專(zhuān)利名稱(chēng)：梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
生態(tài)工程領(lǐng)域濕地技術(shù)。本發(fā)明涉及一種梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法，適用于平 原地區(qū)河道，利用寬闊的河漫灘建設(shè)梯級(jí)濕地，對(duì)河水實(shí)施自然凈化。
背景技術(shù)：
在我國(guó)東部平原地區(qū)，河道坡降普遍較小，為了排泄洪水而修建了比較寬闊的河 道，平時(shí)(非暴雨徑流時(shí)期)有限的水流(基流)在河道內(nèi)沖刷形成二級(jí)河槽，河漫灘處于 干涸狀態(tài)；另一方面，平原地區(qū)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，河水大多受到一定程度的污染，汛期由 于水量較大而水質(zhì)污染程度相對(duì)較輕，非汛期則水量較小而污染加重。問(wèn)題在于非汛期污 染較重的河水在狹窄的二級(jí)河槽中流淌，未能發(fā)揮寬闊湖灘的自然凈化潛力。有人提出在 河灘上建設(shè)人工濕地，抽提一部分河水至河灘人工濕地進(jìn)行凈化；也有人提出在河灘上建 設(shè)連續(xù)的濕地凈化系統(tǒng)，自上游將河水?dāng)r截導(dǎo)流進(jìn)入河灘濕地凈化系統(tǒng)。大家都想利用河 灘地建設(shè)濕地凈化河水，但限制因素在于汛期的洪水，一場(chǎng)較大的洪水有可能全部毀壞這 些濕地工程設(shè)施。人們期盼在保障安全泄洪功能前提下具有較強(qiáng)水質(zhì)凈化功能的河道濕 地技術(shù)，并且希望能夠克服自然河灘濕地易老化、污染物易飽和、生物質(zhì)二次污染等常見(jiàn)問(wèn) 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目標(biāo)在于，針對(duì)我國(guó)東部平原地區(qū)河道濕地水質(zhì)凈化問(wèn)題，研發(fā)“梯級(jí)河灘 濕地水質(zhì)凈化方法”，在保障泄洪安全的前提下，充分發(fā)揮河灘濕地的水質(zhì)凈化功能，并通 過(guò)濕地耕種、收獲和運(yùn)行管理實(shí)現(xiàn)持久穩(wěn)定的水質(zhì)凈化效果。為達(dá)到這一研發(fā)目標(biāo)，采取了以下技術(shù)方案。(1)梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)沿給定的河道(附圖1)，以原有河底(1)為基準(zhǔn)，每間隔0. 5 Im的高差設(shè)一道 拱水壩(2)，壩頂與原有河底等高并設(shè)矩形堰口(3)；開(kāi)挖每一道拱水壩上游河底至低于壩 頂堰口底部0. 1 0. 3m，形成濕地地面(4)；沿每一道拱水壩下游一側(cè)設(shè)跌水消能溝(5)， 溝底低于下一級(jí)濕地地面0.5 lm，跌水消能溝下游一側(cè)溝邦(6)頂部設(shè)矩形堰口(7)，堰 口底部高于下一級(jí)濕地地面0. 1 0. 3m ；沿河道中心線(xiàn)開(kāi)挖排水溝(8)，將各級(jí)跌水消能 溝的溝底連線(xiàn)作為排水溝的溝底高程線(xiàn)，排水溝與各級(jí)跌水消能溝連通，排水溝的溝邦(9) 高度等于所在濕地下游拱水壩的壩頂，排水溝底、溝邦均襯砌硬化；對(duì)應(yīng)于排水溝位置，在 每一道拱水壩上設(shè)插板間(10)，間頂與拱水壩頂?shù)雀摺?2)安全泄洪方案新建的梯級(jí)濕地構(gòu)筑物均低于原有河底，因而保留了原有河道的過(guò)水?dāng)嗝婧托购?能力。但通過(guò)河灘梯級(jí)濕地的建設(shè)，將原本為連續(xù)坡降的河道水流變成了多梯級(jí)跌水，在拱 水壩跌水處對(duì)河底及兩側(cè)河提會(huì)形成比較強(qiáng)的水流沖刷，需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。每一 道拱水壩兩端銜接的河提內(nèi)坡襯砌硬化(11)，跌水消能溝下游濕地表面襯砌硬化(12)，襯砌硬化的范圍與最大泄洪水流跌落時(shí)的影響范圍相一致。汛期關(guān)閉所有插板閘，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、 安全泄洪。(3)濕地植被方案梯級(jí)濕地作為水田進(jìn)行耕種，種植兼有觀(guān)賞價(jià)值和利用價(jià)值的經(jīng)濟(jì)水生植物，這 些水生植物必需能夠耐受洪水的沖刷和淹沒(méi)，并且在洪水過(guò)后有較強(qiáng)的自然恢復(fù)能力，比 如蓮藕、茭白、香蒲、水蕹菜、水芹菜、慈姑、荸薺、莼菜、野菱等。