CN117266198A - 一种生态环境修复系统及其智能防堵方法 - Google Patents

一种生态环境修复系统及其智能防堵方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生态环境修复系统及其智能防堵方法，边坡生态环境修复系统包括由两个纵向隔板、斜插板与边坡共同围合成储水腔，在储水腔中还设置有过滤结构，过滤结构下方的空间中用于储存水，在靠近敞口腔的纵向隔板上设置有通孔，该通孔作为将储水腔中储存的水引入敞口腔中的毛细通道；智能防堵方法步骤包括：在小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨这几个时段分别控制凸轮驱动机构按照预设频率运行；当预估的下雨时段未下雨时，控制凸轮驱动机构停止。本发明实现了边坡生态环境修复系统的实时防堵塞效果，实现了智能化清理，同时显著提高了储水、保水效果，有利于生态环境修复。

Description

一种生态环境修复系统及其智能防堵方法
技术领域
本发明涉及利用智能控制技术的生态环境修复技术领域，具体涉及一种生态环境修复系统及其智能防堵方法。
背景技术
近年来，由于全球气候变暖，极端天气频发，如何科学、有效地的提高边坡生态保护修复工程栽植植被的存活率成为近年来的热点。现有文献CN215380156U公开了一种边坡斜插式新型生态桩板结合防护体系，它包括抗滑桩、斜插板、坡脚花池和位于坡脚花池下方的排水盲沟，抗滑桩沿边坡左右间隔设置，相邻抗滑桩之间上下间隔设置有若干斜插板，斜插板插入边坡，且斜插板的下端相对上端朝内侧倾斜，在每相邻两个抗滑桩作为两侧壁、斜插板作为前壁、边坡作为后壁共同围成的斜插板槽里回填根植土用于培土绿化。该专利实现了边坡防护的生态化。但是，该方案未能对雨水进行处理，雨水不能长时间存储并浇灌回用。
由于边坡生态保护修复工程通常是在山区，其坡面自身很难实现为栽植植被储水和供水，现有的方式通常是借助于水渠工程或管路设施引水浇灌，而在实施过程中面临的最大难点之一在于水源储存。尽管目前有一些研究是通过在边坡上设置特定的容器来蓄水，如在植物根系下方设置蓄水腔(如CN210184013U边坡绿化保护系统)，但其在实际使用过程中很难长时间使用，原因之一就是蓄水通道极容易堵塞而导致自然雨水无法进入进而使其失去蓄水功能，而设置有的溢水孔反而不利于保水。更关键地是，对于边坡工程中的栽植植被容器，通常都设置有过滤结构，使用过程中需要定期清理这些过滤结构，而当前除了人工清理之外，还没有更佳、更高效的清理方式。而且，目前在生态修复工程竣工后，多数处于少人甚至无人管护状态，对自动清理需求更为迫切。
发明内容
本发明目的在于提供一种生态环境修复系统及其智能防堵方法，该方案不仅能够有效、高效的实现边坡生态环境修复系统的防堵塞，同时显著提高了储水、保水效果。
本发明采用了如下技术方案。
一种边坡生态环境修复系统，包括沿着边坡平行排列的多个抗滑桩，在相邻抗滑桩之间设置有插入边坡中并固定的斜插板，斜插板与边坡之间的敞口腔内设置有根植土，根植土中种植有绿化植物，在每个敞口腔中设置有插入边坡中并固定、间隔布置的两个纵向隔板，由两个纵向隔板、斜插板与边坡共同围合成储水腔，在储水腔中还设置有过滤结构，过滤结构下方的空间中用于储存水，在靠近敞口腔的纵向隔板上设置有通孔，该通孔作为将储水腔中储存的水引入敞口腔中的毛细通道。
为了更有效地防止边坡生态环境修复系统堵塞，所述的过滤结构包括：带有若干微孔的活动板，活动板上方固定设置有过滤层；在储水腔正对的斜插板上设置有条形孔，条形孔的宽度不小于3cm；活动板上端铰接连接在边坡的连接件上，活动板下端为自由端，在活动板下方设置有凸轮驱动机构，该凸轮驱动机构用于驱动活动板振动，且当活动板位于最高点时，活动板上表面刚好与条形孔顶沿贴合，当活动板位于上极限位置时，活动板与水平面之间的夹角为38～42°，活动板与条形孔顶沿之间的缝隙作为微细砂粒和水向外流出的通道。
