專利名稱：扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種河流護(hù)岸設(shè)施，特別涉及一種對(duì)以面源形式進(jìn)入河道的污染物質(zhì)具有截留凈化效果的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，農(nóng)業(yè)面源污染已成為我國(guó)重大的水環(huán)境問(wèn)題，化肥的過(guò)量施用導(dǎo)致了氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量流失，造成湖泊等水體的富營(yíng)養(yǎng)化，使之失去生產(chǎn)和生活的使用價(jià)值，并可能造成地下水污染甚至食品污染。農(nóng)業(yè)面源C0D、N、P的污染負(fù)荷已占水體污染負(fù)荷中的1/2-2/3。太湖藍(lán)藻事件暴發(fā)后，關(guān)于農(nóng)田面源徑流、滲漏養(yǎng)分的生態(tài)攔截技術(shù)的研究興起。長(zhǎng)期以來(lái)，專家學(xué)者針對(duì)溝渠(河浜)岸、溝渠(河浜)床以及溝渠(河浜)道水體三者的不同特點(diǎn)提出了眾多面源污染原位攔截和生態(tài)修復(fù)的技術(shù)與方法，其中以生態(tài)緩沖岸坡、水生植物強(qiáng)化修復(fù)、生態(tài)透水壩等較為突出。在本發(fā)明之前，現(xiàn)有的對(duì)面源污染具有截留凈化效果的河道護(hù)坡技術(shù)有自然式護(hù)坡、硬質(zhì)護(hù)坡和生態(tài)型護(hù)坡。自然式護(hù)坡是利用根系發(fā)達(dá)的植物，將其種植在河道的坡道上，使之固土防沙、防止水土流失，滿足生態(tài)環(huán)境需要，保持自然景觀效果。但這種自然式護(hù)坡方式存在著穩(wěn)定性差的缺陷，易被雨水沖刷形成深溝，長(zhǎng)期浸泡在水下或河道流速過(guò)大均會(huì)影響其穩(wěn)定性，對(duì)以面源形式進(jìn)入河道的污染物質(zhì)的清除作用有限，且占地面積大。硬質(zhì)護(hù)坡通常是指在河邊坡道上采用漿砌或干砌塊石、現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土塊體等結(jié)構(gòu)，尤其是在城市河道護(hù)岸工程中大都采用直立式混凝土擋土墻。這些結(jié)構(gòu)占地較小，對(duì)于保持岸坡的穩(wěn)定性、防止水土流失及防洪安全都有一定的作用，但也在不同程度上對(duì)岸坡的景觀環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生了不良影響，其所用材料(包括堿化骨料)的水化反應(yīng)、炭化反應(yīng)及各種添加劑(如早強(qiáng)劑、抗凍劑、膨脹劑等)在水中發(fā)生的反應(yīng)影響了水體質(zhì)量；其對(duì)河道坡面采取的封閉形式使得植物和微生物難以在此生存繁衍，嚴(yán)重破壞了生物多樣性，造成水體與陸地生態(tài)環(huán)境惡化，對(duì)以面源形式進(jìn)入河道的污染物難以清除，施工量較大，成本較高。生態(tài)型護(hù)坡技術(shù)有多種方式，如采用土工材料復(fù)合種植基、鐵絲網(wǎng)與碎石復(fù)合基、土工材料固土種植基、植被型生態(tài)混凝土、水泥生態(tài)種植基以及土壤固化劑等對(duì)河邊、邊坡進(jìn)行護(hù)坡，對(duì)穩(wěn)定岸坡結(jié)構(gòu)有較好效果，并且對(duì)岸坡景觀進(jìn)行了一定的改善，但是對(duì)截留面源入河污染物的作用非常有限，且有機(jī)膠結(jié)材料成本過(guò)高，施工量也較大，推廣使用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服上述各種河道護(hù)坡技術(shù)的各自缺陷，針對(duì)農(nóng)田溝渠徑流提供一種不但具有良好的凈化效果和景觀效果、還可以很好的保護(hù)河道邊坡、實(shí)現(xiàn)排洪和水土保持等功效的扇形多階梯式河道護(hù)岸系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，包括攔截墻、基質(zhì)和植物，其特征在于，該系統(tǒng)至少設(shè)置有4級(jí)階梯，階梯的外側(cè)依次設(shè)置有第一級(jí)攔截墻A5、第二級(jí)攔截墻B6、第三級(jí)攔截墻C7和第四級(jí)攔截墻D8，所述攔截墻由無(wú)砂混凝土構(gòu)筑；所述第一級(jí)攔截墻A5的墻體頂部高程為中間高、兩邊低的結(jié)構(gòu)，第二級(jí)攔截墻B6的墻體頂部高程為兩邊高、中間低的結(jié)構(gòu)，第三級(jí)攔截墻C7的墻體頂部高程又為中間高、兩邊低的結(jié)構(gòu)，第四級(jí)攔截墻D8的墻體頂部高程為兩邊高、中間低的結(jié)構(gòu)，依此類推；所述各級(jí)攔截墻之內(nèi)依次設(shè)置有植物種植區(qū)Al、植物種植區(qū)B2、植物種植區(qū)C3和植物種植區(qū)D4 ;所述植物種植區(qū)的上層設(shè)置有土壤基質(zhì)13，土壤基質(zhì)13的下面設(shè)置有凈化材料，該凈化材料由上至下依次為黃砂14、陶粒15、軟石16和沸石17 ；植物種植區(qū)Al、植物種植區(qū)B2、植物種植區(qū)C3和植物種植區(qū)D4均設(shè)置有挺水景觀植物和耐淹性植物或者沉水植物；在各級(jí)攔截墻間隔植物種植區(qū)的對(duì)應(yīng)位置依次設(shè)置有第一級(jí)跌水平臺(tái)A9、第二級(jí)跌水平臺(tái)B10、第三級(jí)跌水平臺(tái)Cll和第四級(jí)跌水平臺(tái)D12，所述跌水平臺(tái)由無(wú)砂混凝土構(gòu)
筑在各級(jí)攔截墻與跌水平臺(tái)之間的垂直位置依次設(shè)置有兩個(gè)導(dǎo)流板A18、導(dǎo)流板B19、導(dǎo)流板C20和導(dǎo)流板D21 ;所述導(dǎo)流板為不透水的混凝土板，其下部設(shè)置有小孔22 ；所述植物種植區(qū)Al與農(nóng)田排水溝渠相銜接，第四級(jí)攔截墻D4與河道相銜接；該系統(tǒng)以與農(nóng)田排水溝渠相銜接的植物種植區(qū)Al向下游呈扇形狀，為扇形展開(kāi)的跌水式層級(jí)結(jié)構(gòu)，其扇形半徑為5 8米,弧長(zhǎng)為5.5 10.5米，圓心角為45° 75°。所述第一級(jí)攔截墻A5、第二級(jí)攔截墻B6、第三級(jí)攔截墻C7和第四級(jí)攔截墻D8的墻體厚度均為10 15cm。所述第一級(jí)攔截墻A5中間最高高度為75 85cm，向兩邊逐漸減小至兩端墻高為55 65cm,第二級(jí)攔截墻B6的兩端最高高度為85 95cm,向中間逐漸減小至55 65cm,以后各級(jí)攔截墻的最高點(diǎn)逐級(jí)增加10cm，依此類推；所述的各級(jí)跌水平臺(tái)寬度為5 8cm。所述導(dǎo)流板A18、導(dǎo)流板B19、導(dǎo)流板C20和導(dǎo)流板D21的厚度為5 8cm，分別設(shè)置在每一級(jí)植物種植區(qū)的三等分線上，其下部設(shè)置的小孔22 Φ為4 6cm，其高度與對(duì)應(yīng)攔截墻的墻體高度相同。由黃砂14、陶粒15、軟石16和沸石17組成的凈化材料也稱為填料層，其總高度為35 45cm。所述土壤基質(zhì)13的高度為5 10cm。所述挺水景觀植物為黃花鳶和美人蕉，耐淹性植物為狗牙根、高羊茅，沉水植物為苦草、金魚藻和馬來(lái)眼子菜。本發(fā)明的有益效果:( I)斜坡式岸坡加上混凝土構(gòu)筑圍墻，使系統(tǒng)穩(wěn)定，符合岸坡安全要求。(2)扇形展開(kāi)的跌水式層級(jí)設(shè)計(jì)，可有效降低徑流流速并截留泥沙，對(duì)高泥沙含量的降雨徑流有良好的攔截凈化效果。(3)充分利用坡岸原有坡度，徑流污染靠重力流的方式進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行處理。徑流中的顆粒污染物被攔截墻攔截沉降，并被填料及植物根系吸附截留，有機(jī)質(zhì)通過(guò)生物膜吸附及同化、異化作用得以消除。根系植物對(duì)氧的傳遞釋放，使其周圍微環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧現(xiàn)象和交替環(huán)境，因而保證了徑流水中的氮、磷不僅能被植物及微生物作為營(yíng)養(yǎng)成分直接吸收，而且還可以通過(guò)硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的過(guò)量積累作用從徑流中去除，達(dá)到截留部分污染物的目的和效果。