通過(guò)土地翻耕、植物的種植 和采收以及植物殘?bào)w的清除，來(lái)克服濕地土壤表層污染物飽和、濕地植被老化、生物質(zhì)二次 污染等問(wèn)題，并獲得一部分收益來(lái)維持濕地管理，實(shí)現(xiàn)濕地自然凈化功能的持久穩(wěn)定。(4)運(yùn)行管理方法每一級(jí)濕地的運(yùn)行水位通過(guò)其下游的插板閘來(lái)獨(dú)立控制(附圖2)，插板閘的插板 由若干高度0. 1 0. 2m的插板條(13)組成，自頂部移除一部分插板條就可以排泄一部分 水流，降低其上游濕地的運(yùn)行水位；移除所有插板條，上一級(jí)跌水消能溝內(nèi)的水流通過(guò)排水 溝直接進(jìn)入下一級(jí)跌水消能溝(附圖3)，使該插板閘上游濕地落干，便于耕作、種植和收 獲，或通過(guò)定期落干促進(jìn)濕地土壤的氧化。河灘梯級(jí)濕地正常運(yùn)行時(shí)所有拱水壩上的插板閘全部關(guān)閉，排水溝中充滿(mǎn)了水但 沒(méi)有下泄水流，所有河水自上一級(jí)跌水消能溝經(jīng)由溝邦上的矩形堰口均勻分配至下游濕 地，經(jīng)過(guò)濕地自然凈化后再經(jīng)由下一級(jí)拱水壩上的矩形堰口跌落進(jìn)入下一級(jí)跌水消能溝， 在濕地內(nèi)形成均勻的平流場(chǎng)(附圖4)。雨季當(dāng)河水流量超過(guò)一定限度時(shí)，濕地運(yùn)行水位就 會(huì)高于拱水壩頂而發(fā)生壩頂溢流。遇到暴雨徑流引發(fā)洪水時(shí)通過(guò)壩頂溢流泄洪，濕地植物 有可能發(fā)生倒伏或者被淹沒(méi)，洪水過(guò)后會(huì)自行恢復(fù)。應(yīng)用舉例本發(fā)明已經(jīng)在河南鄭州賈魯河綜合整治工程中采用，建成運(yùn)行了規(guī)模12畝的“梯 級(jí)河灘濕地凈化賈魯河水技術(shù)示范工程”，對(duì)氨氮等污染物的年均去除率達(dá)到了 50%以上； 完成了賈魯河56km市區(qū)河段綜合整治工程的設(shè)計(jì)并通過(guò)了專(zhuān)家審查和政府審批，其中包 含了 13個(gè)梯級(jí)的河灘濕地水質(zhì)凈化系統(tǒng)，濕地總面積8000余畝，預(yù)計(jì)建成后對(duì)賈魯河100 萬(wàn)m3/d的基流水量中氨氮等污染物的年均去除率可達(dá)到了 30%以上，該項(xiàng)工程正在組織施 工。


圖1 (a)——梯級(jí)河灘濕地片段縱向剖面1 (b)——梯級(jí)河灘濕地片段平面2 (a)——拱水壩對(duì)應(yīng)于排水溝位置的插板閘圖2(b)——插板閘部分開(kāi)啟及插板條結(jié)構(gòu)圖3——濕地單元落干運(yùn)行水流方式
圖4——濕地單元正常運(yùn)行水流方式 圖中1.原有河底，2.拱水壩，3.拱水壩頂矩形堰口，4.濕地地面，5.跌水消能 溝，6.跌水消能溝下游一側(cè)溝邦，7.跌水消能溝下游一側(cè)溝邦頂矩形堰口，8.排水溝，9.排 水溝邦，10.插板閘，11.河提內(nèi)坡襯砌硬化，12.跌水消能溝下游濕地表面襯砌硬化，13.插 板條，14.水流方向。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行工程性應(yīng)用
(1)確定給定河段河底高程線(xiàn)。
⑵按照河底坡降，確定拱水壩位置和壩頂高程。
⑶系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
⑷修筑拱水壩、跌水消能溝、排水溝、插板閘。
(5)開(kāi)挖剩余土方至濕地地面設(shè)計(jì)高程。
(6)拱水壩兩端銜接的河提內(nèi)坡、跌水消能溝下游濕地表面襯砌硬化。
(7)自上游通水試運(yùn)行。
⑶組建濕地植被。
(9)進(jìn)入正常運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法，其特征在于沿給定的河道，以原有河底(1)為基 準(zhǔn)，每間隔0. 5 Im的高差設(shè)一道拱水壩(2)，壩頂與原有河底等高并設(shè)矩形堰口(3)；開(kāi) 挖每一道拱水壩上游河底至低于壩頂堰口底部0. 1 0. 3m，形成濕地地面(4)；沿每一道拱 水壩下游一側(cè)設(shè)跌水消能溝(5)，溝底低于下一級(jí)濕地地面0. 5 lm，跌水消能溝下游一 側(cè)溝邦(6)頂部設(shè)矩形堰口(7)，堰口底部高于下一級(jí)濕地地面0. 1 0. 