CN114394671B - 一种多效双模生态湿地沉床系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种多效双模生态湿地沉床，主体中部漂浮放置有浮筒，主体两侧嵌合设置有固定桩连接浮筒，浮筒之间嵌合设置有浮式湿地床，浮筒一侧顶端嵌合设置有光伏板，浮筒一侧顶端嵌合设置有太阳能曝气机，光伏板周围嵌合设置有沉床升降绞索，太阳能曝气机一侧嵌合设置有曝气管道，主体中部通过与沉床升降绞索连接活动设置有生态湿地沉床，生态湿地沉床底端嵌合设置有沉床配重块，浮式湿地床底端嵌合设置有仿生人工水草。通过该装置设置的浮式湿地床和生态湿地沉床被浮筒和沉床升降绞索连接一起，使得其能够灵活的调整浮式湿地床和生态湿地沉床位移水面和水中的深度，让其能够更好的在种植的情况下也能够更加全面对水质进行净化。

Description

一种多效双模生态湿地沉床系统及其方法

技术领域

本发明涉及河湖生态水质净化提升及生态修复技术领域，更具体地说，特别涉及一种多效双模生态湿地沉床的技术领域。

背景技术

随着我国生态环境综合治理的力度加大，各地受污染河湖治理迫在眉睫。受雨水径流、农业面源污染及河道内源污染的影响，河湖水质日趋恶化，水生态环境受到不同程度的破坏。传统的河湖治理技术，多从河道疏浚、硬质河底及护岸、化学除磷等手段，措施粗暴，治标不治本，违背了河湖生态系统的的自然发展规律。

20世纪70年代以来，近自然河道治理工程理论提出河流治理需赋予植物化和生命化，并将其应用于河流生态治理工程实践中。许多植物的耐污及治污能力被发现，水生植物的净化效能备受人们的关注和青睐。因此也开发出了以植物为主体的各种生物-生态水体修复技术。然而对于水域面积较大、水深较大、透明度较低的重污染水体，由于受水体水深阳光照射水体条件的影响，许多沉水植物栽种难于施工，且难于成活，后期更难于维护管理。面源污染的影响以及死亡的植物在水底腐烂形成的河底沉积物及水体富营养化，造成的二次污染。因此，如何提升水质、如何改善水体的透明度、如何解决深水植物的栽种、维护及发挥净化作用，才是当下水生态环境治理的关键。

为此，本发明提出了《一种多效双模生态湿地沉床》，核心技术就是打造生物-生态原位修复技术。该技术融合了生态浮动湿地技术、沉水人工沉床技术及水生植物的合理搭配使用于一体，通过浮筒的组合构建双模床体的漂浮和升降调节，控制沉床的水下深度，对水体较深、透明度较低、水生态环境失调的河道，重新构建新生物-植物生态环境，提高水生植物、微生物、水生生物的协同净化能力，具有显著的生态修复、治理双重效果。

同时现有的种植床大多的植物根须都是直接暴露在水中，而如果其水域发生的波浪时，其内部的水流流动速度会增大，导致会直接冲击到根须到导致根须容易受到损坏。

发明内容

（一）技术问题

综上所述，提供一种多效双模生态湿地沉床，用来解决现有的多效双模生态湿地沉床无法在河湖中发挥重要导致无法方便的对河湖中的水质和生态环境进行有效的改善的问题。

（二）技术方案

一种多效双模生态湿地沉床，包括有主体和浮筒，主体中部漂浮放置有浮筒，主体两侧嵌合设置有固定桩连接浮筒，固定桩顶端通过螺纹槽嵌合设置有缠绕轴，缠绕轴顶端固定连接有抵盘，浮筒之间嵌合设置有浮式湿地床，浮式湿地床中部开口设置有种植孔，种植孔底端周围通过嵌合槽活动连接有圆弧板，圆弧板顶端固定连接有嵌合环与嵌合槽连接，圆弧板背面嵌合设置有限定轴，浮筒一侧顶端嵌合设置有光伏板，浮筒一侧顶端嵌合设置有太阳能曝气机，光伏板周围嵌合设置有沉床升降绞索，太阳能曝气机一侧嵌合设置有曝气管道，主体中部通过与沉床升降绞索连接活动设置有生态湿地沉床，生态湿地沉床底端嵌合设置有沉床配重块，浮式湿地床底端嵌合设置有仿生人工水草。

