一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)及凈水方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)及凈水方法，該凈水系統(tǒng)包括由主河道至人工河道依次設(shè)置的第一凈水區(qū)、第二凈水區(qū)和第三凈水區(qū)；人工河道為飲用水水源區(qū)。本發(fā)明在原有的堤壩修筑需求的基礎(chǔ)上搭建了大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，在主河道長期沖流而成的沙洲上嚴(yán)格劃分凈水治理區(qū)域，基于河道水文特征和地勢特點(diǎn)進(jìn)行側(cè)滲水原位凈化處理，本身依托并利用了河道堤壩的建設(shè)，在河道原址進(jìn)行凈化而不需要再另外選址，不僅解決了運(yùn)送傳輸問題，而且提高了處理量和處理效率，真正實(shí)現(xiàn)污染水源的原位規(guī)模化凈化處理。
【專利說明】
-種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)及凈水方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)及凈水方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的提高和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，輸出到環(huán)境中的污水超過環(huán)境的自 然凈化能力造成水環(huán)境惡化。據(jù)《2014年中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國423條主要河流、62 座重點(diǎn)湖泊（水庫）開展了水質(zhì)監(jiān)測，I、n、虹、IV、V、劣V類水質(zhì)斷面分別占3.4%、 30.4%、29.3%、20.9%、6.8%、9.2%，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、總憐和五日生化需氧 量。329個地級及W上城市開展了集中式飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測，達(dá)標(biāo)率占96.2%。水質(zhì)優(yōu) 良級的監(jiān)測點(diǎn)比例為10.8 %，良好級的監(jiān)測點(diǎn)比例為25.9 %，較好級的監(jiān)測點(diǎn)比例為 1.8%，較差級的監(jiān)測點(diǎn)比例為45.4%，極差級的監(jiān)測點(diǎn)比例為16.1 %。地下水和地表水污 染指標(biāo)有總硬度、儘、鐵和氣化物、重金屬和有毒有機(jī)物污染。全國城市供水30%源于地下 水，北方城市達(dá)89%，城市地下水質(zhì)普遍惡化。飲用水亦被污染，飲用水的安全性與人體健 康直接相關(guān)，我國城鎮(zhèn)附近水體受污染率較高，對數(shù)億人口飲用水的安全性構(gòu)成重大威脅。
[0003] 黃河作為我國北方重要的水源地，近年來水資源質(zhì)量問題極為突出。W黃河為例， 黃河水具有水少、沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)的基本特性。黃河多年平均天然徑流量為534.8億 m3,徑流量不及長江的5%，來沙量為16億t，為長江的3倍，水質(zhì)比較渾濁?，F(xiàn)已具備的水庫 表現(xiàn)在單庫調(diào)水造峰時水位較高、出庫含沙量低，不能充分發(fā)揮水流的輸沙能力，而排沙運(yùn) 用時水位低，不能調(diào)節(jié)足夠的水量滿足"大水帶大沙"的要求。另外，隨著黃河沿岸工礦企業(yè) 的增多，黃河的水質(zhì)污染也變得越來越突出。特別是礦業(yè)、冶煉、電池、電鍛等重金屬排放量 大的行業(yè)領(lǐng)域，由于重金屬污染的治理成本較高，而違規(guī)排污的監(jiān)管和處罰力度也都存在 著較大問題，因此重金屬污染物的偷排現(xiàn)象屢禁不止，運(yùn)便導(dǎo)致了黃河中上游重金屬污染 物出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，下游更因此接納了大量的污染物，嚴(yán)重危害人民生產(chǎn)、生活用水的 安全性。作為我國北方地區(qū)重要的飲用水水源，對黃河污染物的合理控制和治理是亟需解 決的重要問題。
