CN211445232U - 一种河湖岸带生态缓冲系统 - Google Patents

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王晓敏
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Abstract

本实用新型公开了一种河湖岸带生态缓冲系统，包括受纳水体和包围受纳水体的生态护岸，河湖岸带生态缓冲系统包括：人工湿地系统，设于生态护岸上，地表径流通过强化通道经过人工湿地系统进入受纳水体；人工湿地系统包括布水系统、水生植物系统、填料系统和管网系统，布水系统平行于水面岸线布置；水质监测系统，用于实时监测受纳水体水质并将所得水质监测数据反馈给液位传感及提升系统；液位传感及提升系统，包括液位传感器和水泵，通过感知受纳水体的液位位置及实时反馈的水质监测数据对水泵实施启停，将受纳水体中的水通过管网系统提升至布水系统进行布水作业。本实用新型适用面源污染控制、初期雨水处理、河湖生态修复、河湖生态缓冲带构建。

Description

一种河湖岸带生态缓冲系统
技术领域
本实用新型涉及河湖生态缓冲带技术领域，具体涉及一种河湖岸带生态缓冲系统。
背景技术
随着经济社会的发展，国家对环保越来越重视，通过对环保技术的研发和应用，点源污染得到了显著治理，面源污染的治理也已经到了新的阶段，仅靠人工湿地等生态治理手段已经不能满足河湖对氮磷深度削减的技术需求，因此有必要从通过最末端的生态缓冲带构建解决河湖富营养化问题上寻找新的技术突破。
公告号为CN 203846447 U的专利说明书公开了一种河滨生态多维循环式湿地缓流渗滤截污系统，主要包括：一级植被缓冲带、亲水平台、调节池、生态滞留系统和二级植被缓冲带。一级植被缓冲带设置在沿河堤路面迎河一侧，其坡度与原有岸坡保持一致，沿岸坡向下的宽度为1.0～1.2m，800～1000m；生态滞留系统由上向下依次设置有种植土层、填料层、反渗透层和砾石层。上述专利技术在雨季实现了减少面源径流进入河道的污染负荷，非雨季达到了河道水质循环净化与湿地养护的协同目的，并具有良好的景观效果。
公开号为CN 104671423 A的专利说明书公开了一种扇形多维错流式复合陆生植物缓冲带及其构建方法，该缓冲带由扇形横向流草本-生物炭带、扇形纵向流脱氮带、扇形横向绕流污染物富集灌草带、扇形纵向流除磷带、扇形横向绕流乔草-生物炭带以及必要的土埂、集水渠或透水墙进行串联组成。城市污水处理厂的尾水、农田废水、村镇地表径流等低浓度污水经过简单沉淀后依次流过上述条带，污水中的悬浮物质、有机物、营养元素、农药等发生逐步削减。该植被缓冲带适用于岸边陆地面积有限的水库、河流或湖泊周围，能够有效防止水环境污染；土著植物的协调组合，不仅处理效果好而且具有良好的景观效果和生态效益。
我国对河湖生态缓冲带构建的重视程度开始逐步加强，但是缺少统一的技术指南或者规范，对岸上缓冲带的定义、作用以及如何布置，没有统一的标准，调研发现一些生态缓冲带建设都是依托于景观亮化工程，对地表径流净化贡献不足。同时，还有相当大一部分河湖、小微水体等存在水动力不足的问题，会逐渐导致水体发黑发臭，加速水体富营养化的进程。这些问题都亟待于新的工艺技术或者工艺组合来解决。
实用新型内容
针对本领域存在的不足之处，本实用新型提供了一种河湖岸带生态缓冲系统，从岸上及水里考虑，采用综合的技术手段解决生活污水、养殖废水、农田退水等面源污染，特别是高浓度初期雨水的污染，显著削减排入的氮磷营养物质，同时还可以对水动力不足河湖沟渠的岸坡植物进行养护，适用于面源污染控制、初期雨水处理、河湖生态修复、河湖生态缓冲带构建。
一种河湖岸带生态缓冲系统，包括受纳水体和包围所述受纳水体的生态护岸，所述河湖岸带生态缓冲系统还包括：
人工湿地系统，设于所述生态护岸上，地表径流通过强化通道经过所述人工湿地系统进入所述受纳水体；所述人工湿地系统包括布水系统、水生植物系统、填料系统和管网系统，所述布水系统平行于水面岸线布置；
水质监测系统，用于实时监测所述受纳水体水质并将所得水质监测数据反馈给液位传感及提升系统；
液位传感及提升系统，包括液位传感器和水泵，通过感知所述受纳水体的液位位置及实时反馈的水质监测数据对所述水泵实施启停，将所述受纳水体中的水通过所述管网系统提升至所述布水系统进行布水作业。
