CN112047481A - 一种河道人工湿地 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种河道人工湿地，包括河床以及沿水流方向间隔设在河床上的若干个湿地单元，每个湿地单元包括沿水流方向依次铺设在河床上的第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层，第一铺设层和第三铺设层均包括平铺的卵石层，第二铺设层包括冲刷缓冲层，冲刷缓冲层顶面与第一铺设层和第三铺设层下方的河床顶面对齐，冲刷缓冲层上嵌有拦水石笼坝，拦水石笼坝的高度高于冲刷缓冲层的高度，位于拦水石笼坝上游的冲刷缓冲层和第一铺设层构成前置蓄水区，位于拦水石笼坝下游的冲刷缓冲层和第二铺设层构成跌水缓冲区，水流经过前置蓄水区和拦水石笼坝后跌落至跌水缓冲区。与现有技术相比，本发明具有净化效果好、无能耗和防冲刷能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其是涉及一种河道人工湿地。
背景技术
湿地分为自然和人工两大类。自然湿地主要有沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩和盐沼等，河道湿地是自然湿地的一种，通常包括河道主河槽和主河槽两侧间歇性淹没的河滩地。河道湿地能修复与保护生态系统的功能，还可利用其自净能力能够削减河水中污染物。河道湿地则是一种自然存在的生态净化处理工艺，基本上存在于每一条河湖水系中，在水体污染物自然净化方面发挥了重要作用。多种生境地貌的存在是河流湿地景观的多样性的基础，它可以利用现有的自然凹岸、曲流、卵石、泥沙、低坝、浅滩、深潭等丰富的环境类型，为各种生物繁衍创造适宜的生存环境，也是河道自我富氧和自净能力实现的关键。
目前，大部分河流及周边流域范围均存在大量的生产生活，由此带来的大量生活污水、生产废水、城镇面源、农业农村面源污染等对河道水体造成水质恶化。
现有技术也给出了一些解决方案，中国专利CN201610253601.2提出了一种用于河道生态修复的下沉式河道湿地系统及构建方法。该湿地包括河道，河道沿水流方向交替设置为卵石浅滩区和下沉式种植区；卵石浅滩区的河床中铺设有卵石，形成卵石层；下沉式种植区的河床低于卵石浅滩区的河床，在下沉式种植区的河床上种植有具有净水功能的沉水植物，以使下沉式种植区形成生态景观区。其构建方法为先在待施工的河道中划定卵石浅滩区和下沉式种植区，再按预定深度挖下沉式种植区、安装石笼护壁，然后铺设卵石，最后在下沉式种植区种植沉水植物以形成生态景观区。本发明具有水体净化效果好、枯水期保证沉水植物生长量、汛期能有效避免高速水流对沉水植物伤害的优点。
但该专利存在以下问题：
对于非汛期水量少的河流，水深较浅且流速慢，下沉式种植区中的水流动性小，含氧量低，不利于水中的植物和微生物协同降解水中的有机物，同时下沉式种植区中的植物由于高度低于河床，对于靠近水面的流动性较大的水流的净化效果差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种河道人工湿地，净化效果好，无能耗，防冲刷能力强。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种河道人工湿地，包括河床以及沿水流方向间隔设在河床上的若干个湿地单元，河床两侧设有河道岸坡，每个湿地单元包括沿水流方向依次铺设在河床上的第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层，所述的第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层上设有水生植物，所述的第一铺设层和第三铺设层均包括平铺的卵石层，该卵石层上附着生物膜，所述的第二铺设层包括冲刷缓冲层，所述的冲刷缓冲层顶面与第一铺设层和第三铺设层下方的河床顶面对齐，防止水流冲刷河床导致水土流失，所述的冲刷缓冲层上嵌有拦水石笼坝，所述的拦水石笼坝的高度高于冲刷缓冲层的高度，位于拦水石笼坝上游的冲刷缓冲层和第一铺设层构成前置蓄水区，位于拦水石笼坝下游的冲刷缓冲层和第三铺设层构成跌水缓冲区，所述的水流经过前置蓄水区和拦水石笼坝后跌落至跌水缓冲区，利用拦水石笼坝前后的高度差实现跌水曝气，提高水流中的含氧量，前置蓄水区能够进行蓄水。
进一步地，所述的第二铺设层还包括土工布和碎石垫层，所述的土工布、碎石垫层和冲刷缓冲层由下至上依次设置，避免水流掏空冲刷缓冲层下方的泥沙。
进一步地，所述的土工布、碎石垫层和冲刷缓冲层的平面面积依次递减，所述的土工布和碎石垫层嵌入第一铺设层和第三铺设层下方的河床内，防止水流将河床底部泥沙冲走。
进一步地，所述的冲刷缓冲层包括若干个平铺的雷诺护垫，所述的雷诺护垫内填充有卵石和碎石中的一种或两种。
