CN114197386A - 一种海绵步梯式净水生态护岸系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海绵步梯式净水生态护岸系统，包括前置下陷绿地，滤网、步梯式无动力糙面溢水墙、集水槽、净水单元、亲水单元，其特征在于：在所述前置下陷绿地的近河道侧壁设置有所述步梯式无动力糙面溢水墙，所述步梯式无动力糙面溢水墙的表面设置为密镶嵌卵石的砖混凝土结构，在整个海绵步梯式净水生态护岸系统中，不设实体管道结构，不需额外动力，节能低碳运行，依地势而建，借助重力的作用使径流在流经本系统后得到充分净化后，补给河道。在延长水力停留时间的同时，解决了东北构建护岸中使用管道布水，冬季容易爆裂的困境。由于整个运行不需额外动力，既可应用在人口稠密区，也可应用在人烟稀少的河段。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染处理技术领域，具体为一种海绵步梯式净水生态护岸系统。
背景技术
在降雨或融雪等驱动作用下，地表土壤或覆盖面的泥沙颗粒、氮磷等营养物质、重金属、农药、抗生素等有害物质通过径流汇入受纳水体，引起水体污染、富营养化、生物多样性丧失等一些列问题，因此，面源污染一直是备受关注的问题。在进入水前，截留、处理裹挟在径流中的污染物成为治理面源污染的重点和关键。河岸或湖岸是面源污染物入河或湖的最后屏障，因此，急需污染物的截留和处理高效的护岸构建技术。目前护岸技术可分为传统护岸构建技术和生态护岸构建技术。
传统护岸工程以安全性和经济性为基本原则，常以河流形态直线化、河道断面几何规则化、河床材料的硬质化为特征。多为石块、钢筋、混凝土、沥青等构成的直立式、斜坡式或斜坡式与直立式组合的护岸，在一定时期内承担防洪固岸、航运、灌溉等重要功能，但此类型护岸切断了水体与河岸的联系、破坏了河岸景观和生物多样性等生态功能。
生态护岸是指自然河岸或具备自然河岸“可渗透性”特征的人工护岸。主要一般由利用植物的吸收和富集、基质的吸附、过滤、离子交换、沉淀、氧化还原以及微生物的生物降解等方式去除流经径流中的污染物质。生态护岸构建技术包括自然护岸技术，半自然护岸技术和人造护岸技术。
自然护岸技术是多利用植被发达根系固土，并通过优化植物配置，在适当的条件下建设植物型护岸。半天然护岸技术利用石料、木材等天然材料作为基础，建设结合植物种植技术构建的复合式生态护岸。人造护岸保护技术主要是合成材料，如生态混凝土、仿木桩、土壤固定剂、土工网等，并可选择适当的植物，建设的人造仿天然护岸形式。生态护岸改变传统的混凝土设计，营造动植物及微生物能够生存的多孔隙河岸结构，并保持生境缀块的连续性，除了能够抗坡固岸，在物种多样性保护、保持水土、景观美化及净化水体等方面发挥重要作用。但目前的各类型生态护岸由于受场地限制，在陡坡的净化污染物效果并不明显，且亲水景观功能受限。
综上，传统护岸强化了防洪固土等功能，但具有破坏河岸带的生态功能，切断水体与土壤的联系、基本无净水功能和景观功能缺陷；常规生态护岸技术在景观功能、完善河岸生态结构与功能、净化水质等方面有很大的优势，但在河岸陡峭、土地使用受限的条件下，难以同时达到营造生境、亲水、净化、景观的目标。而河岸是面源污染入河或湖之前的最后屏障，因此，急需在有限空间条件下，高效率截留和处理污染物的河岸构建方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海绵步梯式净水生态护岸系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种海绵步梯式净水生态护岸系统，包括前置下陷绿地，滤网、步梯式无动力糙面溢水墙、集水槽、净水单元、亲水单元，其中：在所述前置下陷绿地的近河道侧壁设置有所述步梯式无动力糙面溢水墙，所述步梯式无动力糙面溢水墙的表面设置为密镶嵌卵石的砖混凝土结构，台阶级数为大于等于二，在所述步梯式无动力糙面溢水墙之前设置有所述滤网，流水经所述步梯式无动力糙面溢水墙进入所述集水槽，所述集水槽的近河道侧设置有所述净水单元，所述净水单元的近河道侧设置有所述亲水单元，所述亲水单元的近河道侧壁设置亲水出水孔，所述亲水出水孔的水流溢流至下一级所述集水槽，以此循环。