專利名稱:基于圍湖造河技術(shù)綜合開發(fā)利用湖泊濕地的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及濕潤地區(qū)的中、大型湖泊濕地的綜合開發(fā)利用方法。
背景技術(shù):
從古至今,濕潤地區(qū)的湖泊濕地的綜合開發(fā)利用模式只有兩種:一是圍湖造地(田);另一是在湖泊的出水口修建水閘或修筑大壩,將湖泊濕地“堵”起來。這兩種模式都存在嚴(yán)重的缺陷(即負(fù)作用)。前者因擠占了湖泊濕地的分洪蓄水空間,從而減少了湖泊可用水資源的總量,且大面積的圍湖造地可能會導(dǎo)致整個流域發(fā)生洪澇災(zāi)害。后者不僅因擠占湖泊的分洪空間,會造成整個流域發(fā)生洪澇災(zāi)害,還肯定會因湖泊泥沙淤積量和內(nèi)源污染蓄積量的增加,而導(dǎo)致湖泊快速淤淺和快速富營養(yǎng)化,致使湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能削弱和湖泊的早日消亡。而湖泊的折壽,必然會導(dǎo)致后人無法享受應(yīng)該屬于他們的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。這是不符合人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方向的。因此亟待一種既能獲得前兩者的效益,同時又沒有前兩者缺陷(負(fù)作用)的全新的湖泊濕地的綜合開發(fā)利用模式。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種基于圍湖造河技術(shù)來對濕潤地區(qū)中、大型湖泊濕地進(jìn)行綜合開發(fā)利用的方法,它不僅具有提高湖泊濕地的水利等綜合效益,還能延長湖泊濕地的壽命,且操作控制方便。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的:(I)圍湖造河:濕潤地區(qū)的中、大型湖泊濕地都有多條入湖河流和至少一個出水口,根據(jù)湖泊濕地湖盆的具體地形特點(diǎn),并按平原地區(qū)河流
0.005%——0.007的比降,通過修建能作為公路路基的圩堤,在湖泊濕地的主入水口和主出水口之間的湖盆中制造連接所有進(jìn)水口和出水口的兩條湖中河水系;即兩湖中河水系的分流點(diǎn)在主入湖河流的入水口處,合流點(diǎn)在湖泊濕地的主出水口 ;在這樣修建好兩湖中河水系的同時,即該湖泊濕地也被圩堤分割包圍起來,形成了多個相對較小的湖塊;(2)制造雙河可逆回流:在雙湖中河水系的進(jìn)、出水口修建主閘壩和回流方向轉(zhuǎn)換水閘,通過主閘壩開合和回流方向轉(zhuǎn)換水閘的控制,形成雙河可逆回流,并快速轉(zhuǎn)換回流的方向;(3)湖塊的清凈水分洪蓄水:通過在湖中河水系與湖塊之間修建能用于分洪蓄水的水閘和能雙向抽水的水泵房,利用湖泊濕地來水的可選擇性,進(jìn)行湖塊的清凈水分洪蓄水;(4)圩堤造路:在圩堤之間修建橋梁,利用能作為公路路基的圩堤來形成單向行駛的環(huán)湖公路網(wǎng);(5)根據(jù)水情信息,利用所造雙湖中河水系、閘壩、水閘和水泵等設(shè)施之間可形成的多種排列組合,來有目的地對湖泊濕地進(jìn)行其他各種方式的水位控制,從而達(dá)到既不改變湖泊濕地的基本特征,又獲得各種效益的目的。本發(fā)明的技術(shù)效果是:經(jīng)過本發(fā)明治理后的湖泊濕地不僅能產(chǎn)生分洪蓄水、發(fā)電、航運(yùn)、墾殖等水利效益和陸路交通效益,還因為湖中河的束水排沙排污、雙湖中河的可逆回流、湖塊的清、凈水分洪蓄水,湖塊的水體自凈等效益,大幅延長湖泊的壽命,預(yù)防湖泊的富營養(yǎng)化并生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)淡水。
