CN113697965A

CN113697965A - 一种梯级河流湿地生态修复方法

Info

Publication number: CN113697965A
Application number: CN202111168581.6A
Authority: CN
Inventors: 布乃顺; 苏品杰; 李思慧; 闫卓君; 薛洁晓; 王净; 孙琪琪; 宋有涛
Original assignee: Liaoning University
Current assignee: Liaoning University
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2021-11-26

Abstract

本发明提供了一种梯级河流湿地生态修复方法，包括：利用河流落差进行梯级开发建设水坝所形成的梯级水位差，以及丰、平、枯水期季节性水位涨落形成的河道内消落带区域，进行梯级河流湿地生态修复；种植湿地修复植物；筛选消落区水深和基质；河流水体进入带状湿地后，经过湿地植物吸收利用、植物根际生物分解污染物以及基质过滤净化等过程，去除水体中部分污染物；最后对湿地植物进行收割处理，将部分污染物带出河道，收割后植物用于制备生物质能，实现资源化利用。本发明处理效果好，可达到集约节约土地、净化水质、合理利用资源、提高生物多样性的目的。

Description

一种梯级河流湿地生态修复方法

技术领域

本发明涉及湿地生态修复技术领域，具体涉及城市河道治理中一种净化水质和提升河流生态功能的梯级河流湿地，尤其涉及一种梯级河流湿地生态修复及其水质净化方法。

背景技术

近年来，由于自然环境的改变以及人为的干扰，河流植被数量不断减少，水体自净能力变差，最终导致河流生态系统面临着很大的威胁。因此需要对河流进行生态修复，完善河流生态系统的结构和功能，提升水体自净能力，增加河流生物多样性。

目前，湿地被广泛应用于受污染的河流、湖泊及退化湿地的水质净化与生态恢复等领域。相较于传统的工艺来说，其具有处理工艺投资低、耗电量少，且处理后出水水质较好，处理效率高，不会形成二次污染、生态环境效益显著等优点。湿地系统是一个完整的生态系统，它形成了内部的良好循环并具有较好的社会效益，经济效益和生态效益。

然而湿地本身也存在诸多不足，如占地面积大、植物收割后造成环境污染等问题。因此，亟需在现有人工湿地技术基础上进一步改进，提高土地利用率，降低运行费用，减少动力消耗，强化脱氮除磷效率，增强资源化利用，使其能有效提高水质，促进生态环境恢复，充分发挥人工湿地处理效果。

发明内容

本发明旨在提供一种梯级河流湿地生态修复方法，可以修复河流湿地、净化水体、完善河流生态系统结构和功能，提高土地利用效率，增加社会经济效益。该方法利用河流落差进行梯级开发建设水坝所形成的梯级水位差，以及丰、平、枯水期季节性水位涨落形成的河道内消落带区域，进行梯级河流湿地生态修复，实现水质净化、河流生境改善、节约土地、降低成本、资源化利用能源的目的，更好地发挥河岸带的景观营造和亲水功能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种梯级河流湿地生态修复及其水质净化方法，包括以下步骤：

（1）水体包括河流内水、地表径流以及污水井溢流，利用季节性水位涨落和坝前坝后水位差形成的河道内消落带区域构建带状湿地；

（2）通过系统研究，筛选出优势度大，生物量高，污染去除能力强且耐水淹的乡土水生植物，包括：挺水植物、沉水植物和浮水植物，作为湿地构建植物；

（3）通过对不同基质和水深条件下的水生植物培育，筛选出适宜水生植物生长的消落区湿地基质和水深；

（4）水体进入带状湿地，经湿地植物吸收利用、植物根际生物分解以及基质过滤净化等过程；

（5）带状湿地出水后，定期对湿地植物进行收割处理，将部分污染物带出河道。收割后的湿地植物晒干、粉碎、炭化后，用于制备生物质能，实现资源化利用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

优先的，步骤（1）中，与传统工艺相比，利用季节性水位涨落和坝前坝后水位差可节省工程建设投资20-30%、运行费用35-50%，且运行过程中充分利用地形条件采用自流方式，运行过程不需要提水，形成的集约节约城市土地的带状湿地构建技术，比传统人工湿地节约建设成本10-20%。

优先的，步骤（2）中，利用植物的根系吸收、转化污染物。本技术所选用植物为多年生水生植物，本着乡土化以及植物多样性为原则，同时兼顾一定的景观效应，达到生态修复的能力，节省了人为更换植物的费用。通过对不同种植方式下的植物生长状况以及对污染去除能力进行实验研究，筛选出生物量大、污染去除能力强且耐水淹的乡土植物作为湿地构建植物。采用三种水生植物（挺水植物、浮水植物、沉水植物）分别种植的方法，根据不同植物的特征，设置水体先经过挺水植物区，再经过浮水植物区、最后经过沉水植物区，更好地吸收水体中的N、P、重金属等污染物。

优先的，步骤（3）中，本技术通过研究不同水深条件和基质条件下的水生植物生长状况，筛选出适宜不同水生植物生长的环境条件，更加科学合理，提升处理效率，同时也能加强基质的过滤作用。利用基质中微生物降解，转化污染物，达到更好的处理效果。

