过明渠直接排入附近的河流和湖泊；在雨季，即使中等强度的降雨，大量混杂生活污水的径流污染会超过管道的截留和输送能力，或是在缺少管道系统时通过径流干沟直接流入受纳水体。这些入河径流污染携带大量的固体颗粒，有机物和氮磷等营养盐，造成受纳水体富营养化，从而导致生态系统的恶化。

近年来，对受径流污染而至富营养化的水体采取的一系列生态修复工程和技术，如河道曝气、人工湿地、人工浮岛、底泥钝化、生态调水以及用于处理富营养化水体的旁道生态滤床等得到了越来越多的应用。然而，这些措施均为在水体受到一系列污染以后的应急和补救措施，而且多数是河道整治、护岸构建等原本工程外的治理措施，如何结合河道计划内的岸坡整治，在面源污染排入水体之前进行有效处理和控制是解决当前河湖污染问题的关键。生态护坡作为一种构造简单、处理费用低且具景观效果的面源污染截留技术，得到了广泛的推广和应用。

在本发明之前，有关河湖的生态护坡系统也有多种方法，如全系列生态护岸，即从坡脚到坡顶依次分为若干区域，运用不同的植物进行生态护坡，包括沉水植物、挺水植物、湿生草本与乔灌木等，它的优点是护坡效果好、工程技术要求不高、易于实现，景观异质度高、坡岸绿化整齐美观，保持了原坡岸的生境和生物多样性。然而，此类生态护坡方法不适宜在较陡和冲刷较大的坡岸，尤其是对于寸土寸金的城市而言，河道坡岸不可能有如此宽阔的堤岸进行理想的生态护坡的构建，因此，相对理想的的生态护岸的构建受到极大限制，可操作性差，基本难以实现。对于半系列生态护坡技术而言，即在河道常水位时的水面与坡岸交界处设置混凝土石砌驳岸，这种护坡方法中与水体直接接触的是垂直的石砌驳岸，正是它割裂了水陆的联系，影响水生生物的栖息生境，客观上也会影响到城市景观效果。对于两边硬化坡岸不仅景观效果差、阻断了水陆联系、而且对入河面源径流污染物无任何的截留和净化作用。

最为重要的，目前几乎所有建造的河道或湖泊护坡均无法将污染物含量最高的初期雨水和较为清洁的中后期雨水分开，要么是纯粹的坡面径流，对面源污染的拦截和净化效率较低，要么是纯粹的湿地、沟渠等进行处理，无法对初期重污染雨水和中后期轻度污染径流分开处置。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术和应用上存在的问题，综合考虑景观效果、水陆连通性以及对径流污染的有效拦截等因素，提出了一种清水产流生态护坡系统及其应用方法，该处理方法作为一种构造简单、处理费用低且净化和景观效果好的面源污染拦截和处理技术，在面源径流污水流入水体之前可将初期雨水和中后期雨水分开并通过不同的途径进行处理，实现污染物的拦截和净化，可以有效的缓解和控制当前河湖受面源污染严重的问题，而且为地埋嵌入式设计，不额外占地，不影响河湖两岸的其它景观营造。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种清水产流护坡系统，包括位于道路两侧的排水沟、位于排水沟外侧且与排水沟连通的集水池、沿着坡面布置的坡面草皮-土壤系统，所述集水池的底部和顶部分别设有集水池连通的布水主管、坡面流出水管，坡面流出水管连通集水池和坡面草皮-土壤系统，所述布水主管的进水端安装有浊度控制泵送系统，所述浊度控制泵送系统用于根据检测的集水池中的水体浊度值控制集水池中的水体是否进入布水主管；所述湿地模块单元从坡面坡顶至坡脚根据护坡的地形走势依次安装和布置，所述湿地模块单元中装填湿地填料，相邻湿地模块单元相互连通；布水主管与布水支管相连，所述布水支管沿着坡面布设在坡面草皮-土壤系统中护坡草皮的内部，敷设在所述湿地填料的上表面，布水支管上设有布水孔.