圖1為單出水口的湖泊濕地的造河、圍湖平面示意圖。圖2為多出水口湖泊濕地的造河、圍湖平面示意圖。圖3為修建主閘壩和回流方向轉(zhuǎn)換水閘的單出水口的湖泊濕地造河、圍湖平面示意圖。圖4為修建主閘壩和回流方向轉(zhuǎn)換水閘的多出水口的湖泊濕地造河、圍湖平面示意圖。圖5為在湖中河水系與湖塊之間修建了水閘和能雙向抽水的水泵房之后的湖泊濕地造河、圍湖平面示意圖。圖6為構(gòu)建了環(huán)湖公路網(wǎng)的湖泊濕地造河、圍湖平面示意圖。在圖中,1、湖岸線2、圩堤3、湖中河4、湖邊河5、進(jìn)水口 6、出水口 7、封堵閘壩8、主閘壩9、回流方向轉(zhuǎn)換水閘10、水閘11、橋梁。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細(xì)闡述,
基于圍湖造河工程技術(shù)來綜合開發(fā)利用濕潤地區(qū)的中、大型湖泊濕地的方法和步驟如
下:
I圍湖造河:
濕潤地區(qū)的中、大型湖泊濕地通常都有多條入湖河流和至少一個出水口 6 ;根據(jù)湖泊濕地湖盆的具體地形特點(diǎn),并按平原地區(qū)河流0.005%—0.007的比降,通過修建能作為公路路基的圩堤2 ;圩堤2與湖岸線I之間構(gòu)成湖邊河4 ;圩堤2之間構(gòu)成湖中河3 ;在湖泊濕地的主入水口和主出水口之間的湖盆中制造連接所有進(jìn)水口 5和出水口 6的兩條湖中河水系。即兩湖中河水系的分流點(diǎn)(也是兩湖中河水系起始點(diǎn))在主入湖河流的進(jìn)水口 5處;合流點(diǎn)(也是兩湖中河水系的結(jié)束點(diǎn))在湖泊濕地的主出水口 6 ;(如果有多個出水口,可選擇其中兩個主出水口分別作為兩湖中河水系的主出水口,但兩出水口之間要修建湖中河3的河道聯(lián)通;多余的出水口 6可封堵或根據(jù)需要修建封堵閘壩7)。在這樣修建好兩湖中河水系的同時,實際上該湖泊濕地也被圩堤2分割包圍起來,形成了多個相對較小的湖塊,其中湖快為希臘數(shù)字標(biāo)號,如圖1和圖2所示。通過在湖泊濕地中制造這樣的湖中河水系,我們就能得到一個在湖盆的空間范圍上具有“河” “湖”雙重性的湖泊濕地。這種湖泊濕地就為我們提供了是否將湖泊濕地的來水注入湖中河3或注入湖塊的選擇機(jī)會。2湖中河的束水排洪排沙排污和制造雙河可逆回流:
在雙湖中河水系的進(jìn)、出水口各修建一座主閘壩8,總共是四座主閘壩。它們分別是(8-1) ; (8-2) ; (8-3) ; (8-4)和回流方向轉(zhuǎn)換水閘9,如圖3和圖4所示,
通過在雙湖中河水系的進(jìn)、出水口修建閘壩8,我們就能在平水期和枯水期,利用閘壩8的開合,來制造雙河可逆回流。例如圖3和圖4中箭頭所指的湖中河水系的水流方向就是關(guān)閉閘壩(8-1),打開閘壩(8-2 )、( 8-3 )、( 8-4 )形成的。如果關(guān)閉閘壩(8-2 ),打開閘壩(8-4 )、( 8-3 )、( 8-1),那么湖中河水系的水流方向就會朝箭頭所指方向的相反方向流動。這就形成了雙湖中河水系的可逆回流(簡稱雙河可逆回流,下同)。而通過回流方向轉(zhuǎn)換水閘9的開合,我們能較快地改變該雙河可逆回流的方向。有了該雙河可逆回流,我們就能在平水期和枯水期制造雙湖中河水系的雙出水口間的水位差,并利用該水位差來發(fā)電;如果在閘壩8上修建船閘,還能利用制造雙河可逆回流進(jìn)行發(fā)電的期間,雙湖中河水系中必然有一條湖中河水系會通過蓄水來抬高水位,這就能保障湖泊濕地枯水期的通航;另外,通過閘壩8的人工控制,我們還能在發(fā)電、通航的同時,有效地保障湖泊濕地上、下游水域之間的水生物之間的聯(lián)系;最后,通過閘壩8的人工控制,我們還能有效地保障人為制造的雙湖中河水系河道的泥沙沖淤平衡。3湖塊的清凈水分洪蓄水:
在湖中河水系與湖塊之間修建分洪蓄水的水閘和能雙向抽水的水閘10,水閘旁建有水泵房,如圖5所示,
通過在湖中河水系與湖塊之間修建水閘10和能雙向抽水的水泵房,我們就能利用枯水期用完了水而形成的相對空置的湖塊,在洪水期進(jìn)行選擇性的分洪蓄水;
Cl)通常情況下,中、大型湖泊濕地的洪水期,都會有多個洪峰。經(jīng)過圍湖造河工程之后,湖泊濕地被分成了多個湖塊,通過選擇性的開啟和關(guān)閉湖中河與各個湖塊之間的水閘,我們就能分別用多個湖快來應(yīng)對多次洪峰,并進(jìn)行分洪削峰;
(2)假如我們希望進(jìn)入湖塊的水泥沙含量少,污染含量少,我們就可以在湖泊濕地的來水所含泥沙和污染含量相對多的時候,打開主閘壩,關(guān)閉水閘,這樣湖中河水系就處在束水排洪排沙排污狀態(tài),而湖塊繼續(xù)保持空置。而在湖泊濕地來水所含泥沙和污染含量相對少的時候,打開水閘來分洪,也可通過關(guān)閉一號和二號主閘壩,打開水閘來蓄水,這樣就能形成了湖塊的清、凈水分洪蓄水;
(3)雙向抽水的水泵,能在洪水期,將更多的水注入湖塊,這既是分洪也是蓄水和蓄能。而在枯水期,水泵也能將湖塊中的更多的水注入湖中河,進(jìn)行抽水蓄能發(fā)電;
(4)在湖塊空置等待分洪的時間里,湖塊的灘涂能進(jìn)行種植,湖塊預(yù)留的生態(tài)基流也能放養(yǎng)魚苗等,進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖。4圩堤造路:
在合適的位置修建橋梁,利用能作為公路路基的圩堤來形成單向行駛的環(huán)湖公路網(wǎng),這就是圩堤造路。如圖6所示;
通過在合適的位置修建橋梁11,我們可以利用圩堤造路來構(gòu)建環(huán)湖公路網(wǎng)。由于湖中河的圩堤是建立在無人居住的地區(qū),因此人員流動性少(這樣公路的管理成本很低的),而且湖中河兩側(cè)圩堤幾乎等長,因此我們可以修建單向行駛的環(huán)湖公路網(wǎng),這樣圩堤不必建的太寬,但橋梁會多一些,通過進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)評估來選擇那種環(huán)湖公路網(wǎng)更為合適;
環(huán)湖地區(qū),在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,經(jīng)濟(jì)相對落后,就是因為陸路交通落后。環(huán)湖公路網(wǎng)的建成,不僅能改變環(huán)湖地區(qū)陸路交通落后的狀況,縮短公路里程,還能快速幫助環(huán)湖地區(qū)百姓致富,促進(jìn)環(huán)湖地區(qū)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程。5根據(jù)水情信息,對湖泊濕地進(jìn)行水位控制;