所述的人工湿地系统在处理地表径流时实施方式为：小雨量时地表径流通过强化通道经过人工湿地系统处理后得到净化而排入水体；大雨量时，初期雨水通过强化通道经过人工湿地系统深度净化后排入水体，而过量的雨水可通过旁路系统排入受纳水体。
液位传感及提升系统将所述受纳水体中的水通过所述管网系统提升至所述布水系统进行布水作业，一方面可使得受纳水体中的水可在人工湿地系统中进行净化后回流至受纳水体，保证水体水质，另一方面可以对人工湿地系统中的水生植物系统进行养护。
所述布水系统可通过固定、悬挂或堆土半掩埋的方式布置，具体可根据所述生态护岸实际情况布置；
所述的布水系统由PVC、PE或玻璃钢材质的管子或半管的一种或几种组合组成，所述管子或半管的管径为20～300mm，管子斜向下45°开孔，且孔径为5～30mm，孔间距为50～200mm；
所述的布水系统设置在不低于常水位以上100mm处，且上下管间距为200～500mm。
所述水生植物系统包括设于所述生态护岸的挺水植物系统和设于所述受纳水体底部的沉水植物系统；
所述挺水植物系统的植物种类为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、马尼拉草、麦冬中的一种或几种的组合，种植密度为5～15株/m2；
所述沉水植物系统的植物种类为苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合，种植密度为30～100丛/m2。
所述的填料系统为粒径为5～40mm的沸石、陶粒、碎石、无烟煤、石灰石、废渣、山核桃壳炭中的一种或几种的组合；
所述的填料系统可在表面以聚乙烯、尼龙、铁丝中的一种或几种材质组合的保护网固定和覆盖，具体可根据所述生态护岸的特点铺设。
所述的管网系统是在水质监测系统和液位传感及提升系统的协同作用下由下向上将水提升到布水系统进行布水。所述的管网系统材质为橡胶夹布管、PE、PVC中的一种或几种的组合，管径20～80mm，长度为500～15000mm。
所述的水质监测系统可设置于所述受纳水体中对水质实时监测并将数据反馈给液位传感及提升系统。通过预设定的水质控制要求结合反馈的水质数据进行液位传感及提升系统的启停操作。
所述的水质监测系统采用全光谱原位实时水质监测模块，COD数据测量时间低于20秒，氨氮数据测量时间低于60秒，并自带高压气体清洁装置用于清洁和抗击干扰。
所述的液位传感器为浮筒式液位传感器、浮球式液位传感器的一种或几种的组合；
所述的水泵为潜水泵，功率为1～400m3/h，扬程不高于30m。
作为优选，所述的河湖岸带生态缓冲系统还包括强化材料系统，设于所述受纳水体中；
所述的强化材料系统为无机材料、天然高分子及其改性材料的一种或几种的组合；
所述的无机材料为过氧化钙、石灰石、陶粒、沸石中的一种或几种的组合；
所述的天然高分子及其改性材料为山核桃壳、丝瓜络、板栗壳及其炭化材料中的一种或几种的组合，所述的天然高分子及其改性材料外部由铁丝网包裹后底部固定或上部悬挂于水体中。
作为优选，所述的河湖岸带生态缓冲系统还包括生态浮岛系统，设于所述受纳水体表面，距所述生态护岸1～5m，可进一步对所进入的污染物进行削减。污染物浓度在岸边分布的生态浮岛系统净化作用下可得到进一步削减。
所述的生态浮岛系统由PVC或PE材质的板式或框式结构组成，所种植植物为菖蒲、再力花、千屈菜、鸢尾、粉绿狐尾藻中的一种或几种的组合，其种植密度为6～9株/m2。
作为优选，所述的河湖岸带生态缓冲系统还包括辅助系统，用于为所述水质监测系统、液位传感及提升系统提供动力，具体为风能或太阳能动力设施、直接接电或风电互补的一种或几种的组合。
本实用新型与现有技术相比，主要优点包括：
1)在河道、湖泊、沟渠、生态塘等受纳水体中整合了作为人工湿地强化系统主要构成部分的填料系统、水生植物系统、管网系统，以及水质监测系统、液位传感及提升系统、生态浮岛系统以及风电辅助系统等技术手段，共同保障水质效果；
2)对于静止或水动力不足从而水质得到恶化的水体，通过水质检测系统、液位传感及提升系统的共同作用，向上提升至人工湿地系统得到深度处理和净化后再排入受纳水体，同时兼具景观效应的湿地植物通过吸收污水中的营养物质得到快速养活，净化污水的同时又提升了植物的成活率；
3)根据降雨规模大小设置了不同通道，小雨量时地表径流通过强化通道经过人工湿地处理后得到净化而排入水体；大雨量时，初期雨水经过人工湿地系统深度净化后排入水体，同时污染物浓度在岸边分布的生态浮岛的净化作用下得到进一步削减，而过量的雨水通过旁路系统排入受纳水体。