3m;沿河道中心線(xiàn) 開(kāi)挖排水溝(8)，將各級(jí)跌水消能溝的溝底連線(xiàn)作為排水溝的溝底高程線(xiàn)，排水溝與各級(jí)跌 水消能溝連通，排水溝的溝邦(9)高度等于所在濕地下游拱水壩的壩頂，排水溝底、溝邦均 襯砌硬化；對(duì)應(yīng)于排水溝位置，在每一道拱水壩上設(shè)插板間(10)，間頂與拱水壩頂?shù)雀摺?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法，其特征是新建梯級(jí)濕地構(gòu)筑 物均低于原有河底，保留了原有河道的過(guò)水?dāng)嗝婧托购槟芰?；每一道拱水壩兩端銜接的?提內(nèi)坡襯砌硬化(11)，跌水消能溝下游濕地表面襯砌硬化(12)，以抵御水流沖刷；汛期關(guān) 閉所有插板閘，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全泄洪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法，其特征是梯級(jí)濕地作為水田 進(jìn)行耕種，種植兼有觀(guān)賞價(jià)值和利用價(jià)值的經(jīng)濟(jì)水生植物；這些水生植物能夠耐受洪水的 沖刷和淹沒(méi)，并且在洪水過(guò)后有較強(qiáng)的自然恢復(fù)能力，比如蓮藕、茭白、香蒲、水蕹菜、水芹 菜、慈姑、荸薺、莼菜、野菱等；通過(guò)土地翻耕、植物的種植和采收以及植物殘?bào)w的清除，來(lái)克 服濕地土壤表層污染物飽和、濕地植被老化、生物質(zhì)二次污染等問(wèn)題，并獲得一部分收益來(lái) 維持濕地管理，實(shí)現(xiàn)濕地自然凈化功能的持久穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法，其特征是每一級(jí)濕地的運(yùn)行 水位通過(guò)其下游的插板閘來(lái)獨(dú)立控制，插板閘的插板由若干高度0. 1 0. 2m的插板條(13) 組成，自頂部移除一部分插板條就可以排泄一部分水流，降低其上游濕地的運(yùn)行水位；移除 所有插板條，上一級(jí)跌水消能溝內(nèi)的水流通過(guò)排水溝直接進(jìn)入下一級(jí)跌水消能溝，使該插 板閘上游濕地落干，便于耕作、種植和收獲，或通過(guò)定期落干促進(jìn)濕地土壤的氧化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法，其特征是河灘梯級(jí)濕地正常 運(yùn)行時(shí)所有拱水壩上的插板間全部關(guān)閉，排水溝中充滿(mǎn)了水但沒(méi)有下泄水流，所有河水自 上一級(jí)跌水消能溝經(jīng)由溝邦上的矩形堰口均勻分配至下游濕地，經(jīng)過(guò)濕地自然凈化后再經(jīng) 由下一級(jí)拱水壩上的矩形堰口跌落進(jìn)入下一級(jí)跌水消能溝，在濕地內(nèi)形成均勻的平流場(chǎng)； 雨季當(dāng)河水流量超過(guò)一定限度時(shí)，濕地運(yùn)行水位就會(huì)高于拱水壩頂而發(fā)生壩頂溢流；遇到 暴雨徑流引發(fā)洪水時(shí)通過(guò)壩頂溢流泄洪，濕地植物有可能發(fā)生倒伏或者被淹沒(méi)，洪水過(guò)后 會(huì)自行恢復(fù)。
全文摘要
一種梯級(jí)河灘濕地水質(zhì)凈化方法。以原有河底為基準(zhǔn)，每0.5～1m高差設(shè)一道拱水壩，壩頂與原河底等高并設(shè)堰口，開(kāi)挖壩上游河底至低于壩頂堰口底部0.1～0.3m成濕地；拱水壩下游一側(cè)設(shè)跌水消能溝，其下游溝邦頂部設(shè)堰口，堰口底部高于下一級(jí)濕地地面0.1～0.3m；沿河道中線(xiàn)挖排水溝，排水溝與各級(jí)跌水消能溝連通；對(duì)應(yīng)于排水溝位置在拱水壩上設(shè)插板閘，其閘板由插板條組成。運(yùn)行時(shí)關(guān)閉所有插板閘，河水自上一級(jí)跌水消能溝分配至下游濕地，經(jīng)濕地凈化后再跌落至下一級(jí)跌水消能溝；暴雨時(shí)通過(guò)壩頂溢流泄洪。自頂部移除部分插板條可排泄部分水流，降低上游濕地運(yùn)行水位；移除所有插板條可排泄全部水流，使上游濕地落干。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102107990SQ20101060805
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者李文朝, 郭蕭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所