(4)利于布水均勻,對(duì)水量和水質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng),水質(zhì)凈化效果穩(wěn)定可靠。(5)攔截墻墻體頂部高程的逐級(jí)規(guī)律化設(shè)計(jì)，使得徑流在通過(guò)護(hù)坡系統(tǒng)時(shí)形成往復(fù)折流式前進(jìn)，有效增大了水力停留時(shí)間，解決了當(dāng)降雨徑流流量較大時(shí)，流經(jīng)坡面時(shí)流速過(guò)快、停留時(shí)間短，污染物質(zhì)無(wú)法得到有效去除、截留凈化效果非常有限的缺陷。(6)跌水平臺(tái)既能起到消能作用，同時(shí)又起充氧作用，可以減少對(duì)各級(jí)處理單元內(nèi)植物和基質(zhì)的沖刷。(7)導(dǎo)流墻可以使處理單元內(nèi)的水呈潛流態(tài)流動(dòng)，既能充分利用基質(zhì)的去污作用，又能防止底部死水。(8)階梯內(nèi)層次布局的植物系統(tǒng)，在營(yíng)造良好的河岸生物棲息環(huán)境的同時(shí)，也提升了護(hù)坡系統(tǒng)對(duì)徑流中污染物的最終凈化能力。層層階梯式綠色景觀，使護(hù)坡系統(tǒng)觀賞性大大增強(qiáng)。


圖1為扇形多階梯式生態(tài) 緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為圖1的左視剖面圖；圖4為圖3的凈化材料局部放大示意圖；圖5為圖2的導(dǎo)流板局部放大示意圖。本發(fā)明附圖標(biāo)記如下:1-植物種植區(qū)A2-植物種植區(qū)B3-植物種植區(qū)C4-植物種植區(qū)D5—第一級(jí)攔截墻A6—第二級(jí)攔截墻B7—第三級(jí)攔截墻C8—第四級(jí)攔截墻D9—第一級(jí)跌水平臺(tái)A10—第二級(jí)跌水平臺(tái)B11—第三級(jí)跌水平臺(tái)C12—第四級(jí)跌水平臺(tái)D13——土壤基質(zhì)14——黃砂15-陶粒16-軟石17——沸石18——導(dǎo)流板A19——導(dǎo)流板B20——導(dǎo)流板C21——導(dǎo)流板D22——小孔
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1是扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的俯視圖；由圖中可以看到，在岸坡上構(gòu)筑有無(wú)砂混凝土的第一級(jí)攔截墻A5、第二級(jí)攔截墻B6、第三級(jí)攔截墻C7和第四級(jí)攔截墻D8，沿坡向下逐級(jí)排列，為4級(jí)，也可以根據(jù)需要設(shè)置多級(jí)攔截墻，但至少為4級(jí)；墻體厚度為10 15cm ;第一級(jí)攔截墻A5的墻體中間最高，高度為75 85cm,向兩邊逐漸減小至兩端墻高為55 65cm。第二級(jí)攔截墻B6的墻體兩端最高,為85 95cm,向中間逐漸減小至55 65cm ;由于下一級(jí)攔截墻的長(zhǎng)度增加,攔截墻的最高處也逐級(jí)增加10cm，所以，第三級(jí)攔截墻C7中間最高處墻體的高度為95 105cm，第四級(jí)攔截墻D8兩端最高處墻體的高度為105 115m ;依此類推。由圖2可見(jiàn)，在每級(jí)處理單元內(nèi)分別設(shè)置兩個(gè)混凝土導(dǎo)流板，依次為導(dǎo)流板A18、導(dǎo)流板B19、導(dǎo)流板C20和導(dǎo)流板D21，導(dǎo)流板為不透水的混凝土板；導(dǎo)流板厚度為5 8cm，下部設(shè)置若干小孔22(見(jiàn)圖5)，小孔22Φ為4 6cm，小孔的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要確定；導(dǎo)流板分別設(shè)在每級(jí)處理單元的三等分線上，其高度與對(duì)應(yīng)攔截墻的墻體高度相同。由圖3可見(jiàn)，在各級(jí)攔截墻間隔植物種植區(qū)的對(duì)應(yīng)位置依次設(shè)置有由無(wú)砂混凝土構(gòu)筑的第一級(jí)跌水平臺(tái)A9、第 二級(jí)跌水平臺(tái)B10、第三級(jí)跌水平臺(tái)Cll和第四級(jí)跌水平臺(tái)D12,各級(jí)跌水平臺(tái)寬度為5 8cm。