附图说明
图1为实施例的河湖岸带生态缓冲系统的示意图；
图中：
1-人工湿地系统 2-管网系统 3-液位传感及提升系统
4-水质监测系统 5-挺水植物系统 6-布水系统
7-填料系统 8-强化材料系统 9-沉水植物系统
10-生态护岸 11-生态浮岛系统 12-辅助系统
13-地表径流 14-受纳水体。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
如图1所示，本实施例的河湖岸带生态缓冲系统包括受纳水体14和包围受纳水体14的生态护岸10。所述河湖岸带生态缓冲系统还包括：
人工湿地系统1，设于生态护岸10上，地表径流13通过强化通道(未画出)经过人工湿地系统1进入受纳水体14；人工湿地系统1包括布水系统6、水生植物系统、填料系统7和管网系统2，布水系统6平行于水面岸线布置；
水质监测系统4，用于实时监测受纳水体14水质并将所得水质监测数据反馈给液位传感及提升系统3；
液位传感及提升系统3，设于受纳水体14中，包括液位传感器和水泵，通过感知受纳水体14的液位位置及实时反馈的水质监测数据对所述水泵实施启停，将受纳水体14中的水通过管网系统2提升至布水系统6进行布水作业；
强化材料系统8，设于受纳水体14中；
生态浮岛系统11，设于受纳水体14表面，距生态护岸10 1～5m，可进一步对所进入的污染物进行削减；污染物浓度在岸边分布的生态浮岛系统11净化作用下可得到进一步削减；
辅助系统12，设于生态护岸12上，用于为水质监测系统4、液位传感及提升系统3提供动力。
布水系统6可通过固定、悬挂或堆土半掩埋的方式布置，具体可根据生态护岸10实际情况布置；
布水系统6由PVC、PE或玻璃钢材质的管子或半管的一种或几种组合组成，所述管子或半管的管径为20～300mm，管子斜向下45°开孔，且孔径为5～30mm，孔间距为50～200mm；
布水系统6设置在不低于常水位以上100mm处，且上下管间距为200～500mm。
水生植物系统包括设于生态护岸10上的挺水植物系统5和设于受纳水体14底部的沉水植物系统9；
挺水植物系统5的植物种类为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、马尼拉草、麦冬中的一种或几种的组合，种植密度为5～15株/m2；
沉水植物系统9的植物种类为苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合，种植密度为30～100丛/m2。
填料系统7为粒径为5～40mm的沸石、陶粒、碎石、无烟煤、石灰石、废渣、山核桃壳炭中的一种或几种的组合；
填料系统7可在表面以聚乙烯、尼龙、铁丝中的一种或几种材质组合的保护网固定和覆盖，具体可根据所述生态护岸的特点铺设。
管网系统2是在水质监测系统4和液位传感及提升系统3的协同作用下由下向上将水提升到布水系统6进行布水。管网系统2材质为橡胶夹布管、PE、PVC中的一种或几种的组合，管径20～80mm，长度为500～15000mm。
水质监测系统4设置于受纳水体14中对水质实时监测并将数据反馈给液位传感及提升系统3。通过预设定的水质控制要求结合反馈的水质数据进行液位传感及提升系统3的启停操作。
水质监测系统4采用全光谱原位实时水质监测模块，COD数据测量时间低于20秒，氨氮数据测量时间低于60秒，并自带高压气体清洁装置用于清洁镜头抗击干扰。
所述的液位传感器为浮筒式液位传感器、浮球式液位传感器的一种或几种的组合；
所述的水泵为潜水泵，功率为1～400m3/h，扬程不高于30m。
强化材料系统8为无机材料、天然高分子及其改性材料的一种或几种的组合；
所述的无机材料为过氧化钙、石灰石、陶粒、沸石中的一种或几种的组合；
所述的天然高分子及其改性材料为山核桃壳、丝瓜络、板栗壳及其炭化材料中的一种或几种的组合，所述的天然高分子及其改性材料外部由铁丝网包裹后底部固定或上部悬挂于水体中。
生态浮岛系统11由PVC或PE材质的板式或框式结构组成，所种植植物为菖蒲、再力花、千屈菜、鸢尾、粉绿狐尾藻中的一种或几种的组合，其种植密度为6～9株/m2。
辅助系统12为风能或太阳能动力设施、直接接电或风电互补的一种或几种的组合。