[0004] 對于地質(zhì)基礎(chǔ)條件氣含量較高的地區(qū)，地下水多存在氣含量超標(biāo)的現(xiàn)象，對于人 畜安全用水造成嚴(yán)重威脅。W黃河沿岸的渭南市為例，據(jù)衛(wèi)生部口普查，除華縣、撞關(guān)外，其 他各縣市、區(qū)地下水都不同程度存在含氣量超標(biāo)，最嚴(yán)重的是大慕、蒲城、富平縣，其次為臨 渭區(qū)、澄城、合陽等縣。按照飲用水樣分析，超過生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)0.5~1.Omg [1的占57%， 其中含氣量超過4.Omg L-I的占8%，2.1~4.Omg L-I的占43.5%，1.1~2.Omg L-I的占 48.5% ;全市有100多萬人處于高氣水區(qū)，患?xì)獍哐烙?2萬人，患?xì)夤前Y4.9萬人。
[0005] 因此，為解決全國普遍存在的水源安全問題，為人畜飲用水、生活用水提供潔凈水 源，實(shí)施成本低、效果優(yōu)、規(guī)模大、生態(tài)化的水源凈化工程手段勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決飲用水水源重金屬污染的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種河道水源地大規(guī)模 原位凈水系統(tǒng)及凈水方法，為人畜用水提供潔凈水源。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特殊之處在 于:包括由主河道至人工河道依次設(shè)置的第一凈水區(qū)、第二凈水區(qū)和第=凈水區(qū)；所述人工 河道為飲用水水源區(qū)；
[0008] 所述第一凈水區(qū)一側(cè)緊鄰主河道，第一凈水區(qū)是在沙洲上堆建而成的控導(dǎo)巧體， 所述控導(dǎo)巧體的頂端比主河道平均水位高出3-6米；
[0009] 所述第二凈水區(qū)位于第一凈水區(qū)的另一側(cè)，第二凈水區(qū)包括填覆于主河道沙洲上 的耕作層，所述耕作層底端比主河道平均水位高出1-5米，所述耕作層的厚度為20-50厘米；
[0010] 所述第=凈水區(qū)位于第二凈水區(qū)和人工河道之間，第=凈水區(qū)包括挖掘沙洲±體 后設(shè)置的水耕熟化層，挖掘沙洲±體后的地下水位保證水耕熟化層可蓄水;所述水耕熟化 層的厚度為30-40厘米，在水耕熟化層表面自然形成5-30厘米厚度的明水層，明水層頂端比 主河道平均水位低2-3米；
[0011] 所述第=凈水區(qū)與人工河道之間還設(shè)置有隔離巧;所述隔離巧的頂端比人工河道 的平均水位高出2-3米。
[0012] 上述第二凈水區(qū)的耕作層底端比主河道平均水位高出1-3米，所述耕作層上種植 景觀植物。
[0013] 上述第二凈水區(qū)的耕作層底端比主河道平均水位高出3-5米，所述耕作層上種植 景觀林木、經(jīng)濟(jì)作物和/或糧食作物。
[0014] 上述第=凈水區(qū)的水耕熟化層種植水生植物。
[0015] 上述水耕熟化層是由第=凈水區(qū)底部±體進(jìn)行翻耕構(gòu)建形成的。
[0016] 本發(fā)明還提供一種河道水源地大規(guī)模原位凈水方法，其特殊之處在于:包括W下 步驟：
[0017] 1】根據(jù)主河道和主河道沙洲的分布情況劃分原位凈水區(qū)域和人工河道區(qū)域；
[0018] 2】在原位凈水區(qū)域搭建河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)；