为了更有效地防止边坡生态环境修复系统堵塞，同时更好地实现储水和保水，在活动板下方设置有固定孔板，在固定孔板下端低于条形孔底沿且与斜插板内壁之间具有缝隙；在活动板与固定孔板之间设置有海绵层，海绵层处于自由状态下的厚度为20-50cm。
为了实现自然水更顺利地进入储水腔，固定孔板斜度与处于上极限位置的活动板的斜度一致。
作为优选方案，所述的过滤层包括自上往下布置的格栅过滤层、卵石过滤层、支撑格栅、过滤网。
作为优选方案，条形孔底沿与活动板通过能够拉伸的柔性挡水元件连接在一起。
作为优选方案，所述的微孔孔径为3-5mm。
一种采用前述生态环境修复系统的智能防堵方法，该方法能够在使用过程中以更有效、高效的实时实现边坡生态环境修复系统的防堵塞，所述边坡生态环境修复系统还包括控制模块，控制模块连接天气预报模块和凸轮驱动机构，控制模块的处理器执行其程序时实现以下步骤：
S1，定期获取天气预报模块反馈的天气预报信息，包括雨量类型、预估的下雨时段；
S2，在小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨这几个时段分别控制凸轮驱动机构按照预设频率运行；当预估的下雨时段未下雨时，控制凸轮驱动机构停止；S3，在未下雨的时段，控制凸轮驱动机构停止。
作为优选方案，在小雨时段，控制凸轮驱动机构以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行；在暴雨和大暴雨时段，控制凸轮驱动机构的凸轮以120-180转/分钟的方式运行；在中雨、大雨时段，控制凸轮驱动机构的凸轮以30-60转/分钟的方式运行。
作为优选方案，当暴雨和大暴雨持续超过2小时后，控制凸轮驱动机构“在活动板位于下极限位置”的状态下暂停，并在转为小雨的时候控制凸轮驱动机构以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行。
有益效果：本发明以巧妙的结构和方式实现了边坡生态环境修复系统的实时防堵塞效果，实现了智能化清理，同时显著提高了储水、保水效果；使用过程中，自然雨水经过过滤层初步过滤，然后通过过滤结构进行精滤，精滤后的水进入储水腔中，储水腔中的税则通过毛细通道进入根植土中，具体地：当雨量较小(如小雨)时，大多数初滤后的雨水会通过活动板上的微孔渗入海绵层，随着凸轮驱动机构的运行，活动板会上下往复震动，当活动板下移而下压海绵层时，海绵层中的一部分水会被向下挤压至储水腔中，海绵层中的另一部分水则会被反(向上)挤压并从微孔反向流动至活动板上表面，再顺着活动板上表面向下流动，从而避免活动板上的微孔被堵塞，同时带走活动板上表面的微粒；当雨量较大时，初滤后的部分雨水会通过活动板上的微孔进入海绵层，随着凸轮驱动机构的运行，活动板会上下往复震动，当活动板下移而下压海绵层时，海绵层中的一部分水会被向下挤压至储水腔中，海绵层中的另一部分水则会被反(向上)挤压并从微孔反向流动至活动板上表面，再顺着活动板上表面向下流动，从而避免活动板上的微孔被堵塞，并冲走活动板上表面的微粒，同时，初滤后的另一部分雨水会直接顺着活动板上表面向下流动，并冲走活动板上表面的微粒。
由于固定孔板斜度与处于上极限位置的活动板的斜度一致，配合柔性挡水元件的使用，当活动板移动到下极限位置时，海绵层下部区域被下压厚度大于海绵层上部区域被下压厚度，这就能够尽可能确保雨量较小时积存在海绵层中的雨水被挤压至储水腔中。
本发明中设置在活动板与固定板之间且能够被挤压的海绵层非常关键，不仅具有边坡集水的作用，还具有边坡保水的作用，尤其是当海绵层被下压(活动板移动到下极限位置)时的保水效果较好，同时能够辅助过滤水起到反向冲洗活动板上微孔以实现防堵塞的作用。
附图说明
图1为实施例中边坡生态环境修复系统主向示意图；
图2为一实施方案中边坡生态环境修复系统的过滤结构所在部位示意图；
图3为实施例中边坡生态环境修复系统的过滤结构在使用过程中(活动板位于上极限位置)的示意图；
图4为实施例中边坡生态环境修复系统的过滤结构在使用过程中(活动板位于下极限位置)的示意图；