进一步的，所述浊度控制泵送系统中装有水体浊度在线测定仪，用于检测水体浊度值，当水体浊度值不小于150NTU时，浊度控制泵送系统开启，初期雨水进入布水主管，当水体浊度值小于150NTU时，浊度控制泵送系统关闭，集水池中的水位上涨至坡面流出水管处，随至坡面流出水管流经坡面草皮-土壤系统。

进一步的，所述集水池结构为混凝土集水池、碳钢集水池或PE集水池，所述集水池1的顶部覆盖有预制盖板，所述预制盖板为金属盖板或树脂盖板或高强度纤维水泥混凝土盖板。

进一步的，所述集水池通过侧排雨水篦与排水沟相连。

进一步的，所述布水主管的进水端还安装有管道式滤网，所述管道式滤网的滤孔直径大小为2mm-5mm。

进一步的，所述浊度控制泵送系统通过电源-信号集成线与安装在道路一侧的太阳能供电系统相连。

进一步的，所述浊度控制泵送系统通过电源-信号集成线与安装在道路一侧的太阳能供电系统相连。

进一步的，每个湿地模块单元的底部设置有排空支管，排空支管四周开设有进水孔，进水孔直径不小于5mm不大于10mm，每个排空支管和排空主管相连，排空主管沿着坡面布置于排空支管下方，排空主管上设有阀门。

进一步的，沿河道走向两个集水池之间的距离为10m-30m。

一种如上所述清水产流护坡系统的应用方法，包括如下步骤：

A、路面径流污水通过排水沟汇集后，经侧排雨水篦过滤除去杂物后流入到集水池中，初期面源污水进入集水池后经过初步的沉淀和停留；

B、水位不断上升，当淹没浊度控制泵送系统时，触控到浊度控制泵送系统中安装的水体浊度在线测定仪，当水体浊度值大于150NTU时，浊度控制泵送系统开启，初期面源污水进入到布水主管中，通过布水支管均匀流入不同的湿地模块单元，经过湿地填料的吸附、共沉淀以及微生物共同作用去除和截留面源污水中的污染物，最终汇入受纳水体；

C、随着降雨历程的行进，路面雨水的浊度和污染物浓度逐渐下降，当水体浊度值小于150NTU时，浊度控制泵送系统关闭，集水池中的水位上涨至坡面流出水管处，随出水管流经护坡的坡面草皮-土壤系统，经过草皮和土壤的截留净化后进入受纳水体。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1、本发明系统特点在于可以将初期雨水和中后期雨水分开处理，提高了处理效率和岸坡处理系统的使用寿命；

2、本发明系统安装有水体浊度智能监测和泵送系统启闭的耦合系统，可根据面源污染特征实现泵送系统的自动控制和布水，具有智能化、精准化控制等特点；

3、本发明针对初期面源污染水体，从上至下分别流经不同的串联处理单元，在系统中营造出不同的厌氧和好氧区域，对污水中氮磷、重金属等污染物的去除效果明显；

4、本发明装置结构紧凑，根据不同河道、湖泊护岸的具体情况自由建造组合，且建设成本低、建造时间短、耐径流污水冲击性强、易操作、运行稳定；

5、本系统的构建为下沉式和嵌入式，主要构筑物埋入地表以下，不额外占地和影响坡面景观效果；本系统可进行模块化设计，根据填料的使用年限和寿命等可进行更换；

6、本发明实现了初期重污染面源径流经过湿地单元强化处理，污染较轻的中后期雨水通过坡面径流净化后进水水体，既保证了清水产流系统对大部分入河入湖面源污染物的拦截，又减轻了湿地单元的运行压力，提高处理系统的使用寿命。

7、本发明针对如农村、城镇以及未改造的城中村等缺少及没有排水系统的地区，在径流污水通过冲刷干沟或坡面汇流进入受纳水体前进行拦截和净化，而非用于对已经受到污染而至富营养化水体的净化，更具有“治本”的作用和意义。

附图说明

图1是本发明清水产流护坡系统其中一个实施例的剖面图；

图2是本发明清水产流护坡系统其中一个实施例的局部放大图。

图中：1—排水沟、2—预制盖板、3—集水池、4—侧排雨水篦、5—管道式滤网、6—浊度控制泵送系统、7—电源-信号集成线、8—太阳能供电系统、9—坡面流出水管、10—布水主管、11—布水支管、12—出水孔、13—排空支管、14—排空主管、15—湿地模块单元、16—湿地填料、17—坡面草皮-土壤系统。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1及图2，本发明清水产流护坡系统其中一个实施包括排水沟1、预制盖板2、集水池3、侧排雨水篦4、管道式滤网5、浊度控制泵送系统6、电源-信号集成线7、太阳能供电系统8、坡面流出水管9、布水主管10、布水支管11、出水孔12、排空支管13、排空主管14、湿地模块单元15、湿地填料16、坡面草皮-土壤系统17。