經(jīng)過上面的四個步驟,整個圍湖造河的所有工程就算完成了。但要在保障湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的特征不發(fā)生根本改變的前提條件下,獲得更多的效益,我們還必須結(jié)合即時的水情信息來對湖泊濕地進(jìn)行水控制。例如在湖泊流域的洪水期的初期,湖泊濕地的來水泥沙含量高(沙峰期)污染含量多,洪水位相對較低,那么我們就可以選擇將湖中河水系上的四個閘壩全都完全打開,而湖中河水系與湖塊之間的水閘全都關(guān)閉,這樣湖中河水系就處于束水排洪排沙排污狀態(tài),泥沙和污染就能快速流出湖泊,同時各個湖塊留下來充足的空置空間來應(yīng)對更高水位的分洪。當(dāng)更高水位的洪水到來時,我們可以選擇清水、潔凈的水,打開湖中河水系與湖塊之間的水閘,用湖塊進(jìn)行清凈水分洪蓄水。事實上,經(jīng)過圍湖造河工程后,湖泊濕地新增了兩條湖中河水系和多個湖塊、兩湖中河水系上有四座主閘壩,湖中河水系與湖塊之間有多個水閘和水泵房。這為我們?nèi)斯た刂坪礉竦厮?,提供了多種不同排列組合的操作方式。僅在四個閘壩的開合變化中,就有超過12種以上的不同的組合。這為我們應(yīng)對水情的變化、保障湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的基本特征和獲得水利和生態(tài)效益提供了多種選擇機(jī)會。這實際上是一種程度更廣的運(yùn)用信息論和控制論的方法來開發(fā)利用湖泊濕地的方法。6,圍湖造河技術(shù)的基本原理
用圍湖造河的方法來開發(fā)利用湖泊濕地,其基本原理是常識。它包括兩方面:一是河流與湖泊的水動力差異導(dǎo)致河流與湖泊對泥沙和污染的處置不同,河水相對能攜帶更多泥沙和污染一起流動,湖泊則相對能淤積泥沙和蓄積污染;二是不同時段湖泊的來水量不同、來水的單位水體的泥沙含量和污染含量是不同,這使我們有機(jī)會選擇是否保存這不同時段的不同來水。而通過圍湖造河,我們就能通過在湖盆中制造“河” “湖”雙重性,真正做到選擇是否保存這不同時段的不同來水。實例1:鄱陽湖的綜合開發(fā)利用
目前江西方面正在準(zhǔn)備將中國 最大的淡水湖濕地鄱陽湖“堵”起來,這個項目的名稱是:鄱陽湖水利樞紐工程。如果按照這一工程的做法,中國最大的淡水湖濕地鄱陽湖的壽命將減少1/3,并且因枯水期蓄水,鄱陽湖濕地的內(nèi)源污染會大幅增加,加速鄱陽湖的富營養(yǎng)化進(jìn)程。如果按照圍湖造河的方式來開發(fā)利用鄱陽湖,則僅減少鄱陽湖的泥沙淤積一項,就能增加鄱陽湖的壽命13倍。按鄱陽湖的壽命還有2000年I以及鄱陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)年產(chǎn)生生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益1564億元2計算,前者將使鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益損失1041624億元,后者將使鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益增加40664000億元。如果使用構(gòu)件組裝湖中河清淤排污法(筆者的另一項發(fā)明)對鄱陽湖圍湖造河工程形成的湖塊進(jìn)行清淤排污,那么在大的環(huán)境不發(fā)生重大變遷的前提條件下,鄱陽湖將徹底終止消亡進(jìn)程。按鄱陽湖的壽命延長一個地質(zhì)時間單位(100萬年)算,那么鄱陽湖因增加壽命而產(chǎn)生的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益的總數(shù)就是15.64萬萬億元。這是留給人類子孫后代的天文數(shù)字的生態(tài)經(jīng)濟(jì)的紅利喲
實例2:太湖的污染的根治