图5为另一实施方案中边坡生态环境修复系统的过滤结构所在部位示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明中，均需要考虑包括隔板、棉织条、斜插板、海绵层等材料的耐腐蚀性能和使用寿命，具体材料种类和规格由本领域技术人员根据当地气候等实际情况下按需选取。
实施例
结合图1至图4所示，一种边坡生态环境修复系统，包括沿着边坡7平行排列的多个抗滑桩1，在相邻抗滑桩1之间设置有插入边坡7中并固定的斜插板2，斜插板2与边坡7之间的敞口腔内设置有根植土，根植土中种植有绿化植物，在每个敞口腔中设置有插入边坡7中并固定、间隔布置的两个纵向隔板3，由两个纵向隔板3、斜插板2与边坡7共同围合成储水腔，在储水腔中还设置有过滤结构，过滤结构下方的空间中用于储存水，在靠近敞口腔的纵向隔板3上设置有通孔5，该通孔5作为将储水腔中储存的水引入敞口腔中的毛细通道。在其它应用方案中，可以只设置1个直径约为10mm的通孔5，然后在通孔5中穿设有棉织条，棉织条一端伸入过滤结构下方的空间底部，另一端伸入根植土中，通过该棉织条为植物根系进行持续引水。
其中，过滤结构包括：带有若干微孔19的活动板10，微孔19孔径为3.5mm，活动板10上方固定设置有过滤层；在储水腔正对的斜插板2上设置有条形孔11，条形孔11的宽度为4cm，条形孔11长度比活动板10宽度大5mm，活动板10采用厚度为3mm的耐腐蚀不锈钢板；活动板10上端铰接连接在边坡7的连接件上，活动板10下端为自由端，在活动板10下方设置有凸轮驱动机构，该凸轮驱动机构用于驱动活动板10振动，且当活动板10位于最高点时，活动板10上表面刚好与条形孔11顶沿贴合，当活动板10位于上极限位置时，活动板10与水平面之间的夹角为40°，活动板10与条形孔11顶沿之间的缝隙作为微细砂粒和水向外流出的通道。其中，凸轮驱动机构为常规结构，凸轮驱动机构主要包括安装在斜插板2底壁的防水电机，防水电机连接太阳能供蓄电系统，借助于太阳能供电、蓄电池蓄电，然后供应给防水电机，或者外接电网供电系统，防水电机输出轴连接凸轮8，凸轮8通过连接件连接活动板10。
本实施例中，在活动板10下方设置有固定孔板12，在固定孔板12下端低于条形孔11底沿且与斜插板2内壁之间具有缝隙；在活动板10与固定孔板12之间设置有海绵层13，海绵层13处于自由状态下的厚度为30cm。其中，固定孔板12斜度与处于上极限位置的活动板10的斜度一致；条形孔11底沿与活动板10通过能够拉伸的柔性挡水元件(防水布20)连接在一起，该柔性挡水元件的作用是防止水从条形孔11底沿与活动板10之间流出。本实施例中，过滤层包括自上往下布置的格栅过滤层14、卵石过滤层15、支撑格栅16、过滤网17。
一种采用本实施例中边坡生态环境修复系统的智能防堵方法，边坡生态环境修复系统还包括控制模块，控制模块连接天气预报模块(即控制器接入天气预报系统)和凸轮驱动机构，控制模块的处理器执行其程序时实现以下步骤：
S0，初始状态下，活动板10位于下极限位置，凸轮驱动机构的凸轮的凸起部位远离活动板10，这个状态下的海绵层13被压实，从而能够很好地防止储水腔中的水挥发，此时的状态如图4所示；
S1，定期获取天气预报模块反馈的天气预报信息，包括雨量类型、预估的下雨时段；
S2，在小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨这几个时段分别控制凸轮驱动机构按照预设频率运行；当预估的下雨时段未下雨时，控制凸轮驱动机构停止；在小雨时段，控制凸轮驱动机构以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行，运行时的凸轮以30-60转/分钟的速率进行转动，暂停过程中的活动板10位于上极限位置(此状态下，凸轮驱动机构的凸轮的凸起部位靠近活动板10，海绵层13处于松弛状态，如图3所示)；在暴雨和大暴雨时段，控制凸轮驱动机构的凸轮以120-180转/分钟的方式运行；在中雨、大雨时段，控制凸轮驱动机构的凸轮以30-60转/分钟的方式运行；