所述排水沟1位于道路的两侧，用于汇集路面降雨径流。所述集水池3位于排水沟1的外侧，其结构为混凝土集水池或碳钢集水池或PE集水池，所述集水池3通过侧排雨水篦4与排水沟1相连，排水沟中1收集的雨水通过侧排雨水篦4流入集水池3中，所述集水池3的容积根据道路积水面积、常年降雨量、护坡面积等计算确定，原则上沿河道走向两个集水池3之间的距离为10m-30m。所述集水池1的顶部覆盖有预制盖板2，所述预制盖板2为金属盖板或树脂盖板或高强度纤维水泥混凝土盖板。

所述布水主管10位于所述集水池3的侧壁上，所述布水主管10所在位置位于所述集水池3底部，例如所述集水池3的三分之一高处，具体位置可根据实际需要设置。所述布水主管10的进水端安装有浊度控制泵送系统6和管道式滤网5，所述管道式滤网5的滤孔直径大小为2mm-5mm，所述浊度控制泵送系统6通过电源-信号集成线7与安装在道路一侧的太阳能供电系统8相连，太阳能供电系统8通过电源-信号集成线7为浊度控制泵送系统6提供工作电源。

所述坡面流出水管9位于所述集水池3顶部，坡面草皮-土壤系统17沿着坡面布置，坡面流出水管9连通集水池3和坡面草皮-土壤系统17。

所述浊度控制泵送系统6中装有水体浊度在线测定仪，可随时检测水体浊度值，当水体浊度值不小于150NTU时，浊度控制泵送系统6开启，初期雨水进入布水主管10，当水体浊度值小于150NTU时，浊度控制泵送系统6关闭，集水池3中的水位上涨至坡面流出水管9处，随至坡面流出水管9流经坡面草皮-土壤系统17。

所述湿地模块单元15长宽比不大于2:1，为由碳钢池体或PE池体或其他常用材料制成的湿地模块，可实现模块化安装和拼接；所述湿地模块单元15从坡面坡顶至坡脚根据护坡的地形走势依次安装和布置，整体位于护坡的内部即埋设于地下，湿地模块单元15的底部为原状土夯实；所述湿地模块单元15中装填常用湿地填料16，从坡顶到坡脚，每级湿地填料的粒径递减。以图1所示实施例为例，其湿地模块单元15共设有五级，从坡顶到坡脚，第一级湿地模块中装填湿地填料的粒径不小于25mm且不大于35mm，第二级湿地模块中湿地填料的粒径不小于15mm且不大于25mm，第三级湿地模块中湿地填料的粒径不小于10mm且不大于15mm，第四级湿地模块中填料的粒径不小于5mm且不大于10mm，第五级及以下湿地模块中填料的粒径不小于2mm且不大于5mm。

在每个湿地模块单元15连接下一个湿地模块单元15的外侧设置有出水孔12，所述出水孔12用于径流污水从上一单元流向下一单元。在每个湿地模块单元15的底部设置有排空支管13，排空支管13四周开设有进水孔，进水孔直径不小于5mm不大于10mm。每个排空支管13和排空主管14相连，排空主管14沿着坡面布置于排空支管13下方。在湿地堵塞时可通过开启排孔主管14上的阀门将湿地模块单15元中的水排空，便于检修和更换填料等。

所述布水支管11与布水主管10相连，且所述布水支管11沿着坡面布设。在位于布水支管11两侧斜向下距管底三分之一高度处开设有布水孔，布水孔直径为5mm-10mm。所述布水支管11敷设在坡面草皮-土壤系统17中护坡草皮的内部，敷设在所述湿地填料16的上表面。

本发明实施例还提供上述清水产流护坡系统的应用方法，其步骤包括：

A、路面径流污水通过排水沟1汇集后，经侧排雨水篦4过滤除去枯枝败叶等个体较大的杂物后流入到集水池3中，初期面源污水进入集水池3后经过初步的沉淀和停留，

B、水位不断上升，当淹没浊度控制泵送系统6时，触控到浊度控制泵送系统6中安装的水体浊度在线测定仪，初期雨水水体浊度和污染物浓度一般较高，当水体浊度值大于150NTU时，浊度控制泵送系统6开启，初期面源污水进入到布水主管10中，通过布水支管11均匀流入不同的湿地模块单元15，经过湿地填料16的吸附、共沉淀以及微生物等共同作用去除和截留面源污水中的污染物，最终汇入受纳水体；

C、随着降雨历程的行进，路面雨水的浊度和污染物浓度逐渐下降，当水体浊度值小于150NTU时，浊度控制泵送系统6关闭，集水池中的水位上涨至坡面流出水管9处，随出水管流经护坡的坡面草皮-土壤系统17，经过草皮和土壤的截留净化后进入河道或湖泊等受纳水体。