优先的，步骤（4）中，污水进入带状湿地经净化后，水体主要污染物氨氮浓度降低，达到氨氮≤1.0mg/L，削减率达到33%，与传统工艺相比，处理相同量的氮，节省处理成本20-30%。

优选的，步骤（5）中，收割湿地植物可以带走水体部分的氮，从而降低了营养盐水平，达到净化水质的目的。收割后的植物晒干、粉碎、炭化后，可以用来制备生物质能，节约资源的同时，减少了焚烧植物带来的环境污染。

本发明的优点在于充分利用季节性水位差和拦河坝形成水位差，形成以河道为载体的人工湿地系统，在不增加河道占地的条件下，提升湿地净化能力，更好地发挥河道的景观营造和亲水功能。水体进入消落区后，通过设置于河道中的湿地区，经过基质材料和植物根系的截留作用去除有机物，通过湿地中基质材料上生长的生物膜吸附作用和同化作用去除N、P 等营养物质，最后通过收割将污染物带出河道，将收割后的湿地植物用于制备生物质能，实现资源化利用。充分利用土地空间的同时还能提高处理效率，降低湿地成本，节约资源。

本发明方法亲水性强、沿岸景观营造美观，构建方法实施便利，集约土地资源，减少运营成本，提升水质，资源化利用植物，改善河道生态环境。

附图说明

图1为本发明的一种梯级河流湿地生态修复方法的流程图。

图2为本发明夏季剖面图。

图3为本发明冬季剖面图。

图4为本发明立体图。

图5为发明方法实施的河流入口和出口氨氮浓度对比图。

图6为发明方法实施过程中底栖动物生物多样性指数图。

具体实施方式

结合附图和具体实施过程对本发明专利作进一步说明。

本工艺利用季节性水位涨落和坝前坝后水位差形成的消落带区域构建带状湿地，达到净化水质、改善河流生境、集约节约土地的目的。在不增加河道占地的条件下，提升湿地净化能力，更好地发挥河岸带的景观营造和亲水功能。本实施例以某河岸带消落区为研究对象，在初步调查结果的基础上，通过本发明提供的方法，验证本发明的可行性。具体实施方式如下：

通过系统研究，选择植物时主要考虑以下几个方面：耐污能力和抗寒能力强、去污效果好；适合当地土壤和气候条件；根系发达，生物量较大；有一定的经济价值；一般为多年生，茎叶繁茂；抗病虫害的能力强，得出适宜种植的浮水植物、挺水植物、沉水植物。

对筛选后得出的优势水生植物在不同环境条件下的生长状况以及对污染去除能力进行实验研究。设置不同的水深、基质条件，经培育后，测量其株高、叶数等生长状况指标，得出适宜三种植物生长的不同水深、基质。在人工湿地内，按不同水生植物所需的水深，铺设相应的基质，种植水生植物。

如图2、图4所示，夏季，河水流经水坝后形成水位差，并直接流入湿地，既可以节省土地空间，又减少湿地的动力消耗，节省成本。水体进入人工湿地后，经过基质的过滤，基质材料通过较小的孔隙截留较大的固体悬浮物，通过基质的多孔结构和溶出的无机盐与磷酸盐反应沉淀。同时，水体进入湿地后，水生植物可直接吸附富集营养物质，还能将氧气传送至植物根区，与周围的各种原生动物、微生物形成特殊的根际微生物环境。经过基质材料和植物根系截留的共同作用，相比于单一作用去除效率更好。

秋季，对水生植物进行收割，将植物晒干、粉碎、碳化。如图3所示，冬季河流水量逐渐减少，河流流动减少，用基质覆盖湿地，起到保温、增肥作用。

如图5、图6所示，水体主要污染物氨氮浓度降低，达到氨氮≤1.0mg/L，削减率达到33%，与传统工艺相比，处理相同量的氮，节省处理成本20-30%。通过对试验区内底栖动物与鸟类进行调查发现，其鸟类和底栖动物的生物多样性得到增加，有利于保持土壤肥力、保证水质以及调节气候，使示范区的生境环境得到改善。

Claims

1.一种梯级河流湿地生态修复方法，其特征在于如下步骤：

1）利用水位高低形成阶梯形带状湿地；

2）筛选消落区湿地基质和水深；

3）在步骤1）构建的带状湿地内种植植物；

4）水体进入带状湿地；

5）水体从带状湿地流出，对步骤2）中的植物进行收割处理；

6）将步骤4）中的湿地植物转换成生物质能。

2.如权利要求1所述的一种梯级河流湿地生态修复方法，其特征在于：步骤3）中的种植植物包括浮水植物、挺水植物和沉水植物，水体从进入到带状湿地到流出带状湿地，依次经过浮水植物、挺水植物和沉水植物。

3.如权利要求1所述的一种梯级河流湿地生态修复方法，其特征在于：步骤4）所述的水体包括河流内水、地表径流以及污水井溢流。