进一步的，生态湿地沉床与沉床升降绞索和曝气管道进行连接设置。

进一步的，浮式湿地床包括有种植孔和圆弧板，种植孔为开口设置于在浮式湿地床顶端中部若干圆柱形状开槽，圆弧板为嵌合设置在种植孔底端设置有开口的中空圆柱体。

进一步的，种植孔包括有嵌合槽和限定槽，嵌合槽为种植孔底端周围圆环状凹槽，限定槽为嵌合槽凹槽中部顶端若干圆柱形状凹槽。

进一步的，圆弧板包括有圆弧槽、嵌合环、限定轴和流动槽，圆弧槽为圆弧板开口两侧表面半圆轴状凹槽，嵌合环为圆弧板顶端与嵌合槽嵌合的半圆环状凸块，限定轴为凸出部分螺纹贯穿在嵌合环上的圆轴，流动槽为圆弧板背面呈圆弧状的凹槽，且限定轴部分凸出在流动槽凹槽靠近两端处。

进一步的，限定轴包括有冲击槽，冲击槽为限定轴位于在流动槽部分周围圆弧状凹槽。

（三）有益效果

（1）通过在水体中搭建类似人工湿地的浮动湿地床结构，和搭建沉水植物床结构，两种结构有机结合，共同构建水生态生境环境，实现对水体污染物的高效去除及生态修复作用。通过水生植物、人工水草、水生动物群落的构建，达到修复受损水体生态环境、净化污染水体的水质、改善水体水生植物、水生动物、微生物的协同生存环境，进而修复丧失功能且已退化的水生态系统的目的。与陆地人工湿地相比，浮动湿地能够直接作用于受污染的水体，适应不同水质、不同场景，满足各类水量、水位变化要求，可实现模块化组合，安装快捷。

（2）该装置设置人工沉床装置可通过浮力调节实现床体在水中的升降，人为调控植物在水下的深度，克服了城市景观河道水深变化大、水体透明度低、光照度低等不利因素对植物生长的制约，显著提高重富营养化水体植物栽植的成活率，对修复透明度低和水深较大的重污染水体具有明显优势和应用价值。浮动湿地床和沉水沉床载体为高分子多孔隙纤维材料，其床体纤维材料孔隙结构保证了其透水、透气、透氧及植物根系的充分伸展，同时载体床提供足够的浮力，保证种植的水陆生植物都能够适应生长，同时，植物在自然生长过程中，以落子、分根等不同方式在载体床上密集繁殖自然生长，植物根系穿过纤维床材料空隙，可深入水下空间，发挥植物的吸收、附着、净化作用，并为水生动物、微生物提供栖息、繁殖场所。 浮动湿地床、沉床系统的双模组合，能够有效去除水体中有机物、氨氮、磷、重金属等多种污染物质，有效提升水质，改善水体环境，修复水生态。

（3）该装置还设置有圆弧板，通过圆弧板能够在水流发生流动冲击产生波浪的时候，根据其水流冲击的方向进行环绕位移，从而对冲击的水流进行一定的阻隔防护，使得其水流不会因为流动冲击过大对植物根须造成损坏，影响其生长。

附图说明

图1为本发明的整体侧视结构示意图；

图2为本发明的整体俯视结构示意图；

图3为本发明浮式湿地床的整体结构示意图；

图4为本发明图3中A处的放大结构示意图；

图5为本发明种植孔与圆弧板的侧视剖面结构示意图；

图6为本发明种植孔与圆弧板的分离结构示意图；

图7为本发明限定轴的整体侧视结构示意图；

图8为本发明的整体系统流程结构示意图；

在图1至图8，部件名称或线条与附图编号的对应关系为：

主体1、浮筒2、固定桩3、浮式湿地床4、种植孔401、嵌合槽4011、限定槽4012、圆弧板402、圆弧槽4021、嵌合环4022、限定轴4023、冲击槽40231、流动槽4024、光伏板5、太阳能曝气机6、沉床升降绞索7、曝气管道8、生态湿地沉床9、沉床配重块10、仿生人工水草11。