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：所述前置下陷绿地底部设置为夯实的绿地黏土，所述绿地黏土上覆盖有30cm的绿地壤土，所述绿地壤土上层覆盖一层绿地卵石，所述绿地卵石粒径8-16cm，所述绿地卵石之间留有植物生长间隙，绿地壤土中种植植物，植物种类为黄菖蒲、芦苇、千屈菜、花蔺等种类，植物物种可根据当地气候选择。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：所述步梯式无动力糙面溢水墙为镶嵌卵石的阶梯状结构，可增加与水流接触表面积和糙度。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：所述集水槽设置为砖混结构，所述集水槽的横截面为梯形结构，所述集水槽的深度为0.3～0.4m，上部宽度为0.3～0.4m，下部宽度为0.1～0.2m，所述集水槽的底部为夯实的集水槽黏土层，所述集水槽黏土层上设置有集水槽卵石填料，所述集水槽卵石填料的粒径为4～8cm，所述集水槽的近河道侧壁上方设置有布水孔，水流通过所述布水孔进入下一个单元。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：第一阶所述集水槽主要承接所述前置下陷绿地的来水，第二阶、第三阶所述集水槽承接第一阶、第二阶所述亲水单元的来水，所述集水槽的设置使进入所述净水单元的布水更均匀。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：所述净水单元的具体单元数量具体视拟安装河岸可利用空间决定，每个所述净水单元的深度为0.8～1.0m，与河道垂直的边长为0.5～0.8m，与河道平行的边长为0.8～1.0m，所述净水单元设置为钢筋砖混构成的长方体结构，所述净水单元的底部为压实的净水黏土，从所述净水黏土起，自下而上铺设净水卵石、净水混合填料、净水壤土，所述净水壤土中种植黄菖蒲、千屈菜、芦苇、花蔺等植物，近河道侧壁下部设有净水出水口，所述净水卵石粒径为8-16cm，铺设厚度为0.2m，大粒径净水卵石的铺设主要是增加进水效率，防止堵塞；所述净水混合填料的粒径为0.5-1.0cm，比例为沸石∶火山渣＝3∶1，沸石和火山渣对水流的N、P、COD有很高的吸附作用，并且火山渣表面有很多微孔，可为微生物的附着提供了较大的表面积，所述净水壤土厚度为20cm。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：所述亲水单元具体数量由所述净水单元决定，所述亲水单元位于所述净水单元之间，底部为亲水黏土夯实，每个所述亲水单元为混凝土构建的长方体框状结构，铁丝网内盛亲水基质后，置入该单元中，每个所述亲水单元深度0.8～1m，与河道垂直的边长为0.5～1.0m，与河道平行的边长为0.8～1.0m，所述亲水基质比例为4∶1∶1的沸石、煤灰渣、火山渣的混合填料，所述亲水基质402粒径1.5～3cm，所述亲水基质盛装网眼小于1.5cm的铁丝框中，此部分选择的所述亲水基质对N、P等有很高的吸附作用。
所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其中：所述亲水单元上覆木质栈道或其它渗水性景观材料，临近河道所述净水单元可视河岸空间实际情况设置所述步梯式无动力糙面溢流墙，净化后的水流可直接入河。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：在整个海绵步梯式净水生态护岸系统中，不设实体管道结构，不需额外动力，节能低碳运行，依地势而建，借助重力的作用使径流在流经本系统后得到充分净化后，补给河道。在延长水力停留时间的同时，解决了东北构建护岸中使用管道布水，冬季容易爆裂的困境。由于整个运行不需额外动力，既可应用在人口稠密区，也可应用在人烟稀少的河段。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体主视结构示意图；