将本发明一种清水产流护坡系统应用于鄱阳湖流域一处无排水管网的城镇河道生态护坡构建中，护坡面积100m²，在6-7月份连续开展了3场大雨(24小时内雨量为35mm)或暴雨强度的降雨(24小时内雨量为55mm)，平均处理效果如表l所示。

表1一种清水产流护坡系统3场降雨平均处理效果表

本发明装置实现了对初期重污染雨水和中后期轻度污染径流分开处置，可以有效缓解和控制当前河湖受面源污染严重的问题，在径流污水流入受纳水体前进行拦截和净化，既节省成本又具有“治本”之效。本发明可应用于湖泊、河流、池塘和景观水体的生态护坡构建、水环境质量改善和景观营造工程中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种清水产流护坡系统，其特征在于：包括位于道路两侧的排水沟(1)、位于排水沟(1)外侧且与排水沟(1)连通的集水池(3)、沿着坡面布置的坡面草皮-土壤系统(17)，所述集水池(3)的底部和顶部分别设有集水池(3)连通的布水主管(10)、坡面流出水管(9)，坡面流出水管(9)连通集水池(3)和坡面草皮-土壤系统(17)，所述布水主管(10)的进水端安装有浊度控制泵送系统(6)，所述浊度控制泵送系统(6)用于根据检测的集水池(3)中的水体浊度值控制集水池(3)中的水体是否进入布水主管(10)；所述湿地模块单元(15)从坡面坡顶至坡脚根据护坡的地形走势依次安装和布置，所述湿地模块单元(15)中装填湿地填料(16)，相邻湿地模块单元(15)相互连通；布水主管(10)与布水支管(11)相连，所述布水支管(11)沿着坡面布设在坡面草皮-土壤系统(17)中护坡草皮的内部，敷设在所述湿地填料(16)的上表面，布水支管(11)上设有布水孔。

2.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：所述浊度控制泵送系统(6)中装有水体浊度在线测定仪，用于检测水体浊度值，当水体浊度值不小于150NTU时，浊度控制泵送系统(6)开启，初期雨水进入布水主管(10)，当水体浊度值小于150NTU时，浊度控制泵送系统(6)关闭，集水池(3)中的水位上涨至坡面流出水管(9)处，随至坡面流出水管(9)流经坡面草皮-土壤系统(17)。

3.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：所述集水池(3)结构为混凝土集水池、碳钢集水池或PE集水池，所述集水池1的顶部覆盖有预制盖板(2)，所述预制盖板(2)为金属盖板或树脂盖板或高强度纤维水泥混凝土盖板。

4.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：所述集水池(3)通过侧排雨水篦(4)与排水沟(1)相连。

5.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：所述布水主管(10)的进水端还安装有管道式滤网(5)，所述管道式滤网(5)的滤孔直径大小为2mm-5mm。

6.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：所述浊度控制泵送系统(6)通过电源-信号集成线(7)与安装在道路一侧的太阳能供电系统(8)相连。

7.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：每个湿地模块单元(15)连接下一湿地模块单元(15)的外侧设置有出水孔(12)，所述出水孔(12)用于径流污水从上一湿地模块单元(15)流向下一湿地模块单元(15)。

8.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：每个湿地模块单元(15)的底部设置有排空支管(13)，排空支管(13)四周开设有进水孔，进水孔直径不小于5mm不大于10mm，每个排空支管(13)和排空主管(14)相连，排空主管(14)沿着坡面布置于排空支管(13)下方，排空主管(14)上设有阀门。

9.如权利要求1所述清水产流护坡系统，其特征在于：沿河道走向两个集水池(3)之间的距离为10m-30m。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述清水产流护坡系统的应用方法，其特征在于包括如下步骤：

A、路面径流污水通过排水沟(1)汇集后，经侧排雨水篦(4)过滤除去杂物后流入到集水池(3)中，初期面源污水进入集水池(3)后经过初步的沉淀和停留；

B、水位不断上升，当淹没浊度控制泵送系统(6)时，触控到浊度控制泵送系统(6)中安装的水体浊度在线测定仪，当水体浊度值大于150NTU时，浊度控制泵送系统(6)开启，初期面源污水进入到布水主管(10)中，通过布水支管(11)均匀流入不同的湿地模块单元(15)，经过湿地填料(16)的吸附、共沉淀以及微生物共同作用去除和截留面源污水中的污染物，最终汇入受纳水体；

C、随着降雨历程的行进，路面雨水的浊度和污染物浓度逐渐下降，当水体浊度值小于150NTU时，浊度控制泵送系统(6)关闭，集水池中的水位上涨至坡面流出水管(9)处，随出水管流经护坡的坡面草皮-土壤系统(17)，经过草皮和土壤的截留净化后进入受纳水体。

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