一種改善大型淺水湖泊基礎環(huán)境的消浪方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生態(tài)修復【技術領域】，提供一種大型淺水湖泊水生植物恢復的基礎環(huán)境改善的消浪技術。針對大型淺水湖泊風浪擾動較大的特點，本發(fā)明利用工程消浪的構件包括混凝土樁和竹排，混凝土樁布設于防御區(qū)外圍抵御特大風浪的襲擊，配合內圍竹排構件加強防御效果?；炷翗稑嫾诲e布設成消浪帶，產生的擋、反射、破浪及水、樁的摩擦削減目標區(qū)域內的波浪；消浪竹排固定在錨樁上，由竹排浮床構件與水體之間相對運動使波浪產生破碎消除波浪。本設計可以降低湖泊風浪影響，控制沉積物再懸浮，為湖泊水生植物恢復提供基礎環(huán)境條件，實現(xiàn)水質改善的目標。
【專利說明】一種改善大型淺水湖泊基礎環(huán)境的消浪方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生態(tài)修復【技術領域】，涉及一種改善大型淺水湖泊基礎環(huán)境的消浪方法。

【背景技術】
[0002]風浪對水生聞等植物有著非常復雜的影響。調查發(fā)現(xiàn)，太湖水生聞等植物分布一般在沿岸、湖灣等水域，而且水深一般都在2m以內。在開闊的敞水區(qū)，很難有水生高等植物存在。太湖在湖灣等風浪較小的水域，水生高等植物才有可能生長發(fā)展起來；而在西太湖等開闊水域，幾乎看不到任何水生高等植物，只有在漁民下網的網邊上偶然可以發(fā)現(xiàn)零星的沉水植物，或者是在周邊環(huán)境發(fā)生本質變化的情況下，才會有水生高等植物生長。
[0003]風浪對水生高等植物生長有直接的機械損傷。強烈的風浪會使水生高等植物的根莖折斷，嚴重的甚至會連根拔起。據中國科學院南京地理與湖泊研究所太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站觀測結果，強風浪到來以前，該站水上實驗區(qū)浮葉植物菱生長良好，覆蓋度超過90 %，但風浪過后，水上實驗場浮葉植物菱全部被連根拔起，僅盛下一些扎根較牢的荇菜，覆蓋度小于10%。從防止風浪對水生高等植物損傷方面而言，有必要在恢復區(qū)實施消浪工程。
[0004]風浪會導致沉積物懸浮，使得沉積物中大量的污染物質得到釋放。在風浪作用下，導致了沉積物發(fā)生再懸浮作用，沉積在湖底的污染物進入水體，進一步增加水體污染物負荷。水體懸浮物含量升高，透明度下降，因而水生高等植物難以獲得光合作用所需能量，水生植被很難發(fā)展起來。因此降低水體的內源負荷，采取措施消除水體波浪具有重要的意義。
[0005]國內外針對海堤的消浪方法是拋置“工”字型構件，消除海港船舶泊船區(qū)的波浪方法為筑明壩、暗壩及擋波墻。前者適用于堤岸防浪，后者投資強度大，影響恢復區(qū)景觀，因此不適于湖泊生態(tài)恢復的消浪。在湖泊運用密排木樁的方法，主要應用于近岸區(qū)的護岸；在湖泊開闊水域運用，受強波浪的襲擊木樁易被折斷，此外在波浪反復作用下，因木樁的浮力作用，易松動浮起。柔性材料消浪方法，消浪效果相對較差，特別是漂浮水生高等植物，還易受風浪的破壞，受生長季節(jié)的影響。因此，針對這些措施的消浪效果，必須找到一種適用于風浪較大的大型淺水湖泊的消浪技術。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于改善湖泊基礎環(huán)境條件和克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種改善大型淺水湖泊基礎環(huán)境改善的消浪方法。采用本發(fā)明提供的方法，可以針對大型淺水湖泊風浪擾動較大的特點，利用混凝土樁和消浪竹排，將混凝土樁布設于防御區(qū)外圍抵御特大風浪的襲擊，配合內圍竹排構件加強防御效果，以降低湖泊風浪影響，控制沉積物再懸浮，為湖泊水生植物恢復提供基礎環(huán)境條件，實現(xiàn)水質改善的目標。