[0019] 2.1】搭建第一凈水區(qū)：在劃定的第一凈水區(qū)范圍內(nèi)，采用兩邊進(jìn)占立堵施工方案， 將大粒徑毛石及搶五面體構(gòu)件進(jìn)行拋投，合猶處打設(shè)鋼管粧，鋼筋石籠護(hù)底，巧體貫通后迎 水面用尾礦渣石進(jìn)行閉氣，及時跟進(jìn)巧后±方填筑，完成第一凈水區(qū)的搭建。
[0020] 2.2】搭建第二凈水區(qū)：挖掘第=凈水區(qū)和人工河道范圍內(nèi)的±體，并將其填覆于 第二凈水區(qū)，在劃定的第二凈水區(qū)范圍內(nèi)將±體表層進(jìn)行平整并予W娠壓巧實(shí)，繼續(xù)填覆 上體并娠壓巧實(shí)直至上體頂端比主河道水位高出1-5米;用泥水誘灌平整后的±體表層，覆 蓋20-50厘米厚的黃±后，形成耕作層；
[0021] 2.3】挖建第=凈水區(qū)：在第=凈水區(qū)范圍內(nèi)挖掘±體，直至地下水位保證第=凈 水區(qū)可蓄水;對第=凈水區(qū)底部±體進(jìn)行翻耕構(gòu)建水耕熟化層形成適合水生植物生長±體 結(jié)構(gòu)；
[0022] 2.4】挖建人工河道:結(jié)合主河道走勢，挖掘橫斷面為凹型結(jié)構(gòu)的人工河道。
[0023] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明在原有的堤巧修筑需求的基礎(chǔ)上搭建了大規(guī)模原 位凈水系統(tǒng)，在主河道長期沖流而成的沙洲上嚴(yán)格劃分凈水治理區(qū)域，基于河道的水文特 征和地勢特點(diǎn)進(jìn)行側(cè)滲水原位凈化處理，本身依托并利用了河道堤巧的建設(shè)，在河道原址 進(jìn)行凈化而不需要再另外選址，不僅解決了運(yùn)送傳輸問題，而且提高了處理量和處理效率， 真正實(shí)現(xiàn)重金屬污染水源的原位規(guī)?；瘍艋幚?。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參見圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例的大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)包括由主河道1至人工河道2 依次設(shè)置的第一凈水區(qū)3、第二凈水區(qū)4和第=凈水區(qū)5;人工河道2為飲用水水源區(qū)；
[00%]第一凈水區(qū)3-側(cè)緊鄰主河道1，第一凈水區(qū)3是在主河道1的自身沙洲上堆建而成 的控導(dǎo)巧體，控導(dǎo)巧體的頂端比主河道平均水位高出3-6米;控導(dǎo)巧體頂端大幅高出主河道 平均水位，可W有效防止因訊期水位漫過凈水系統(tǒng)而影響凈水效果?？貙?dǎo)巧體底部±體較 為密實(shí)，可W在主河道水流側(cè)滲過程中截留主河道泥沙和細(xì)小顆粒物。
[0027]第二凈水區(qū)4位于第一凈水區(qū)3的另一側(cè)，第二凈水區(qū)4包括依次填覆于主河道沙 洲上的±體層41和耕作層42,耕作層42底端比主河道平均水位高出1-5米，耕作層42的厚度 為20-50厘米?！荔w層41的填覆可由第=凈水區(qū)和人工河道的±體挖掘進(jìn)行補(bǔ)充。耕作層42 是由富含±著微生物的天然±壤進(jìn)行填覆，可W種植一些綠色植物，一方面可W利用微生 物和植物的生物降解功能對側(cè)滲水流中的重金屬類污染物或者有機(jī)污染物進(jìn)行吸收降解， 另一方面可W利用植物根系緊固±壤，更好地起到過濾污染物的作用。當(dāng)?shù)诙羲畢^(qū)的耕 作層厚度鋪設(shè)較淺時(例如厚度為1-3米時），可W在耕作層42上種植景觀植物，當(dāng)?shù)诙羲?區(qū)的耕作層厚度鋪設(shè)較深時(例如厚度為3-5米），那么可W在耕作層上種植景觀林木、經(jīng)濟(jì) 作物或者糧食作物(例如水稻、油菜等，可依具體的±質(zhì)環(huán)境不同而定）。