S3，在未下雨的时段，控制凸轮驱动机构停止。
采用前述边坡生态环境修复系统的智能防堵方法的应用方案一：某年3月22日，天气预报系统中提示14:10～16:00有小雨，控制模块在当天中午获取到该天气预报信息，得知对应的雨量类型为小雨，预估的下雨时段为14:10～16:00；在14:10时刻，则控制凸轮驱动机构开始运行，使凸轮以30转/分钟的方式先运行2分钟，然后控制凸轮驱动机构停止10分钟，停过程中的活动板10位于上极限位置，如此往复以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行。
采用前述边坡生态环境修复系统的智能防堵方法的应用方案二：某年5月11日，天气预报系统中提示的8:25～13:00有中雨，控制模块在当天早晨6点获取到该天气预报信息，得知对应的雨量类型为中雨，预估的下雨时段为8:25～13:00；在8:25时刻，则控制凸轮驱动机构开始运行，使凸轮以45转/分钟的方式持续运行。
采用前述边坡生态环境修复系统的智能防堵方法的应用方案三：某年7月5日，天气预报系统中提示的13:45～14:20有暴雨，控制模块在当天中午获取到该天气预报信息，得知对应的雨量类型为暴雨，预估的下雨时段为13:45～14:20；在13:45时刻，则控制凸轮驱动机构开始运行，使凸轮以120转/分钟的方式持续运行。
采用前述边坡生态环境修复系统的智能防堵方法的应用方案四：某年5月27日，天气预报系统中提示的14:00～17:00有暴雨，17:00～18:00有小雨，控制模块在当天中午获取到该天气预报信息，得知对应的雨量类型为暴雨转小雨，预估的下雨时段为14:00～18:00；在14:00时刻，则控制凸轮驱动机构开始运行，使凸轮以150转/分钟的方式持续运行两小时至16:00时，然后调节凸轮驱动机构使活动板10位于下极限位置，然后停止凸轮驱动机构，然后在17:00控制凸轮驱动机构以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行。
使用过程中，自然雨水经过过滤层初步过滤，然后通过过滤结构进行精滤，精滤后的水进入储水腔中，储水腔中的税则通过毛细通道进入根植土中，具体地：当雨量较小(如小雨)时，大多数初滤后的雨水会通过活动板10上的微孔19渗入海绵层13，随着凸轮驱动机构的运行，活动板10会上下往复震动，当活动板10下移而下压海绵层13时，海绵层13中的一部分水会被向下挤压至储水腔中，海绵层13中的另一部分水则会被反(向上)挤压并从微孔反向流动至活动板10上表面，再顺着活动板10上表面向下流动，从而避免活动板10上的微孔被堵塞，同时带走活动板10上表面的微粒；当雨量较大时，初滤后的部分雨水会通过活动板10上的微孔19进入海绵层13，随着凸轮驱动机构的运行，活动板10会上下往复震动，当活动板10下移而下压海绵层13时，海绵层13中的一部分水会被向下挤压至储水腔中，海绵层13中的另一部分水则会被反(向上)挤压并从微孔19反向流动至活动板10上表面，再顺着活动板10上表面向下流动，从而避免活动板10上的微孔被堵塞，并冲走活动板10上表面的微粒，同时，初滤后的另一部分雨水会直接顺着活动板10上表面向下流动，并冲走活动板10上表面的微粒。
由于固定孔板12斜度与处于上极限位置的活动板10的斜度一致，配合柔性挡水元件的使用，当活动板10移动到下极限位置时，海绵层13下部区域被下压厚度大于海绵层13上部区域被下压厚度，这就能够尽可能确保雨量较小时积存在海绵层13中的雨水被挤压至储水腔中。
本发明中设置在活动板10与固定板之间且能够被挤压的海绵层13非常关键，不仅具有边坡集水的作用，还具有边坡保水的作用，尤其是当海绵层13被下压(活动板10移动到下极限位置)时的保水效果较好，同时能够辅助过滤水起到反向冲洗活动板10上的微孔19以实现防堵塞的作用。