图2是本发明的整体俯视结构示意图；
图3是本发明的前置下陷绿地的结构示意图；
图4是本发明的集水槽、净水单元、亲水单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种海绵步梯式净水生态护岸系统，包括前置下陷绿地1，滤网6、步梯式无动力糙面溢水墙5、集水槽2、净水单元3、亲水单元4，在所述前置下陷绿地1的近河道侧壁设置有所述步梯式无动力糙面溢水墙5，所述前置下陷绿地1底部设置为夯实的绿地黏土101，所述绿地黏土101上覆盖有30cm的绿地壤土102，所述绿地壤土102上层覆盖一层绿地卵石103，所述绿地卵石103粒径8-16cm，所述绿地卵石103之间留有植物生长间隙，以防所述绿地壤土102裸露、流失、壤土中种植植物，植物种类为黄菖蒲、芦苇、千屈菜、花蔺等种类，植物物种可根据当地气候选择。
所述步梯式无动力糙面溢水墙5的表面设置为密镶嵌卵石的砖混凝土结构，台阶级数为大于等于2，具体视安装河岸坡度及与所述集水槽2的垂直距离而定，若河岸坡度大，距离所述集水槽2的处置距离远，台阶级数可适当增加。农业地表径流、城市地表径流等经过所述前置下陷绿地1初步沉淀作用后，经所述步梯式无动力糙面溢水墙5进入所述集水槽2，在具体实施时，在所述步梯式无动力糙面溢水墙5之前设置有所述滤网6，所述滤网6可拦截漂浮物等杂物。所述步梯式无动力糙面溢水墙5为镶嵌卵石的阶梯状结构，可增加与水流接触表面积和糙度，强化复氧过程，并减弱水流下冲力量，延长所述集水槽2的使用寿命。
所述集水槽2设置为砖混结构，所述集水槽2的横截面为梯形结构。所述集水槽的深度为0.3～0.4m，上部宽度为0.3～0.4m，下部宽度为0.1～0.2m。所述集水槽的底部为夯实的集水槽黏土层201，所述集水槽黏土层201上设置有集水槽卵石填料202，所述集水槽卵石填料202的粒径为4～8cm，所述集水槽2的近河道侧壁上方设置有布水孔203，水流通过所述布水孔203进入下一个单元。第一阶所述集水槽2主要承接所述前置下陷绿地1的来水，第二阶、第三阶所述集水槽2承接第一阶、第二阶所述亲水单元4的来水。所述集水槽2的设置使进入所述净水单元3的布水更均匀，铺设集水槽卵石填料202能提高所述集水槽2的抗冲刷能力，并具过滤和初步净化功能。
所述集水槽2的近河道侧设置有所述净水单元3，所述净水单元3的具体单元数量具体视拟安装河岸可利用空间决定。每个所述净水单元3的深度为0.8～1.0m，与河道垂直的边长为0.5～0.8m，与河道平行的边长为0.8～1.0m。所述净水单元3设置为钢筋砖混构成的长方体结构，所述净水单元3的底部为压实的净水黏土301，从所述净水黏土301起，自下而上铺设净水卵石302、净水混合填料303、净水壤土304，所述净水壤土304中种植黄菖蒲、千屈菜、芦苇、花蔺等植物，近河道侧壁下部设有净水出水口306。所述净水卵石粒径为8-16cm，铺设厚度为0.2m，大粒径净水卵石的铺设主要是增加进水效率，防止堵塞；所述净水混合填料303的粒径为0.5-1.0cm，比例为沸石∶火山渣＝3∶1，沸石和火山渣对水流的N、P、COD有很高的吸附作用，并且火山渣表面有很多微孔，可为微生物的附着提供了较大的表面积；所述净水壤土304厚度为20cm，由于经过河岸的来水大多为雨后形成的地表径流，所述净水单元3为无水或有水状态交替出现，所选植物均为既可在陆地生活也可在水体生活的景观性植物，降低管理成本。植物除自身能吸收N、P等物质外，植物根系将光合作用产生的氧气和其它产物释放到湿地环境中，在植物根系周围形成不同的营养环境和好氧、厌氧区域，有利于微生物进一步降解水中的污染物。每一湿地单元或不同湿地单元种植的植物物种可以是同种或异种。来水以下行流的方式通过基质过滤、吸附、沉淀等物理作用，以及植物吸收、离子交换和微生物分解等生物化学作用得到净化后，进入所述亲水单元4。