进一步地，相邻两个雷诺护垫之间以及雷诺护垫与拦水石笼坝之间通过绑丝连接，结构稳定。
进一步地，所述的拦水石笼坝包括沿垂直于水流方向依次排列的若干排生态石笼，每排生态石笼的宽度与河床的宽度相同，所述的生态石笼内填充有卵石(2)和碎石中的一种或两种，相邻两排生态石笼之间设有防渗复合土工膜，使得水流沿着拦水石笼坝顶部漫流，形成跌水。
进一步地，所述的河床的纵坡为0.5％～5％，所述的拦水石笼坝和冲刷缓冲层之间的高度差为0.5～1m。
进一步地，所述的水生植物包括芦苇、花叶芦竹、香蒲、菖蒲、鸢尾、再力花和风车草中的一种或多种，所述的水生植物一方面用于河床固沙和防冲刷，另一方面作为湿地植物净化水体污染物。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明在河床上间隔设置湿地单元，每个湿地单元包括第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层，第二铺设层包括冲刷缓冲层，冲刷缓冲层上嵌有拦水石笼坝，拦水石笼坝的高度高于冲刷缓冲层的高度，位于拦水石笼坝上游的冲刷缓冲层和第一铺设层构成前置蓄水区，位于拦水石笼坝下游的冲刷缓冲层和第二铺设层构成跌水缓冲区，适用于非汛期水流量较小的河道，非汛期时水流经过前置蓄水区和拦水石笼坝后跌落至跌水缓冲区，前置蓄水区能够进行分段拦截蓄水，形成面积较大的明水面，景观效果好，减小水流的流动性，提高水生植物和微生物的协同净化效果，提高了水体的自净能力，同时在洪水期时起到分段防洪冲刷的效果，保护水生植物，防止水土流失，利用拦水石笼坝前后的高度差实现跌水曝气，在水流流速较小的情况下提高水流中的含氧量，增强了水生植物和微生物的净化效果，河道湿地整体占地面积小，结构简单，对河道破坏较小，不影响鱼类洄游，且无能耗；
(2)本发明由下至上依次设置土工布、碎石垫层和冲刷缓冲层，避免水流掏空冲刷缓冲层下方的泥沙，土工布、碎石垫层和冲刷缓冲层的平面面积依次递减，土工布和碎石垫层嵌入第一铺设层和第三铺设层下方的河床内，结构稳定，防冲刷能力强；
(3)本发明通过平铺若干个雷诺护垫构成冲刷缓冲层，雷诺护垫内填充有卵石和碎石中的一种或两种，相邻两个雷诺护垫之间以及雷诺护垫与拦水石笼坝之间通过绑丝连接，结构简单且稳定；
(4)本发明在若干个生态石笼内填充有卵石和碎石中的一种或两种，相邻2个生态石笼之间设有防渗复合土工膜，柔韧性、稳固性以及防冲刷能力强，建设施工简单，对河道破坏较小。
附图说明
图1为河道湿地的平面图；
图2为河道湿地的纵断面图；
1.河床，2.卵石，3.水生植物，4.土工布，5.碎石垫层，6.生态石笼，7.雷诺护垫，8.防渗复合土工膜，9.河道岸坡。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种河道人工湿地，如图1和图2，包括河床1以及沿水流方向间隔设在河床1上的若干个湿地单元，河床1的纵坡为0.5％～5％，河床1两侧设有河道岸坡9，每个湿地单元包括沿水流方向依次铺设在河床1上的第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层，第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层上设有水生植物3，第一铺设层和第三铺设层均包括平铺的卵石层，第二铺设层包括由下至上依次设置的土工布4、碎石垫层5和冲刷缓冲层，冲刷缓冲层顶面与第一铺设层和第三铺设层下方的河床1顶面对齐，且冲刷缓冲层顶面的纵坡与河床1的纵坡相同，冲刷缓冲层上嵌有拦水石笼坝，拦水石笼坝的高度高于冲刷缓冲层的高度，位于拦水石笼坝上游的冲刷缓冲层和第一铺设层构成前置蓄水区，位于拦水石笼坝下游的冲刷缓冲层和第三铺设层构成跌水缓冲区，拦水石笼坝和冲刷缓冲层之间的高度差为0.5m，水流经过前置蓄水区和拦水石笼坝后跌落至跌水缓冲区，实现了蓄水和跌水曝气，提高水涵养量，同时第一铺设层和第三铺设层的卵石层上附着具有降解功能的生物膜，水生植物3同化吸收可降解有机物，有利于河道的水源污染净化以及河道生态系统的建立。
土工布4、碎石垫层5和冲刷缓冲层的平面面积依次递减，碎石垫层5厚度为200mm，土工布4和碎石垫层5嵌入第一铺设层和第三铺设层下方的河床1内，避免水流掏空冲刷缓冲层下方的泥沙。
冲刷缓冲层包括若干个平铺的雷诺护垫7，雷诺护垫7为2m×1m×0.5m的长方体网箱，由2片2m×1m、2片2m×0.5m和2片1m×0.5m的方形金属网片拼接而成，每个网片采用机织双绞合钢丝六角形网目，网目尺寸80×100mm。
雷诺护垫7内填充有卵石2和碎石，卵石2之间的间隙用碎石填充，整体空隙率不超过40％，拦水石笼坝包括生态石笼6，生态石笼6内填充有卵石2和碎石，卵石2之间的间隙用碎石填充，整体空隙率不超过40％，拦水石笼坝沿水流方向的宽度为2m，相邻两个雷诺护垫7之间以及雷诺护垫7与拦水石笼坝之间通过绑丝连接，拦水石笼坝上游和下游的冲刷缓冲层沿水流方向上的宽度均为4m。卵石2和碎石就地取材，节约材料成本。