本实施例的人工湿地系统1在处理地表径流13时实施方式为：小雨量时地表径流13通过强化通道经过人工湿地系统1处理后得到净化而排入水体；大雨量时，初期雨水通过强化通道经过人工湿地系统1深度净化后排入水体，而过量的雨水可通过旁路系统排入受纳水体14，同时污染物浓度在岸边分布的生态浮岛系统11净化作用下得到进一步削减。
液位传感及提升系统3将受纳水体14中的水通过管网系统2提升至布水系统6进行布水作业，一方面可使得受纳水体14中的水可在人工湿地系统1中进行净化后回流至受纳水体14，保证水体水质，另一方面可以对人工湿地系统14中的水生植物系统进行养护。
应用例1
基于本实用新型的技术选取一段相对封闭的河道进行了技术示范。
技术示范包括人工湿地系统1、水质监测系统4、液位传感及提升系统3、强化材料系统8、生态浮岛系统11以及辅助系统12等组成。
其中，人工湿地系统1包括布水系统6、水生植物系统、填料系统7、管网系统2。水生植物系统包括挺水植物系统5和沉水植物系统9。
布水系统6根据本案例的缓坡型生态护岸实际情况通过堆土半掩埋方式平行于水面岸线布置；布水系统6由PVC管组成，管径为150mm，管子斜向下45°开孔，且孔径为20mm，孔间距为200mm；布水系统6设置在常水位以上100mm，且上下管间距为300mm。
水生植物系统包括挺水植物系统5和沉水植物系统9；挺水植物系统5种类为麦冬；沉水植物系统9种类为黑藻；挺水植物系统5种植密度为15株/m2，沉水植物系统9密度为30丛/m2。
填料系统7为粒径为20mm的碎石。
管网系统2是在水质监测系统4和液位传感及提升系统3的协同作用下由下向最上层将水提升到布水系统6进行布水；管网系统2材质为橡胶夹布管，管径40mm，长度为3500mm。
水质监测系统4设置于河道里对水质实时监测并将数据反馈给液位传感及提升系统3，本案例中通过预设定的水质控制要求为氨氮浓度为2.0mg/L，结合反馈的水质数据，当水质监测结果为氨氮浓度高于2.0mg/L时，液位传感及提升系统3开启，而当氨氮浓度低于2.0mg/L时不启动或处于关停状态；水质监测系统4采用全光谱原位实时水质监测模块，COD数据测量时间低于20秒，氨氮数据测量时间低于60秒，并自带高压气体清洁过程以清洁镜头抗击干扰。
液位传感及提升系统3包括液位传感器和水泵；液位传感器为浮球式液位传感器；水泵为潜水泵，功率为10m3/h，扬程为8m；液位传感及提升系统3通过感知液位位置及实时反馈的水质检测数据对其提升系统的水泵实施启停，将河水通过管网系统2提升至布水系统6进行布水作业。
强化材料系统8包括无机材料、天然高分子及其改性材料的一种或几种的组合；本案例无机材料为适量的过氧化钙。
生态浮岛系统11由PVC材质的框式结构组成，所种植植物为粉绿狐尾藻，其种植密度为6株/m2；生态浮岛系统11布置在河岸沿线5m范围内，进一步对所进入的污染物进行削减。
辅助系统12为水质监测系统4、液位传感及提升系统3、照明等提供动力，具体为直接接电的方式。
人工湿地系统1在处理地表径流13时实施方式为：小雨量时地表径流13通过强化通道经过人工湿地系统1处理后得到净化而排入水体；大雨量时，初期雨水经过人工湿地系统1深度净化后排入水体，而过量的雨水通过旁路系统排入受纳水体14，同时污染物浓度在岸边分布的生态浮岛系统11净化作用下得到进一步削减。
本应用例中，所种植的麦冬植株显著大于示范区外，降雨时示范区人工湿地系统1对SS的截留率为70％，比示范区外提升30％左右；示范区人工湿地系统1对氨氮去除率提升了40％以上。
应用例2
应用例2参数均与应用例1相同，主要是检测非降雨期的污染物去除效果。
在应用例2中，示范区人工湿地系统1对SS的截留率在85％以上，对COD、氨氮去除率较示范区外的提升程度分别高于35％和50％。
此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种河湖岸带生态缓冲系统，包括受纳水体和包围所述受纳水体的生态护岸，其特征在于，所述河湖岸带生态缓冲系统包括：
人工湿地系统，设于所述生态护岸上，地表径流通过强化通道经过所述人工湿地系统进入所述受纳水体；所述人工湿地系统包括布水系统、水生植物系统、填料系统和管网系统，所述布水系统平行于水面岸线布置；
水质监测系统，用于实时监测所述受纳水体水质并将所得水质监测数据反馈给液位传感及提升系统；
液位传感及提升系统，包括液位传感器和水泵，通过感知所述受纳水体的液位位置及实时反馈的水质监测数据对所述水泵实施启停，将所述受纳水体中的水通过所述管网系统提升至所述布水系统进行布水作业。