[0007]本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的:
一種改善大型淺水湖泊基礎環(huán)境的消浪方法，包括以下步驟: (1)在待凈化的目標水域防御區(qū)外圍布設由混凝土樁構成的第一消浪帶；
(2)在待凈化的目標水域防御區(qū)內圍構建由多個消浪竹排構成的第二消浪帶。
[0008]其中，步驟(I)所述第一消浪帶包括由所述混凝土樁規(guī)律交錯在待凈化的目標水域外圍構建形成的圈狀混凝土樁消浪帶；所述第二消浪帶包括由消浪竹排在第一消浪帶內側構成的多道平行于混凝土樁消浪帶的竹排結構浮床消浪帶。
[0009]所述的第二消浪帶包括在第一消浪帶內側構成的至少2道(優(yōu)選2-4道)平行于混凝土樁消浪帶的竹排結構浮床消浪帶，任意相鄰的竹排結構浮床消浪帶或竹排結構浮床消浪帶與混凝土樁消浪帶之間間隔300-400m,優(yōu)選任意相鄰的竹排結構浮床消浪帶或竹排結構浮床消浪帶與混凝土樁消浪帶之間間隔350m，更優(yōu)選在2道環(huán)狀竹排結構浮床消浪帶之間，以及在竹排結構浮床消浪帶和混凝土樁消浪帶之間還均勻布設2-4道方向垂直的竹排結構浮床輔助消浪帶。
[0010]波浪水槽的消浪實驗表明，當只設一圈竹排消浪帶和相鄰消浪帶間距大于400m時，透浪系數(shù)分別為0.71和0.52，而增加消浪帶且距離為350m時，其透浪系數(shù)為0.31，因此，設多道竹排消浪帶且相鄰消浪帶間距小于400m方案最佳。
[0011]其中，所述的混凝土樁的尺寸為30cmX 30cmX 5m,混凝土樁交錯布設，內圈相鄰兩個混凝土樁的間隔為40-80cm,外圈相鄰兩個混凝土樁的間隔40-80cm,內外圈之間的間隔范圍為40_80cm。
[0012]其中，單個消浪竹排寬8-15m，長5-8m，由80-90根7.5寸毛竹并列扎成。
[0013]使用時，將多個消浪竹排首尾/并排連接，通過錨繩及錨固定，形成竹排結構浮床消浪帶或輔助消浪帶。其中，竹排結構浮床消浪帶的寬度為8-30m，總延長至數(shù)千米，依被保護區(qū)域的外圍周長而定。
[0014]述的錨樁為25cmX25cmX5m混凝土樁,壓入或打入底泥1.5m-2m ;所述的錨繩為可承受It拉力的塑料繩。
[0015]本發(fā)明所述方法還包括步驟(3):篩選可種植于消浪竹排的漂浮植物主導品種，將其種植至消浪竹排，進行漂浮植物保育，實現(xiàn)水質凈化。此外，漂浮植物不僅可種植于消浪竹排，還可以種植于其他合適載體，本發(fā)明對此不作特別限定。
[0016]本發(fā)明對漂浮植物主導品種的篩選需綜合凈化水質時間長、耐霜凍、抗風浪效果好、易于維護等特點確定。本發(fā)明所述的漂浮植物主導品種包括喜旱蓮子草、蓊菜和高羊茅草；其中所述的消浪竹排適宜種植的植物主要包括冬季以高羊茅草為主，夏季以喜旱蓮子菜、蓊菜為主。植物的初始投放密度喜旱蓮子草為2-4kg/m3 ;蓊菜為l-3kg/m3 ;高羊茅草為2_4kg/m3。
[0017]本發(fā)明所述方法還包括在漂浮植物種植區(qū)域采取水生漂浮植物的越冬保護及去除技術，防止植物殘體的二次污染。
[0018]其中，所述的水生漂浮植物的越冬保護主要采取植物體收割法和農膜特別覆蓋法。具體植物體收割法即在寒冬來臨前收割，將漂浮植物的生物體離開水體；農膜特別覆蓋法使漂浮植物既可有效的越冬，又可降低漂浮植物的二次污染的機會，先用厚農膜覆蓋，再用無結網壓蓋，適合竹排結構浮床。
[0019]本發(fā)明所述的竹排結構浮床越冬保護采用高溫植物(夏季，喜旱蓮子菜與蓊菜)與低溫植物(冬季，高羊毛草)交替收割輪種。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點及效果:
本發(fā)明技術工程消浪的構件主要包括包括外圍混凝土樁消浪帶及其內側的竹排結構浮床消浪帶?；炷翗?，工程造價較高，但是可抵御特大風浪的襲擊，使用生命長，基本一次投資到位；竹排結構浮床投資少，因竹排可以具有一定的活動范圍，可透過一定波浪進而可抵御強浪的襲擊，本發(fā)明綜合二者優(yōu)勢，將二者結合使用。混凝土樁消浪帶可削減波高40%?60%，波浪強度越大，消浪效果越好；竹排結構浮床消浪帶削減波高80%?40%，隨波浪強度增大，消浪效果減小?；炷翗逗拖酥衽诺南俗饔眠€大大降低了風浪對沉積物的擾動，消浪工程外底層水體沉積物捕獲量為工程內的7.81倍，懸浮物濃度降低了 70%，水體透明度明顯提高。
[0021]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不以【具體實施方式】為限，而是由權利要求加以限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1.太湖梅梁灣消浪工程平面布置圖，其中，I混凝土樁構成的第一消浪帶，2為由多個消浪竹排構成的第二消浪帶；3為竹排結構浮床輔助消浪帶；
圖2.混凝土樁構成的第一消浪帶局部結構示意圖，其中，黑色方塊為混凝土樁；
圖3.竹排結構浮床結構示意圖；
圖4.竹排結構浮床消浪帶錨系結構示意圖，其中，2-1為竹排結構浮床，2-2為錨繩，2-3為錨樁。

【具體實施方式】
[0023]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024]實施例1
(O影響漂浮植物的主要環(huán)境因子的分析
風浪對漂浮植物的生長產生重大影響，造成直接的機械損傷，如果不采取有效措施，在湖泊風浪區(qū)，植物很難生長。實驗證明在圍隔中引入喜旱蓮子草，覆蓋度100%，不到一個月的時間累計損失量達60%，說明湖泊風浪區(qū)恢復漂浮植物不易。這是由于波浪的上下運動，導致漂浮植物個體之間的根莖葉相對運動、相互摩擦而損傷，在自然狀態(tài)，受損量遠大于生長量，因此幾乎不能正常存活，故以前在大風浪區(qū)還沒有長期成功種植的先例。因此，在目標水域實施消浪工程是水生植物恢復的前提條件。
[0025](2)影響漂浮植物的主要環(huán)境因子的改善:消浪工程
太湖梅梁湖一年四季風場主導風向包含西、南、西南、西北風，并且風速較大，這四個方向傳輸過來的風浪均較大，因此，宜在強化凈化區(qū)外圍安排可抵御強風浪襲擊的混凝土樁構成的第一消浪帶1，其內圍再配合使用抵御強風浪能力相對一般的由多個消浪竹排構成的第二消浪帶2。為防止風浪再生，各道消浪帶之間的間隔控制在400m范圍內。整個強化凈化區(qū)消浪工程水平空間分布格局見圖1，由三圈組成。自岸邊向梅梁湖湖心，分別為兩圈竹排消浪帶(第二消浪帶)和一圈水泥混凝土樁消浪帶(第一消浪帶)。在兩圈竹排消浪帶之間布設兩道橫向竹排結構浮床輔助消浪竹排帶3 ;在相鄰的竹排消浪帶和混凝土樁消浪帶之間也布設兩道橫向竹排結構浮床消浪竹排帶。這樣整個強化凈化區(qū)，各風向的風區(qū)長度均小于400m。
[0026]其中，混凝土樁消浪帶主要應用于強化凈化區(qū)外圍，利用長5km，交錯布設的混凝土樁(見圖2)的擋、反射、破浪及水、樁的摩擦，削減工程區(qū)內波浪。混凝土樁的尺寸為30cmX30cmX5m。內圈混凝土樁的間隔為50cm,外圈混凝土樁的間隔52cm,內外圈距離40cmo
[0027]本實施例中竹排結構浮床消浪帶，需布設長近4km、寬1m的竹排浮床，用竹排浮床與水體之間相對運動的波浪產生破碎作用消除波浪。竹排結構浮床2-1結構見圖3，主要由80-90根7.5寸毛竹平行并列扎成。整個消浪帶由1000個竹排浮床連接而成。竹排結構浮床2-1通過錨繩2-2及錨樁2-3錨固定于實驗區(qū)(圖4)。錨樁2-3為壓入或打入底泥
1.5m-2m的25cmX25cmX5m混凝土樁。錨繩2_2為可承受It拉力的塑料繩。
[0028](3)竹排結構浮床的構建。