在另一实施方案中，一种边坡生态环境修复系统，参照前述结构，其与前述结构的区别在于：如图5所示，在靠近斜插板2两端部分别设置有一套过滤结构。

Claims (10)

1.一种生态环境修复系统，包括沿着边坡平行排列的多个抗滑桩（1），在相邻抗滑桩（1）之间设置有插入边坡中并固定的斜插板（2），斜插板（2）与边坡之间的敞口腔内设置有根植土，根植土中种植有绿化植物，其特征在于：在每个敞口腔中设置有插入边坡中并固定、间隔布置的两个纵向隔板（3），由两个纵向隔板（3）、斜插板（2）与边坡共同围合成储水腔，在储水腔中还设置有过滤结构，过滤结构下方的空间中用于储存水，在靠近敞口腔的纵向隔板（3）上设置有通孔（5），该通孔（5）作为将储水腔中储存的水引入敞口腔中的毛细通道。
2.根据权利要求1所述的生态环境修复系统，其特征在于，所述的过滤结构包括：带有若干微孔（19）的活动板（10），活动板（10）上方固定设置有过滤层；在储水腔正对的斜插板（2）上设置有条形孔（11），条形孔（11）的宽度不小于3cm；活动板（10）上端铰接连接在边坡的连接件上，活动板（10）下端为自由端，在活动板（10）下方设置有凸轮驱动机构，该凸轮驱动机构用于驱动活动板（10）振动，且当活动板（10）位于最高点时，活动板（10）上表面刚好与条形孔（11）顶沿贴合，当活动板（10）位于上极限位置时，活动板（10）与水平面之间的夹角为38~42°，活动板（10）与条形孔（11）顶沿之间的缝隙作为微细砂粒和水向外流出的通道。
3.根据权利要求2所述的生态环境修复系统，其特征在于：在活动板（10）下方设置有固定孔板（12），在固定孔板（12）下端低于条形孔（11）底沿且与斜插板（2）内壁之间具有缝隙；在活动板（10）与固定孔板（12）之间设置有海绵层（13），海绵层（13）处于自由状态下的厚度为20-50cm。
4.根据权利要求3所述的生态环境修复系统，其特征在于：固定孔板（12）斜度与处于上极限位置的活动板（10）的斜度一致。
5.根据权利要求4所述的生态环境修复系统，其特征在于：所述的过滤层包括自上往下布置的格栅过滤层（14）、卵石过滤层（15）、支撑格栅（16）、过滤网（17）。
6.根据权利要求2-5任一项所述的生态环境修复系统，其特征在于：条形孔（11）底沿与活动板（10）通过能够拉伸的柔性挡水元件连接在一起。
7.根据权利要求6所述的生态环境修复系统，其特征在于：所述的微孔（19）孔径为3-5mm。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述生态环境修复系统的智能防堵方法，其特征在于，所述生态环境修复系统还包括控制模块，控制模块连接天气预报模块和凸轮驱动机构，控制模块的处理器执行其程序时实现以下步骤：
S1，定期获取天气预报模块反馈的天气预报信息，包括雨量类型、预估的下雨时段；
S2，在小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨这几个时段分别控制凸轮驱动机构按照预设频率运行；当预估的下雨时段未下雨时，控制凸轮驱动机构停止；
S3，在未下雨的时段，控制凸轮驱动机构停止。
9.根据权利要求8所述生态环境修复系统的智能防堵方法，其特征在于：在小雨时段，控制凸轮驱动机构以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行，暂停过程中的活动板（10）位于上极限位置；在暴雨和大暴雨时段，控制凸轮驱动机构的凸轮以120-180转/分钟的方式运行；在中雨、大雨时段，控制凸轮驱动机构的凸轮以30-60转/分钟的方式运行。
10.根据权利要求9所述生态环境修复系统的智能防堵方法，其特征在于：当暴雨和大暴雨持续超过2小时后，控制凸轮驱动机构“在活动板（10）位于下极限位置”的状态下暂停，并在转为小雨的时候控制凸轮驱动机构以“运行2分钟—暂停10分钟”的方式反复运行。
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