2.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述布水系统通过固定、悬挂或堆土半掩埋的方式布置；
所述的布水系统由PVC、PE或玻璃钢材质的管子或半管的一种或几种组合组成，所述管子或半管的管径为20～300mm，管子斜向下45°开孔，且孔径为5～30mm，孔间距为50～200mm；
所述的布水系统设置在不低于常水位以上100mm处，且上下管间距为200～500mm。
3.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述水生植物系统包括设于所述生态护岸的挺水植物系统和设于所述受纳水体底部的沉水植物系统；
所述挺水植物系统的植物种类为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、马尼拉草、麦冬中的一种或几种的组合，种植密度为5～15株/m2；
所述沉水植物系统的植物种类为苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合，种植密度为30～100丛/m2。
4.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的填料系统为粒径为5～40mm的沸石、陶粒、碎石、无烟煤、石灰石、废渣、山核桃壳炭中的一种或几种的组合；
所述的填料系统在表面以聚乙烯、尼龙、铁丝中的一种或几种材质组合的保护网固定和覆盖。
5.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的管网系统材质为橡胶夹布管、PE、PVC中的一种或几种的组合，管径20～80mm，长度为500～15000mm。
6.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的水质监测系统采用全光谱原位实时水质监测模块，COD数据测量时间低于20秒，氨氮数据测量时间低于60秒，并自带高压气体清洁装置用于清洁和抗击干扰。
7.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的液位传感器为浮筒式液位传感器、浮球式液位传感器的一种或几种的组合；
所述的水泵为潜水泵，功率为1～400m3/h，扬程不高于30m。
8.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的河湖岸带生态缓冲系统还包括强化材料系统，设于所述受纳水体中；
所述的强化材料系统为无机材料、天然高分子及其改性材料的一种或几种的组合；
所述的无机材料为过氧化钙、石灰石、陶粒、沸石中的一种或几种的组合；
所述的天然高分子及其改性材料为山核桃壳、丝瓜络、板栗壳及其炭化材料中的一种或几种的组合，所述的天然高分子及其改性材料外部由铁丝网包裹后底部固定或上部悬挂于水体中。
9.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的河湖岸带生态缓冲系统还包括生态浮岛系统，设于所述受纳水体表面，距所述生态护岸1～5m；
所述的生态浮岛系统由PVC或PE材质的板式或框式结构组成，所种植植物为菖蒲、再力花、千屈菜、鸢尾、粉绿狐尾藻中的一种或几种的组合，其种植密度为6～9株/m2。
10.根据权利要求1所述的河湖岸带生态缓冲系统，其特征在于，所述的河湖岸带生态缓冲系统还包括辅助系统，用于为所述水质监测系统、液位传感及提升系统提供动力，具体为风能或太阳能动力设施、直接接电或风电互补的一种或几种的组合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110803771A (zh) * 2019-11-20 2020-02-18 浙江省环境保护科学设计研究院 一种河湖岸带生态缓冲系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110803771A (zh) * 2019-11-20 2020-02-18 浙江省环境保护科学设计研究院 一种河湖岸带生态缓冲系统

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