盡管國家和地方投資了 1114.98億元3的費(fèi)用對太湖流域進(jìn)行水環(huán)境污染的整治(2015年完工),但并不能根治太湖的富營養(yǎng)化污染。而太湖的富營養(yǎng)化造成的污染,是太湖流域水環(huán)境污染的核心問題,也是太湖流域水環(huán)境治理問題的瓶頸,如果采用本發(fā)明的圍湖造河的方法來開發(fā)利用太湖,我們將杜絕大部分污染進(jìn)入太湖。再結(jié)合構(gòu)件組裝湖中河清淤排污法(筆者的另一項發(fā)明),對太湖進(jìn)行清淤排污,那么我們不僅能根治太湖的富營養(yǎng)化污染,還將每年為太湖流域的城鎮(zhèn)提供可超過60億立方米以上的清潔淡水,這將解決太湖流域水環(huán)境問題對太湖流域可持續(xù)發(fā)展的限制。
I參閱《圍湖造河一鄱陽湖湖水控制和開發(fā)利用創(chuàng)想》還未公開發(fā)表;
22004年公布的中國林科院崔麗娟等評估的鄱陽湖每年的生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益,網(wǎng)絡(luò)上公布的; 3《太湖水環(huán)境污染綜合治理方案》國家發(fā)改委公布。
權(quán)利要求
1.一種基于圍湖造河技術(shù)綜合開發(fā)利用湖泊濕地的方法,其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)圍湖造河:濕潤地區(qū)的中、大型湖泊濕地通常都有多條入湖河流和至少一個出水口,根據(jù)湖泊濕地湖盆的具體地形特點(diǎn),并按平原地區(qū)河流0.005%—0.007的比降,通過修建能作為公路路基的圩堤,在湖泊濕地的主入水口和主出水口之間的湖盆中制造連接所有進(jìn)水口和出水口的兩條湖中河水系;即兩湖中河水系的分流點(diǎn)在主入湖河流的入水口處,合流點(diǎn)在湖泊濕地的主出水口處;在這樣修建好兩湖中河水系的同時,整個湖泊濕地也被圩堤分割包圍起來,形成了多個相對較小的湖塊; (2)在雙湖中河水系的進(jìn)、出水口修建四座主閘壩,在兩出水口之間修建回流方向轉(zhuǎn)換水閘,通過主閘壩的控制,在平水期和枯水期形成雙河可逆回流; (3)在湖中河水系與湖塊之間修建多個能用于分洪蓄水的水閘和能雙向抽水的水泵房,利用湖泊濕地來水的可選擇性,形成湖塊的清、凈水分洪蓄水; (4)圩堤造路,即在圩堤之間修建橋梁,利用能作為公路路基的圩堤來形成單向行駛的環(huán)湖公路網(wǎng); (5)根據(jù)水情信息,利用所造雙湖中河水系、閘壩、水閘和水泵房設(shè)施之間形成的多種排列組合,來有目的地對湖泊濕地進(jìn)行各種方式的水位控制。
全文摘要
一種基于圍湖造河技術(shù)綜合開發(fā)利用湖泊濕地的方法就是通過在其主進(jìn)、出水口之間的湖盆中修建能做公路路基的圩堤,將湖泊濕地分割包圍成多個湖塊、同時制造出兩條湖中河水系;然后在雙湖中河水系主進(jìn)、出水口附近修建四座閘壩,在湖中河與湖塊之間修建多個水閘和水泵房;再根據(jù)水情信息,利用湖中河、湖塊、閘壩、水閘和水泵等設(shè)施形成的多排列組合的水位控制,我們就能在不改變湖泊濕地基本特征的前提條件下,制造湖中河的束水排洪排沙排污、雙河可逆回流和湖塊的清凈水分洪蓄水。這不僅能獲得分洪蓄水、發(fā)電、航運(yùn)、墾殖等水利效益和陸路交通效益,還能大幅減少湖泊濕地的泥沙淤積和內(nèi)源污染的蓄積,延長其壽命。
文檔編號E02B3/02GK103195015SQ20131014670
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者彭偉 申請人:彭偉