具体实施方式

请参考图1至图8

一种多效双模生态湿地沉床，包括有主体1和浮筒2，主体1中部漂浮放置有浮筒2，主体1两侧嵌合设置有固定桩3连接浮筒2，固定桩3顶端通过螺纹槽303嵌合设置有缠绕轴301，缠绕轴301顶端固定连接有抵盘302，浮筒2之间嵌合设置有浮式湿地床4，浮式湿地床4中部开口设置有种植孔401，种植孔401底端周围通过嵌合槽4011活动连接有圆弧板402，圆弧板402顶端固定连接有嵌合环4022与嵌合槽4011连接，圆弧板402背面嵌合设置有限定轴4023，浮筒2一侧顶端嵌合设置有光伏板5，浮筒2一侧顶端嵌合设置有太阳能曝气机6，光伏板5周围嵌合设置有沉床升降绞索7，太阳能曝气机6一侧嵌合设置有曝气管道8，主体1中部通过与沉床升降绞索7连接活动设置有生态湿地沉床9，生态湿地沉床9底端嵌合设置有沉床配重块10，浮式湿地床4底端嵌合设置有仿生人工水草11。

优选的，生态湿地沉床9与沉床升降绞索7和曝气管道8进行连接设置。通过主体1上的固定桩3来连接其浮筒2漂浮在主体1中部，然后通过浮筒2中部的浮式湿地床4上孔洞来种植其植物，然后因为其浮筒2漂浮在水面上使得其植物的根须会处于在水中让其模拟其湿地进行种植，同时在浮式湿地床4之间还通过一侧的沉床升降绞索7连接在生态湿地沉床9，而生态湿地沉床9因为底端的沉床配重块10，让其生态湿地沉床9会沉没在水中，让其能够种植一些需要完全在水中的植物，而沉床升降绞索7通过光伏板5来转换电能进行供能，使得沉床升降绞索7能够通过导轮旋转来将生态湿地沉床9进行升降，使得生态湿地沉床9的深度能够进行灵活的调整，然后因为浮式湿地床4和生态湿地沉床9的位置灵活改变使得其能够在方便植物种植的时候，也能够对水质进行全面的净化。

优选的，浮筒2为环保PE材料的塑料桶，抗氧化、韧性好，形状可选用方形、圆形、长方形、圆柱形等多种形式；本设计采用方形筒，组合连接形成结构主体，具有抗凤、抗洪水冲击等特点，设置与岸边连接固定装置；

优选的，浮式湿地床4，采用高分子纤维材料为浮动床载体材料，透水透气性好，纤维填料的强度、韧性、延展性保证湿地床平台构建的基材稳定，填料的孔隙度设计在保证透气、透水和氧气传导的同时，能够有效消减水流、波浪对床体的影响，保护植物根芽的孕育生长，为微生物、水生生物提供生息环境。

本发明采用2.0*3.0*0.16m厚的高分子床体，按设计拼接为载体，上面均布种植孔，并辅以基质填料，栽种挺水植物。挺水植物栽种密度为16-25株/m2，本设计为25株/m2。基质填料采用黏土、煤渣、生物炭、沸石、火山岩等其中的一种或多种组合，本设计采用黏土、生物炭、火山岩组合，比例为1;1:1；挺水植物选用菖蒲、千屈菜、美人蕉、蒲草、水芹、香蒲等。其中的一种或多种组合；本设计采用菖蒲、千屈菜、美人蕉三种组合栽种，在中比例为1:1:1。

优选的，人工水草11填料为绳状纤维丝材料编织而成；布置密度为16条/m2；长度根据水深及河床坡度，距离河底15-30cm。每条水草填料上部与高分子纤维床连接固定，下部配置配重块。配重块可选用水泥制品块或者钢渣块体材料。

优选的，生态沉水沉床9，采用高分子纤维材料为沉水沉床载体材料，透水透气性好。本设计采用2.0*3.0*0.16m厚的高分子床体，按设计拼接为载体，上面均布种植孔，并辅以基质填料，栽种挺水植物。进一步的，的沉水植物栽种密度为25株/m2。沉水植物选用狐尾藻、金鱼藻、苦草、碧齿眼子菜等其中的一种或多种组合，本设计沉水植物选用狐尾藻、金鱼藻、碧齿眼子菜三种组合，栽种密度为25株/m2，栽种比例为1:1:1。

基质填料采用黏土、煤渣、生物炭、沸石、火山岩等其中的一种或多种组合，本设计采用黏土、生物炭、火山岩组合，比例为1;1:1。

优选的，太阳能曝气增氧系统，由光伏板5、光伏板支架、蓄电池、曝气风机、曝气管21、控制器组成；其中，光伏板采用多晶板，支架采用热镀锌钢管焊接，安装高度1.0米。的蓄电池为80mA锂电池，储存收集太阳能板转换能量。曝气风机采用直流鼓风机，风量为60L/min。鼓风机的工作时间受控制器控制运行和调节风量。的曝气管为PE软管，安装在沉床纤维层下部。