[00%]第=凈水區(qū)5位于第二凈水區(qū)4和人工河道2之間，第=凈水區(qū)5包括水耕熟化層51 和田面明水層52;田面明水層52頂端比主河道平均水位低2-3米；田面明水層52的厚度為5- 30厘米;水耕熟化層51的厚度為30-40厘米。由于第S凈水區(qū)低于主河道平均水位，因此存 在或深或淺的明水區(qū)。在明水區(qū)域可W種植各種水生植物(例如蓮截、蘆韋、水藻等），水生 植物可W進(jìn)一步吸收降解側(cè)滲水中的有機(jī)污染物和重金屬污染物。
[0029] 第=凈水區(qū)5與人工河道2之間還設(shè)置有隔離巧6;隔離巧6的頂端比人工河道的平 均水位高出2-3米，在監(jiān)測并比較主河道水位和人工河道水位變化后，及時調(diào)控人工河道的 水位高度。
[0030] 本發(fā)明提供的河道水源地大規(guī)模原位凈水方法，包括W下步驟：
[0031] 1】根據(jù)主河道和主河道沙洲的分布情況劃分原位凈水區(qū)域和人工河道區(qū)域；
[0032] 2】在原位凈水區(qū)域搭建河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)；
[0033] 2.1】搭建第一凈水區(qū)：在劃定的第一凈水區(qū)范圍內(nèi)，采用兩邊進(jìn)占立堵施工方案， 將大粒徑毛石及搶五面體構(gòu)件進(jìn)行拋投，合猶處打設(shè)鋼管粧，鋼筋石籠護(hù)底，巧體貫通后迎 水面用尾礦渣石進(jìn)行閉氣，及時跟進(jìn)巧后±方填筑，完成第一凈水區(qū)的搭建；
[0034] 2.2】搭建第二凈水區(qū)：挖掘第=凈水區(qū)和人工河道范圍內(nèi)的±體，并將其填覆于 第二凈水區(qū)，在劃定的第二凈水區(qū)范圍內(nèi)將±體表層進(jìn)行平整并予W娠壓巧實(shí)，繼續(xù)填覆 上體并娠壓巧實(shí)直至上體頂端比主河道水位高出1-5米;用泥水誘灌平整后的±體表層，覆 蓋20-50厘米厚的黃±后，形成耕作層；
[0035] 2.3】挖建第=凈水區(qū)：在第=凈水區(qū)范圍內(nèi)挖掘±體，直至地下水位保證第=凈 水區(qū)可蓄水;對第=凈水區(qū)底部±體進(jìn)行翻耕構(gòu)建水耕熟化層形成適合水生植物生長±體 結(jié)構(gòu)；
[0036] 2.4】挖建人工河道:結(jié)合主河道走勢，挖掘橫斷面為凹型結(jié)構(gòu)的人工河道。
[0037] 本發(fā)明提供的河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)在黃河部分河段的試運(yùn)行中取得 了顯著的效果。根據(jù)該河段黃河的水文特征及地勢特點(diǎn)，利用耕地生態(tài)系統(tǒng)對水質(zhì)進(jìn)行凈 化。
[0038] 如表1和表2所示，經(jīng)過凈化后的人工河道中的水質(zhì)在各項檢測指標(biāo)上均有明顯改 善，特別是銘、神等重金屬污染物含量大幅下降，其中銘的含量從〇.〇17mg 1/1下降至 0.OOlmg [1，銅從0.016下降至0.OOSmg L-I，鋒從0.066下降至0.022mg L-I，其含量均從符 合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002的n類限值提高至符合I類限值。尤其是當(dāng)?shù)啬壳暗?下水氣含量嚴(yán)重超標(biāo)，作為飲用水水源嚴(yán)重危害人畜健康。而對黃河實(shí)施大規(guī)模原位凈化 后，氣含量符合完全I(xiàn)類限值，可W作為人畜用水優(yōu)質(zhì)水源地。運(yùn)項工程可在韓城到合陽一 線形成600-1200萬方的清水儲量，形成日供40-80萬方的清水供應(yīng)能力（水質(zhì)接近I級水）， 可徹底解決渭北10多個城市(縣城)的供水問題，使500萬群眾告別不潔飲水問題，改善當(dāng)?shù)?水資源不足的現(xiàn)狀并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展。
[0039] 表1大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)凈化前后水質(zhì)情況對比
[0040]