所述净水单元3的近河道侧设置有所述亲水单元4，所述亲水单元4具体数量由所述净水单元3决定，所述亲水单元4位于所述净水单元3之间，底部为亲水黏土401夯实。每个所述亲水单元4为混凝土构建的长方体框状结构，铁丝网内盛亲水基质402后，置入该单元中。每个所述亲水单元深度0.8～1m，与河道垂直的边长为0.5～1.0m，与河道平行的边长为0.8～1.0m。所述亲水基质402为比例为4∶1∶1的沸石、煤灰渣、火山渣的混合填料，所述亲水基质402粒径1.5～3cm，所述亲水基质402盛装网眼小于1.5cm的铁丝框中，此部分选择的所述亲水基质对N、P等有很高的吸附效果。同时，因基质表面积较大，可附着微生物。来水通过此单元主要是发生吸附、微生物好氧和厌氧反应，来去进一步去除水体中的污染物。所述亲水单元4上覆木质栈道或其它渗水性景观材料。此部分设计兼顾亲水性和水体净化，即可充分利用空间，又可使流经此单元的水流中的污染物得到充分的截留。近河道端侧壁为仿木桩结构，从对岸观，具有景观效果。所述亲水单元4近河道侧壁设置有亲水出水孔404，水流溢流至下一级所述集水槽2，可形成跌水，对水体进行复氧。临近河道所述净水单元3可视河岸空间实际情况设置所述步梯式无动力糙面溢流墙5，若空间有限，可以不设此结构，净化后的水流可直接入河。
创新性：
1.本发明提出一种海绵步梯式净水生态护岸系统，通过耦合海绵城市理念与人工湿地技术，构建具有固坡、净水、亲水、景观一体的功能型生态护岸系统。本系统应用虚拟管道系统(敞开式水路)技术，在整个处理系统中，不设实体管道结构，不需额外动力，节能低碳运行，依地势而建，借助重力的作用使径流在流经本系统后得到充分净化后，补给河道。在延长水力停留时间的同时，解决了东北构建护岸中使用管道布水，冬季容易爆裂的困境。由于整个运行不需额外动力，既可应用在人口稠密区，也可应用在人烟稀少的河段。
2.本发明在前置下陷绿地的近河道方向侧边提供步梯式无动力糙面复氧技术。采用混凝土密镶卵石的方式，将下沉式绿地溢流面设置为步梯状结构。步梯式无动力糙面复氧可以扩大水流与步梯的接触面积，并在局部形成水面的快速扰动，能快速增加水流的复氧过程，增加水体的氧含量，提高有氧净化效果。同时，步梯式的设计可供行人行走，亲水、景观效果加强。
3.本发明在湿地单元间采用亲水净水立体化结构构建技术，采用栈道下设置基质净水结构，该结构可针对岸边来水特点，布设基质，对径流来水进一步厌氧净化，能够应用于可利用土地有限、净水空间不足的河岸，既有净水功能，又可以增加景观效果，并满足人们亲水活动的要求。
4.本发明提供一种连通器式河岸保水技术。净水单元与亲水单元之间底部相通，亲水单元出水口置于上部。解决构建陡坡护岸时，通过河岸的径流流速过快，植被生长需要的水分得不到补充的问题。
5.本发明提供一种两栖型植物配置技术。由于步梯式净水单元均设置在河岸，长期干湿交替环境使一般湿地植物难以存活。本发明提供既能在水中生活也能在陆地生活的净水效率高景观效果好的植物单种或混种配置技术，提高植物在干湿交替环境的存活率，降低管理成本。
6.本发明提供一种简易抗冲净水式集水槽技术。在梯形集水槽中，铺设卵石。相互堆叠的卵石，高低错落，具有较大的表面积，能缓冲上游来水的冲力。水流通过卵石间空隙的滤过和附着其上的微生物初步净化后，通过均匀分布的入水孔流入下一单元。此技术使用方便，行使集水、布水功能的同时，对来水进行初步净化，能降低后续单元的污染处理负荷。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种海绵步梯式净水生态护岸系统，包括前置下陷绿地，滤网、步梯式无动力糙面溢水墙、集水槽、净水单元、亲水单元，其特征在于：在所述前置下陷绿地的近河道侧壁设置有所述步梯式无动力糙面溢水墙，所述步梯式无动力糙面溢水墙的表面设置为密镶嵌卵石的砖混凝土结构，台阶级数为大于等于二，在所述步梯式无动力糙面溢水墙之前设置有所述滤网，流水经所述步梯式无动力糙面溢水墙进入所述集水槽，所述集水槽的近河道侧设置有所述净水单元，所述净水单元的近河道侧设置有所述亲水单元，所述亲水单元的近河道侧壁设置亲水出水孔，所述亲水出水孔的水流溢流至下一级所述集水槽，以此循环。