[0029]消浪帶內圍的消浪竹排上種植植物可同時實施消浪和恢復浮葉植物及保護浮床的作用。在湖泊風浪區(qū)施工的消浪竹排，寬1m,單體長5m,總延長4km,利用它作為載體,能降低漂浮植物個體根莖之間的相對運動，大大地減少相互間的摩擦損耗，也能使受損量遠小于生長量，從而獲得正常存活，良好生長。竹排裸露在水面上，不美觀，在紫外線作用下，壽命也較低。通過種植喜旱蓮子菜覆蓋裸露的竹排，不僅美觀；同時可延長使竹排的壽命一倍以上；還能進一步提高竹排的消浪效果，改善水體透明度等，發(fā)揮眾多良性生態(tài)效應。
[0030]在強化凈化區(qū)的45000 m2竹排上種植了喜旱蓮子草，每天生長量為約lt，喜旱蓮子草從水體吸收TN、TP的平均分別為2.31 kg、0.262 kg。
[0031](4)漂浮植物越冬保護與二次污染防止技術。在自然狀態(tài)，當氣溫低于霜點漂浮植物枯萎或枯死，在湖泊風浪區(qū)，不斷受到風浪的破損，更是無法越冬。
[0032]在寒冬來臨前，有效的收割，使漂浮植物的殘體離開水體，是最徹底消除二次污染方法。另外，有效的越冬技術(農膜特別覆蓋法)，能大大降低漂浮植物的二次污染，還能作為周叢生物提供載體，進一步發(fā)揮凈化水質的作用。針對竹排結構浮床，采取高溫植物(夏季，喜旱蓮子菜與蓊菜)與低溫植物(冬季，高羊茅草)交替收割輪種。即:在冬季移出高溫植物(例如喜旱蓮子菜)，種植低溫植物(水芹、羔羊毛草)。試驗表明，工程示范區(qū)為劣V類水質，在竹排種植高羊茅草，在冬季青翠，生長良好，其須根長長平均超過40cm、最大達60cm,株長高平均超過30cm，最大達50cm，不但不會產生二次污染，它的成長吸收了大量營養(yǎng)鹽，同時其長長的須根還為周叢生物提供載體，發(fā)揮多重生態(tài)效果。
[0033]漂浮植物結構浮床的生態(tài)功能:
I)具有一定的消浪作用
當風浪垂直穿過喜旱蓮子菜浮床，例如，在喜旱蓮子菜浮床的迎浪面的平均波高為3cm時，當穿過浮床到達背浪面時，平均波高幾乎降為0，由此可見，漂浮植物在一定范圍內具有明顯削減波高的作用。
[0034]2)降低水體懸浮物含量
實驗表明，在太湖梅梁灣引入400kg喜旱蓮子草。經歷一次風浪過程后，波浪較大時(平均波高5.46-6.83cm)，漂浮植物使表層水體懸浮物含量降低達26mg/L ;在無風浪時漂浮植物使表層水體懸浮物含量下降達到13mg/L，平均高度下降達13.2%，顯示漂浮植物的存在能夠大大降低水體懸浮物含量，這一作用可大大改善水體透明度，為健康水生態(tài)系統(tǒng)的重建創(chuàng)造良好條件。
[0035]3)水質凈化
在太湖梅梁灣進行了喜旱蓮子草凈化實驗，結果表明，初始投放密度為4.8kg/m2，滯留時間10天左右，可將富營養(yǎng)化的梅梁灣劣V類水質改善為III類水質；適當?shù)耐斗琶芏?喜旱蓮子草的初始投放密度2kg/m3)，一周左右，漂浮植物可以使V類(或劣V類)水質改善為III類水質；漂浮植物在5天左右基本可使水體SS含量達到低值。
[0036]實施例2
與實施例1相比，區(qū)別點僅在于:混凝土樁采用單排樁，各樁迎浪方向呈菱形布置，相鄰兩樁之間的間距為10cm。觀測結果表明，單排樁對各種波高的透浪率為0.63-0.74之間，消浪效果顯著低于實施例1。因此，采用雙排混凝土樁的布設更利于消浪。
[0037]實施例3
與實施例1相比，區(qū)別點僅在于:前排兩根樁之間的間距為50cm，后排樁依次均勻的插入到前排樁之間，前、后樁之間沿樁列方向的間距為10cm。觀察發(fā)現(xiàn)，這種穿插式的混凝土樁布設方法透浪率都在0.7以上，顯著高于實施例1。因此，混凝土樁布設為兩排，且保持一定間距的消浪效果更好。
[0038]實施例4
與實施例1相比，區(qū)別點僅在于:以竹排結構浮床代替混凝土樁，即消浪結構由多道消浪竹排構成。觀察發(fā)現(xiàn)，透浪率超過0.65，且經歷兩次大風浪后，最外層竹排結構浮床很快被損壞。因此，在湖泊開闊水域，竹排抵御特大風浪的能力低，受強波浪的襲擊易被折斷?；炷翗?，可抵御特大風浪的襲擊，使用生命長，因此，消浪工程的最外圍采用混凝土樁結構。