該系統(tǒng)的底部鋪設(shè)填料層，即凈化材料層，從底向上依次為:沸石17、軟石16、陶粒15、黃砂14(見(jiàn)圖3、圖4)，填料層總高度為35 45cm，也可以根據(jù)實(shí)際情況再具體確定其高度。填料層以上為土壤基質(zhì)13，基質(zhì)高度為5 10cm。植物種植區(qū)種植高大的挺水景觀植物和耐淹性植物。其中每一級(jí)階梯內(nèi)可以分配種植不同的植物，可以第一級(jí)為美人蕉和狗牙根，第二級(jí)為黃花鳶和高羊茅，當(dāng)然也可依次種植其他植物，同時(shí)能形成不同植物的階梯式景觀效果；其中美人蕉和黃花鳶為景觀植物，狗牙根和高羊茅是能吸收污染物的耐淹性植物。當(dāng)農(nóng)田溝渠徑流流入河道前，首先要經(jīng)過(guò)本發(fā)明的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，即徑流污染在重力流作用下經(jīng)第一級(jí)跌水平臺(tái)跌入第一級(jí)處理單元內(nèi)，徑流流速降低，泥沙沉積，植物種植區(qū)的耐淹性植物或沉水植物吸收水中的富營(yíng)養(yǎng)成分，在填料層表面形成生物膜吸附降解污染物。在水位較低時(shí)，中間匯集的水會(huì)由兩邊導(dǎo)流板的底部小孔繼續(xù)向兩邊流動(dòng)，水位高時(shí)也會(huì)從頂部溢流。由于無(wú)砂混凝土的攔截墻具有良好的透水性，經(jīng)過(guò)此級(jí)初步處理的徑流繼續(xù)下滲或溢流(兩邊先溢流)，進(jìn)入第二級(jí)處理單元內(nèi)，水先流經(jīng)第二級(jí)跌水平臺(tái)，然后再進(jìn)入植物種植區(qū)，水會(huì)由兩邊向中間匯集，在水位較低時(shí)水會(huì)流經(jīng)導(dǎo)流板底部小孔向中間匯集，水位高時(shí)直接溢流，待水布滿后由中間溢流至下一級(jí)，依次逐級(jí)下去。經(jīng)過(guò)多級(jí)的吸收、吸附和降解，最后農(nóng)田徑流得到較大程度的凈化后流入河道，從而達(dá)到截留入河污染物質(zhì)的目的。種植的植物可以根據(jù)需要選擇，并不僅局限于本發(fā)明的描述。通過(guò)及時(shí)、定期更換填料和收割植物，可以最終把污染物從溝內(nèi)去除。本發(fā)明的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)的構(gòu)建，不但能保證正常水位下水體得到凈化，同時(shí)不妨礙大雨量期坡岸的正常排水泄洪功能。
權(quán)利要求
1.一種扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，包括攔截墻、基質(zhì)和植物，其特征在于，該系統(tǒng)至少設(shè)置有4級(jí)階梯，階梯的外側(cè)依次設(shè)置有第一級(jí)攔截墻A(5)、第二級(jí)攔截墻B(6)、第三級(jí)攔截墻C (7)和第四級(jí)攔截墻D (8)，所述攔截墻由無(wú)砂混凝土構(gòu)筑；所述第一級(jí)攔截墻A (5)的墻體頂部高程為中間高、兩邊低的結(jié)構(gòu)，第二級(jí)攔截墻B (6)的墻體頂部高程為兩邊高、中間低的結(jié)構(gòu)，第三級(jí)攔截墻C (7)的墻體頂部高程又為中間高、兩邊低的結(jié)構(gòu)，第四級(jí)攔截墻D (8)的墻體頂部高程為兩邊高、中間低的結(jié)構(gòu)，依此類推； 所述各級(jí)攔截墻之內(nèi)依次設(shè)置有植物種植區(qū)A (I)、植物種植區(qū)B (2)、植物種植區(qū)C(3)和植物種植區(qū)D (4);所述植物種植區(qū)的上層設(shè)置有土壤基質(zhì)(13)，土壤基質(zhì)(13)的下面設(shè)置有凈化材料，該凈化材料由上至下依次為黃砂(14)、陶粒(15)、軟石(16)和沸石(17)； 植物種植區(qū)A (I)、植物種植區(qū)B (2)、植物種植區(qū)C (3)和植物種植區(qū)D (4)均設(shè)置有挺水景觀植物和耐淹性植物或者沉水植物； 在各級(jí)攔截墻間隔植物種植區(qū)的對(duì)應(yīng)位置依次設(shè)置有第一級(jí)跌水平臺(tái)A(9)、第二級(jí)跌水平臺(tái)B (10)、第三級(jí)跌水平臺(tái)C (11)和第四級(jí)跌水平臺(tái)D (12)，所述跌水平臺(tái)由無(wú)砂混凝土構(gòu)筑； 在各級(jí)攔截墻與跌水平臺(tái)之間的垂直位置依次設(shè)置有兩個(gè)導(dǎo)流板A (18)、導(dǎo)流板B(19)、導(dǎo)流板C (20)和導(dǎo)流板D (21);所述導(dǎo)流板為不透水的混凝土板，其下部設(shè)置有小孔(22)； 所述植物種植區(qū)A (I)與農(nóng)田排水溝渠相銜接，第四級(jí)攔截墻D (4)與河道相銜接；該系統(tǒng)以與農(nóng)田排水溝渠相銜接的植物種植區(qū)A (I)向下游呈扇形狀，為扇形展開(kāi)的跌水式層級(jí)結(jié)構(gòu)，其扇形半徑為5 8米,弧長(zhǎng)為5.5 10.5米，圓心角為45° 75°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一級(jí)攔截墻A (5)、第二級(jí)攔截墻B (6)、第三級(jí)攔截墻C (7)和第四級(jí)攔截墻D (8)的墻體厚度均為10 15cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一級(jí)攔截墻A (5)中間最高高度為75 85cm，向兩邊逐漸減小至兩端墻高為55 65cm，第二級(jí)攔截墻B (6)的兩端最高高度為85 95cm,向中間逐漸減小至55 65cm,以后各級(jí)攔截墻的最高點(diǎn)逐級(jí)增加10cm，依此類推。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，所述的各級(jí)跌水平臺(tái)寬度為5 8cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)流板A(18)、導(dǎo)流板B(19)、導(dǎo)流板C (20)和導(dǎo)流板D (21)的厚度為5 8cm，分別設(shè)置在每一級(jí)植物種植區(qū)的三等分線上，其下部設(shè)置的小孔(22) Φ為4 6cm，其高度與對(duì)應(yīng)攔截墻的墻體高度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，由黃砂(14)、陶粒(15)、軟石(16)和沸石(17)組成的凈化材料也稱為填料層，其總高度為35 45cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤基質(zhì)(13)的高度為5 10cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，其特征在于，所述挺水景觀植物為黃花鳶和美人蕉 ，耐淹性植物為狗牙根、高羊茅，沉水植物為苦草、金魚藻和馬來(lái)眼子菜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種扇形多階梯式生態(tài)緩沖型護(hù)岸系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少設(shè)置有4級(jí)階梯，階梯的外側(cè)依次設(shè)置有攔截墻，各級(jí)攔截墻之內(nèi)設(shè)置有植物種植區(qū)，植物種植區(qū)的上層設(shè)置有土壤基質(zhì)，下層依次為黃砂、陶粒、軟石和沸石，各級(jí)植物種植區(qū)設(shè)置有挺水景觀植物和耐淹性植物；各級(jí)攔截墻間隔植物種植區(qū)的對(duì)應(yīng)位置依次設(shè)有跌水平臺(tái)；攔截墻與跌水平臺(tái)之間設(shè)置有導(dǎo)流板；第一級(jí)植物種植區(qū)與農(nóng)田排水溝渠相銜接，向下游呈扇形狀，為扇形展開(kāi)的跌水式層級(jí)結(jié)構(gòu)，扇形半徑為5～8米，圓心角為45°～75°；末級(jí)攔截墻與河道相銜接。本發(fā)明不但具有保護(hù)河道邊坡、實(shí)現(xiàn)排洪和水土保持的功效，還具有良好的凈化和景觀效果。
文檔編號(hào)A01G1/00GK103215920SQ20131000997
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者于海明, 李陽(yáng), 孫井梅, 任炳昱, 王曉玲 申請(qǐng)人:天津大學(xué)