优选的，浮式湿地床4包括有种植孔401和圆弧板402，种植孔401为开口设置于在浮式湿地床4顶端中部若干圆柱形状开槽，圆弧板402为嵌合设置在种植孔401底端设置有开口的中空圆柱体。

优选的，种植孔401包括有嵌合槽4011和限定槽4012，嵌合槽4011为种植孔401底端周围圆环状凹槽，限定槽4012为嵌合槽4011凹槽中部顶端若干圆柱形状凹槽。

优选的，圆弧板402包括有圆弧槽4021、嵌合环4022、限定轴4023和流动槽4024，圆弧槽4021为圆弧板402开口两侧表面半圆轴状凹槽，嵌合环4022为圆弧板402顶端与嵌合槽4011嵌合的半圆环状凸块，限定轴4023为凸出部分螺纹贯穿在嵌合环4022上的圆轴，流动槽4024为圆弧板402背面呈圆弧状的凹槽，且限定轴4023部分凸出在流动槽4024凹槽靠近两端处。在将植物种植到浮式湿地床4上的种植孔401中时，如果其主体1中的水发生流动变化产生其波浪的时候，水流在流动时的冲击会冲击到植物凸出在种植孔401底端的根须上，而水流也会冲击到种植孔401底端圆弧板402开口出两侧的圆弧槽4021中，通过圆弧槽4021接收其水流的冲击，迫使圆弧槽4021会通过顶端的嵌合环4022嵌合沿着嵌合槽4011进行环绕移动，来使得圆弧板402会被水流冲击带动发生环绕移动，从而让其一直环绕移动到将背面对着水流流动的方向位置，而因为背面其水流也无法冲击到圆弧槽4021上，从而使得圆弧板402不会轻易的继续被冲击移动，从而使得圆弧板402会对植物的根须进行一定的防护，防止其因为水流流动冲击过大，导致对植物的根须造成一定的损坏。

优选的，限定轴4023包括有冲击槽40231，冲击槽40231为限定轴4023位于在流动槽4024部分周围圆弧状凹槽。当圆弧板402背面流动槽4024对准其水流流动方向的时候，水流就会冲击到流动槽4024中，通过流动槽4024向两侧圆弧延伸的凹槽，使得能够对水流的流动进行一定的分流，来对圆弧板402进行稳定，同时水流在流动槽4024中流动的时候，水流会冲击到位于在流动槽4024中部分限定轴4023周围的冲击槽40231中，通过冲击槽40231的凹槽来接收水流冲击的时候会迫使带动限定轴4023开始进行旋转，当限定轴4023旋转的时候因为螺纹嵌合贯穿嵌合环4022，使得会沿着凸出嵌合环4022的顶端，然后凸出延伸的限定轴4023会嵌合进嵌合槽4011中的限定槽4012中，从而对其进行限定也对圆弧板402的位置进行限定，让其不会因为水流的冲击而轻易的发生位移从而能够更好的对植物根须进行一定的防护。

（四）工作原理

本发明提供了一种多效双模生态湿地沉床，首先通过主体1上的固定桩3来连接其浮筒2漂浮在主体1中部，然后通过浮筒2中部的浮式湿地床4上孔洞来种植其植物，然后因为其浮筒2漂浮在水面上使得其植物的根须会处于在水中让其模拟其湿地进行种植，同时在浮式湿地床4之间还通过一侧的沉床升降绞索7连接在生态湿地沉床9，而生态湿地沉床9因为底端的沉床配重块10，让其生态湿地沉床9会沉没在水中，让其能够种植一些需要完全在水中的植物，而沉床升降绞索7通过光伏板5来转换电能进行供能，使得沉床升降绞索7能够通过导轮旋转来将生态湿地沉床9进行升降，使得生态湿地沉床9的深度能够进行灵活的调整，然后因为浮式湿地床4和生态湿地沉床9的位置灵活改变使得其能够在方便植物种植的时候，也能够对水质进行全面的净化，在将植物种植到浮式湿地床4上的种植孔401中时，如果其主体1中的水发生流动变化产生其波浪的时候，水流在流动时的冲击会冲击到植物凸出在种植孔401底端的根须上，而水流也会冲击到种植孔401底端圆弧板402开口出两侧的圆弧槽4021中，通过圆弧槽4021接收其水流的冲击，迫使圆弧槽4021会通过顶端的嵌合环4022嵌合沿着嵌合槽4011进行环绕移动，来使得圆弧板402会被水流冲击带动发生环绕移动，从而让其一直环绕移动到将背面对着水流流动的方向位置，而因为背面其水流其水流也无法冲击到圆弧槽4021上，从而使得圆弧板402不会轻易的继续被冲击移动，从而使得圆弧板402会对植物的根须进行一定的防护，防止其因为水流流动冲击过大，导致对植物的根须造成一定的损坏，而当圆弧板402背面流动槽4024对准其水流流动方向的时候，水流就会冲击到流动槽4024中，通过流动槽4024向两侧圆弧延伸的凹槽，使得能够对水流的流动进行一定的分流，来对圆弧板402进行稳定，同时水流在流动槽4024中流动的时候，水流会冲击到位于在流动槽4024中部分限定轴4023周围的冲击槽40231中，通过冲击槽40231的凹槽来接收水流冲击的时候会迫使带动限定轴4023开始进行旋转，当限定轴4023旋转的时候因为螺纹嵌合贯穿嵌合环4022，使得会沿着凸出嵌合环4022的顶端，然后凸出延伸的限定轴4023会嵌合进嵌合槽4011中的限定槽4012中，从而对其进行限定也对圆弧板402的位置进行限定，让其不会因为水流的冲击而轻易的发生位移从而能够更好的对植物根须进行一定的防护。