[0039]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種改善大型淺水湖泊基礎環(huán)境的消浪方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在待凈化的目標水域防御區(qū)外圍布設由混凝土樁構成的第一消浪帶； (2)在待凈化的目標水域防御區(qū)內圍構建由多個消浪竹排構成的第二消浪帶。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述第一消浪帶包括由所述混凝土樁規(guī)律交錯在待凈化的目標水域外圍構建形成的圈狀混凝土樁消浪帶；所述第二消浪帶包括由消浪竹排在第一消浪帶內側構成的多道平行于混凝土樁消浪帶的竹排結構浮床消浪帶。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的第二消浪帶包括在第一消浪帶內側構成的至少2道平行于混凝土樁的竹排結構浮床消浪帶，任意相鄰的竹排結構浮床消浪帶或竹排結構浮床消浪帶與混凝土樁消浪帶之間間隔300-400m,優(yōu)選任意相鄰的竹排結構浮床消浪帶或竹排結構浮床消浪帶與混凝土樁消浪帶之間間隔350m，更優(yōu)選在2道竹排結構浮床消浪帶之間，以及在竹排結構浮床消浪帶和混凝土樁消浪帶之間還均勻布設2-4道方向垂直的竹排結構浮床輔助消浪帶。
4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述的混凝土樁的尺寸為30cmX 30cmX 5m,混凝土樁交錯布設，內圈相鄰兩個混凝土樁的間隔為40_80cm,外圈相鄰兩個混凝土樁的間隔40-80cm，內外圈之間的間隔范圍為40-80cm。
5.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，單個消浪竹排寬8-15m，長5-8m，由80-90根7.5寸毛竹并列扎成。
6.根據權利要求2或5所述的方法，其特征在于，將多個消浪竹排首尾/并排連接，通過錨繩及錨固定，形成竹排結構浮床消浪帶或輔助消浪帶。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述的錨樁為25cmX25cmX 5m混凝土樁，壓入或打入底泥1.5m-2m ;所述的錨繩為可承受It拉力的塑料繩。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟(3):篩選可種植于消浪竹排的漂浮植物主導品種，將其種植至消浪竹排，進行漂浮植物保育，實現(xiàn)水質凈化，優(yōu)選所述的漂浮植物主導品種包括喜旱蓮子草、蓊菜和高羊茅草；植物的初始投放密度喜旱蓮子草為2-4kg/m3 ;蓊菜為l_3kg/m3 ;高羊茅草為2_4kg/m3。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于:所述方法還包括在漂浮植物種植區(qū)域采取水生漂浮植物的越冬保護及去除技術，防止植物殘體的二次污染。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述的水生漂浮植物的越冬保護主要采取植物體收割法和農膜特別覆蓋法。
【文檔編號】C02F3/32GK104179149SQ201410409192
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權日:2014年8月19日
【發(fā)明者】秦伯強, 董百麗, 胡維平 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所