生态石笼6的数量为2个，每个生态石笼6为1m×1m×1m的正方体网箱，网箱由6片1m×1m的方形金属网片拼接而成，每个网片采用机织双绞合钢丝六角形网目，网目尺寸80×100mm，拦水石笼坝包括沿垂直于水流方向依次排列的两排生态石笼6，每排生态石笼6的宽度与河床1的宽度相同，生态石笼6内填充有卵石2和碎石，相邻两排生态石笼6之间设有防渗复合土工膜6，使得水流沿着拦水石笼坝顶部漫流，在坝后形成高度差，实现跌水曝气充氧。
水生植物3均匀间隔种植，种植密度16株/m2，水生植物3包括芦苇、花叶芦竹、香蒲、菖蒲、鸢尾、再力花和风车草中的一种或多种。
以某城区下游的小型河道为例，该河道非汛期的水量较少，并且承接污水厂排放尾水、城区合流制排口出水和上游河水，水质处于地表水环境Ⅴ类水质，河道总宽为20～30m，主河槽宽度8～15m，河道纵坡为1％～3％，平均水深为0.3m，在该小型河道上建立长度为3km的河道湿地，每隔50m建设一个湿地单元，在拦水石笼坝的上游形成16～50m的前置蓄水区，河道湿地的BOD5表面负荷取2.0g/(m2·d)，氨氮表面负荷取0.5g/(m2·d)，每1km的河道湿地对水体中BOD5和氨氮的削减量分别可达到0.5mg/L和0.1mg/L，提升水体溶解氧至4～6mg/L，明水面面积相比于原河道增加了150％，拦水石笼坝和冲刷缓冲层之间的高度差为0.5m，对河道过流能力影响较小，洪水期时河水直接漫过拦水石笼坝，不影响河道行洪安全，同时拦水石笼坝还能抵御洪水，防止部分泥沙冲淤，同时河道湿地还可以作为自然景观带。
人类生产和生活中排放出大量的COD、N、P等有机污染物和重金属等无机污染物，这些污染物未经处理或处理不彻底后排入河湖水体等会对自然环境造成破坏，重新回用后对人体健康和生态环境也会造成二次危害，而利用江河湖库等自然生境的自净能力可以降解大量的水体污染物，但是如果污染物入流量超过了水体自净能力，则会对生态系统造成不可逆破坏。
本实施例提出了一种河道人工湿地，可利用河床1和河床1两侧的滩地，构建集拦水蓄水、生态湿地净化、防水土流失等功能为一体的河道湿地，通过河道蓄水和增加跌水曝气强化河道微生物吸附降解和动植物同化吸收作用，提高了水体的自净能力，起到削减入河点源污染和面源污染物的效果，同时在河道的洪水期起到防冲刷的功能，适用于汛期水量较少的山区河道，具有节省占地、无能耗、防水土流失、景观效果好和生态环保的优点。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种河道人工湿地，包括河床(1)以及沿水流方向间隔设在河床(1)上的若干个湿地单元，其特征在于，每个湿地单元包括沿水流方向依次铺设在河床(1)上的第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层，所述的第一铺设层、第二铺设层和第三铺设层上设有水生植物(3)，所述的第一铺设层和第三铺设层均包括平铺的卵石层，所述的第二铺设层包括冲刷缓冲层，所述的冲刷缓冲层顶面与第一铺设层和第三铺设层下方的河床(1)顶面对齐，所述的冲刷缓冲层上嵌有拦水石笼坝，所述的拦水石笼坝的高度高于冲刷缓冲层的高度，位于拦水石笼坝上游的冲刷缓冲层和第一铺设层构成前置蓄水区，位于拦水石笼坝下游的冲刷缓冲层和第三铺设层构成跌水缓冲区，所述的水流经过前置蓄水区和拦水石笼坝后跌落至跌水缓冲区。
2.根据权利要求1所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的第二铺设层还包括土工布(4)和碎石垫层(5)，所述的土工布(4)、碎石垫层(5)和冲刷缓冲层由下至上依次设置。
3.根据权利要求2所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的土工布(4)、碎石垫层(5)和冲刷缓冲层的平面面积依次递减，所述的土工布(4)和碎石垫层(5)嵌入第一铺设层和第三铺设层下方的河床(1)内。
4.根据权利要求1所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的冲刷缓冲层包括若干个平铺的雷诺护垫(7)，所述的雷诺护垫(7)内填充有卵石(2)和碎石中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的一种河道人工湿地，其特征在于，相邻两个雷诺护垫(7)之间以及雷诺护垫(7)与拦水石笼坝之间通过绑丝连接。