[0041 ]表2大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)凈化前后水質(zhì)情況對比
[0042]
【主權(quán)項】
1. 一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特征在于：包括由主河道至人工河道依次 設(shè)置的第一凈水區(qū)、第二凈水區(qū)和第三凈水區(qū);所述人工河道為飲用水水源區(qū)； 所述第一凈水區(qū)一側(cè)緊鄰主河道，第一凈水區(qū)是在沙洲上堆建而成的控導(dǎo)壩體，所述 控導(dǎo)壩體的頂端比主河道平均水位高出3-6米； 所述第二凈水區(qū)位于第一凈水區(qū)的另一側(cè)，第二凈水區(qū)包括填覆于主河道沙洲上的耕 作層，所述耕作層底端比主河道平均水位高出1-5米，所述耕作層的厚度為20-50厘米； 所述第三凈水區(qū)位于第二凈水區(qū)和人工河道之間，第三凈水區(qū)包括挖掘沙洲土體后設(shè) 置的水耕熟化層，挖掘沙洲土體后的地下水位保證水耕熟化層可蓄水;所述水耕熟化層的 厚度為30-40厘米，在水耕熟化層表面自然形成5-30厘米厚度的明水層，明水層頂端比主河 道平均水位低2-3米； 所述第三凈水區(qū)與人工河道之間還設(shè)置有隔離壩;所述隔離壩的頂端比人工河道的平 均水位高出2-3米。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特征在于:所述第二凈水 區(qū)的耕作層底端比主河道平均水位高出1-3米，所述耕作層上種植景觀植物。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特征在于:所述第二凈水 區(qū)的耕作層底端比主河道平均水位高出3-5米，所述耕作層上種植景觀林木、經(jīng)濟(jì)作物和/ 或糧食作物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特征在于:所述 第三凈水區(qū)的水耕熟化層種植水生植物。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特征在于:所述水耕熟化 層是由第三凈水區(qū)底部土體進(jìn)行翻耕構(gòu)建形成的。6. -種基于造田模式的大規(guī)模原位凈水方法，其特征在于:包括以下步驟： 1】根據(jù)主河道和主河道沙洲的分布情況劃分原位凈水區(qū)域和人工河道區(qū)域； 2】在原位凈水區(qū)域搭建河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)； 2.1】搭建第一凈水區(qū)：在劃定的第一凈水區(qū)范圍內(nèi)，采用兩邊進(jìn)占立堵施工方案，將大 粒徑毛石及砼五面體構(gòu)件進(jìn)行拋投，合攏處打設(shè)鋼管粧，鋼筋石籠護(hù)底，壩體貫通后迎水面 用尾礦渣石進(jìn)行閉氣，及時跟進(jìn)壩后土方填筑，完成第一凈水區(qū)的搭建； 2.2】搭建第二凈水區(qū)：挖掘第三凈水區(qū)和人工河道范圍內(nèi)的土體，并將其填覆于第二 凈水區(qū)，在劃定的第二凈水區(qū)范圍內(nèi)將土體表層進(jìn)行平整并予以碾壓夯實(shí)，繼續(xù)填覆土體 并碾壓夯實(shí)直至土體頂端比主河道水位高出1-5米；用泥水澆灌平整后的土體表層，覆蓋 20-50厘米厚的黃土后，形成耕作層； 2.3】挖建第三凈水區(qū)：在第三凈水區(qū)范圍內(nèi)挖掘土體，直至地下水位保證第三凈水區(qū) 可蓄水；對第三凈水區(qū)底部土體進(jìn)行翻耕構(gòu)建水耕熟化層形成適合水生植物生長土體結(jié) 構(gòu)； 2.4】挖建人工河道:結(jié)合主河道走勢，挖掘橫斷面為凹型結(jié)構(gòu)的人工河道。
【文檔編號】C02F3/32GK106012952SQ201610531902
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】韓霽昌
【申請人】陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司