2.根据权利要求1所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：所述前置下陷绿地底部设置为夯实的绿地黏土，所述绿地黏土上覆盖有30cm的绿地壤土，所述绿地壤土上层覆盖一层绿地卵石，所述绿地卵石粒径8-16cm，所述绿地卵石之间留有植物生长间隙，绿地壤土中种植植物，植物种类为黄菖蒲、芦苇、千屈菜、花蔺等种类，植物物种可根据当地气候选择。
3.根据权利要求2所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：所述步梯式无动力糙面溢水墙为镶嵌卵石的阶梯状结构，可增加与水流接触表面积和糙度。
4.根据权利要求3所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：所述集水槽设置为砖混结构，所述集水槽的横截面为梯形结构，所述集水槽的深度为0.3～0.4m，上部宽度为0.3～0.4m，下部宽度为0.1～0.2m，所述集水槽的底部为夯实的集水槽黏土层，所述集水槽黏土层上设置有集水槽卵石填料，所述集水槽卵石填料的粒径为4～8cm，所述集水槽的近河道侧壁上方设置有布水孔，水流通过所述布水孔进入下一个单元。
5.根据权利要求4所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：第一阶所述集水槽主要承接所述前置下陷绿地的来水，第二阶、第三阶所述集水槽承接第一阶、第二阶所述亲水单元的来水，所述集水槽的设置使进入所述净水单元的布水更均匀。
6.根据权利要求5所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：所述净水单元的具体单元数量具体视拟安装河岸可利用空间决定，每个所述净水单元的深度为0.8～1.0m，与河道垂直的边长为0.5～0.8m，与河道平行的边长为0.8～1.0m，所述净水单元设置为钢筋砖混构成的长方体结构，所述净水单元的底部为压实的净水黏土，从所述净水黏土起，自下而上铺设净水卵石、净水混合填料、净水壤土，所述净水壤土中种植黄菖蒲、千屈菜、芦苇、花蔺等植物，近河道侧壁下部设有净水出水口，所述净水卵石粒径为8-16cm，铺设厚度为0.2m，大粒径净水卵石的铺设主要是增加进水效率，防止堵塞；所述净水混合填料的粒径为0.5-1.0cm，比例为沸石∶火山渣＝3∶1，沸石和火山渣对水流的N、P、COD有很高的吸附作用，并且火山渣表面有很多微孔，可为微生物的附着提供了较大的表面积，所述净水壤土厚度为20cm。
7.根据权利要求6所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：所述亲水单元具体数量由所述净水单元决定，所述亲水单元位于所述净水单元之间，底部为亲水黏土夯实，每个所述亲水单元为混凝土构建的长方体框状结构，铁丝网内盛亲水基质后，置入该单元中，每个所述亲水单元深度0.8～1m，与河道垂直的边长为0.5～1.0m，与河道平行的边长为0.8～1.0m，所述亲水基质比例为4∶1∶1的沸石、煤灰渣、火山渣的混合填料，所述亲水基质402粒径1.5～3cm，所述亲水基质盛装网眼小于1.5cm的铁丝框中，此部分选择的所述亲水基质对N、P等有很高的吸附作用。
8.根据权利要求7所述的一种海绵步梯式净水生态护岸系统，其特征在于：所述亲水单元上覆木质栈道或其它渗水性景观材料，临近河道所述净水单元可视河岸空间实际情况设置所述步梯式无动力糙面溢流墙，净化后的水流可直接入河。
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