6.根据权利要求1所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的拦水石笼坝包括沿垂直于水流方向依次排列的若干排生态石笼(6)，每排生态石笼(6)的宽度与河床(1)的宽度相同，所述的生态石笼(6)内填充有卵石(2)和碎石中的一种或两种。
7.根据权利要求6所述的一种河道人工湿地，其特征在于，相邻两排生态石笼(6)之间设有防渗复合土工膜(8)。
8.根据权利要求1所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的河床(1)的纵坡为0.5％～5％。
9.根据权利要求1所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的拦水石笼坝和冲刷缓冲层之间的高度差为0.5～1m。
10.根据权利要求1所述的一种河道人工湿地，其特征在于，所述的水生植物(3)包括芦苇、花叶芦竹、香蒲、菖蒲、鸢尾、再力花和风车草中的一种或多种。
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|---|---|---|---|
| CN202010857238.1A CN112047481A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种河道人工湿地 |
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| CN202010857238.1A CN112047481A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种河道人工湿地 |
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| CN112047481A true CN112047481A (zh) | 2020-12-08 |
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ID=73599322
Family Applications (1)
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| CN202010857238.1A Pending CN112047481A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种河道人工湿地 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN112047481A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117364711A (zh) * | 2023-11-29 | 2024-01-09 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种水利工程生态透水坝及生态水系 |
Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN204282308U (zh) * | 2014-11-18 | 2015-04-22 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种适应深厚覆盖层的格宾石笼复合材料坝 |
| CN105064291A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-11-18 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统 |
| US20170107131A1 (en) * | 2015-04-28 | 2017-04-20 | Soochow University | Unpowered water purification system for a riverfront landscape constructed wetland |
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-
2020
- 2020-08-24 CN CN202010857238.1A patent/CN112047481A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117364711A (zh) * | 2023-11-29 | 2024-01-09 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种水利工程生态透水坝及生态水系 |
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