Claims (5)

1.一种多效双模生态湿地沉床，包括有主体（1）和浮筒（2），所述主体（1）中部漂浮放置有浮筒（2），其特征在于；所述主体（1）两侧嵌合设置有固定桩（3）连接浮筒（2），所述浮筒（2）之间连接有底端设置有仿生人工水草（11）的浮式湿地床（4），所述浮式湿地床（4）通过中部种植孔（401）底端嵌合槽（4011）与圆弧板（402）上嵌合环（4022）活动连接在一起，所述圆弧板（402）背面活动连接有贯穿嵌合环（4022）同时凸出部分在流动槽（4024）的限定轴（4023），所述浮筒（2）通过一侧顶端沉床升降绞索（7）连接有底端设置沉床配重块（10）的生态湿地沉床（9），所述浮筒（2）一侧顶端嵌合设置有连接在一起的光伏板（5）和太阳能曝气机（6），所述太阳能曝气机（6）通过曝气管道（8）连接生态湿地沉床（9）；所述种植孔（401）包括有嵌合槽（4011）和限定槽（4012），所述限定槽（4012）为若干开口设置于种植孔（401）底端嵌合槽（4011）中的凹槽，所述圆弧板（402）包括有圆弧槽（4021）、嵌合环（4022）、限定轴（4023）和流动槽（4024），所述圆弧槽（4021）为圆弧板（402）两侧凹槽，所述限定轴（4023）为贯穿圆弧板（402）顶端嵌合环（4022）凸出部分在圆弧板（402）背面流动槽（4024）中的圆轴，所述限定轴（4023）包括有冲击槽（40231），所述冲击槽（40231）为限定轴（4023）周围凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种多效双模生态湿地沉床，其特征在于：所述的浮筒（2）为PE材料，采用方筒形，组合连接形成结构主体，设置与岸边连接固定装置。

3.根据权利要求1所述的一种多效双模生态湿地沉床，其特征在于：所述的浮式湿地床（4），采用高分子纤维材料为浮动床载体材料；

采用2.0*3.0*0.16m厚的高分子床体，按设计拼接为载体，上面均布种植孔，并辅以基质填料，栽种挺水植物；

挺水植物栽种密度为16-25株/m²；

采用菖蒲、千屈菜、美人蕉三种组合栽种，栽种比例为1:1:1。

4.根据权利要求1所述的一种多效双模生态湿地沉床，其特征在于：所述的仿生人工水草（11）填料为绳状纤维丝材料编织而成；布置密度为16条/m²；长度根据水深及河床坡度设计，距离河底15-30cm；

每条水草填料上部与浮式湿地床（4）连接固定，下部配置配重块；

配重块选用水泥制品块或者钢渣块体材料。

5.根据权利要求1所述的一种多效双模生态湿地沉床，其特征在于：所述的生态湿地沉床（9），采用高分子纤维材料为沉床载体材料；

采用2.0*3.0*0.16m厚的高分子床体，按设计拼接为载体，上面均布种植孔，并辅以基质填料，栽种沉水植物；

所述的沉水植物栽种密度为25株/m²；

沉水植物选用狐尾藻、金鱼藻、碧齿眼子菜三种组合，栽种比例为1:1:1。