一種組合式生態(tài)透水壩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生態(tài)透水壩，其是從水利滲濾壩演變而來的一種用于生態(tài)修復(fù)的生態(tài)工程技術(shù)，本發(fā)明致力于解決當(dāng)前生態(tài)透水壩所面臨的各種問題，其中包括壩體不穩(wěn)定、容易淤堵、管涌危害、凈水效果不理想、運用局限，這些問題阻礙了生態(tài)透水壩技術(shù)的運用和發(fā)展。本發(fā)明采用建造壩基座增加了壩體的穩(wěn)定，增強了對水壓的承受能力，采用幾種不同滲透系數(shù)的濾料組成壩體、特制生態(tài)墊結(jié)構(gòu)減少淤堵的發(fā)生，延長壩的功能期，采用生態(tài)浮床、曝氣裝置與生態(tài)透水壩結(jié)合的方式，加強了生態(tài)透水壩的凈水功能。本發(fā)明適于各種水力坡降、各種地質(zhì)的河道，可以作為其他功能系統(tǒng)的附屬設(shè)施，也可以單獨發(fā)揮功能。
【專利說明】一種組合式生態(tài)透水壩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明在傳統(tǒng)透水壩的基礎(chǔ)上進行改進，利用物理、化學(xué)和生物的凈水原理，對河 流污水進行凈化處理，屬于一種生態(tài)工程技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著對污水治理的加強，點源污染得到了遏制，面源污染凸顯出來。面源污染物主 要以含N、P元素的物質(zhì)為主，水中N、P元素的嚴(yán)重超標(biāo)，會使水生藻類瘋長，導(dǎo)致河流和湖 泊富營養(yǎng)化，水生動植物大量死亡。對面源污染的治理，傳統(tǒng)的環(huán)境工程雖然效果明顯，但 面對的面源污染范圍巨大，會耗費巨大的成本，顯然不具有現(xiàn)實性。目前研宄和使用最多的 是采用生態(tài)工程的技術(shù)和方法，利用生態(tài)系統(tǒng)的自我凈化機制，將污染物質(zhì)消耗在生態(tài)系 統(tǒng)中，比如人工濕地、前置庫系統(tǒng)等，這些技術(shù)不僅成本低，而且在修復(fù)生態(tài)、改善環(huán)境上具 有很大的作用。
[0003] 面源污染主要發(fā)生在農(nóng)村地區(qū)，人們的生活污水、各種養(yǎng)殖場的廢水沒經(jīng)過集中 處理，隨意排放，特別是農(nóng)藥化肥的不合理使用，這些污染物隨著雨水流進河流和湖泊而導(dǎo) 致污染。除了農(nóng)村地區(qū)外，城市也有面源污染，各種垃圾滲濾液、一些餐飲行業(yè)的隨意排水、 一些小企業(yè)違法偷排污水，雖說都是點源污染，但城市人口密集，這些點數(shù)量眾多，連接起 來，就成為污染嚴(yán)重的面源污染。面源污染最終會匯集到河流湖泊中，造成污染，根據(jù)這一 特點，在其入口采取措施進行治理，或者將其引入另一個地方，比如支流，處理后再排入河 流湖泊中。如今采用較多的就是人工濕地和前置庫系統(tǒng)，但其均有缺陷，最大的缺陷就是下 暴雨時，不能阻止暴雨徑流，而最大的污染往往由暴雨徑流帶入河流湖泊。
[0004] 生態(tài)透水壩能夠攔截暴雨徑流，其本身能對其進行過濾、微生物分解等凈化處 理，因此早已被運用到面源污染的治理中，在專利《一種生態(tài)透水壩及其設(shè)計與施工方法》 (CN200610039961. 9)中，田猛和張永春設(shè)計了一種生態(tài)透水壩，并在太湖流域某處農(nóng)村進 行了實驗，這種生態(tài)透水壩每5天處理15000m3的農(nóng)業(yè)面源污水，對高錳酸鹽的去除率為 8. 4% -12. 0%，對TN的去除率為17. 9% -25. 0%，對TP的去除率為33% -50%。但這種生 態(tài)透水壩是由不同級配的礫石堆起的各個部分，結(jié)構(gòu)不合理，本身不牢固，在水拖曳力的作 用下，壩的前后的骨料會下滑，導(dǎo)致壩的崩塌，在管涌的作用下，壩內(nèi)的骨料會流失，使?jié)B透 系數(shù)增大，功能喪失。除此之外，缺少礫石級配操作方法，是由滲透系數(shù)決定徑流量，這樣增 加建壩難度，有溢壩的設(shè)計，這是一個錯誤，在溢壩的時候，壩上的植物會被破壞，建壩材料 也會被水流沖走。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明致力于解決當(dāng)前生態(tài)透水壩所面臨的各種問題，其中包括壩體不穩(wěn)定、容 易淤堵、管涌危害、凈水效果不理想、運用局限，這些問題阻礙了生態(tài)透水壩技術(shù)的運用和 發(fā)展。
[0006] 本發(fā)明的組合式生態(tài)透水壩由壩基座、濾料層、生態(tài)墊、生態(tài)浮床、微孔曝氣增氧 裝置組成，壩基座分為防滲層、透水墻、石籠三個部分，透水墻又將壩體分為壩前、壩中、壩 后三個部分，壩前有三層不同滲透系數(shù)的濾料層，從上到下滲透系數(shù)分別為ki、k2、k3, ki < k2< k3，可以有效的緩解壩身的淤堵，延長壩的使用期，壩后只有一層濾料層，滲透系數(shù) 為ki，濾料層頂部覆蓋一層土壤，用于種植植物，壩前和壩后的迎水面覆蓋一層生態(tài)墊，壩 中設(shè)置生態(tài)浮床和微孔曝氣增氧裝置。
[0007] 所述防滲層和透水墻為一個整體，由鋼筋混凝土澆筑而成，透水墻的開孔率大于 河流最大徑流橫截面比透水墻面積，可以大致控制徑流量，防滲層的前后固定有石籠，防止 水流直接沖擊壩基和防止生態(tài)墊下滑，壩基座兩邊伸入河岸，增加本發(fā)明的抗沖擊能力，防 滲層主要是防止水從壩的底部滲透，破壞壩基，量成事故，壩基座大大增加了壩體對水壓的 承受能力，當(dāng)前的各種生態(tài)透水壩只適于建造于水力坡降小的平原河網(wǎng)地區(qū)，壩基座不僅 可以使本發(fā)明建于這些地區(qū)，還可以建造于山地水力坡降大地區(qū)，而且壩的高度也可以增 加。
[0008] 壩前的濾料層主要起凈水作用，壩后的濾料層主要起控制滲流量作用，滲透系數(shù) 根據(jù)壩后直角梯形滲流模型來計算，采用水力學(xué)法進行計算，由計算出的滲透系數(shù)決定壩 后濾料級配，再由各個濾料層的關(guān)系決定其級配。
[0009] 生態(tài)墊由多個生態(tài)墊單元組成，生態(tài)墊單元采用上下兩層土工布，中間夾濾料的 方法制成，其作用一是防止表面濾料在水的拖曳力的作用下流失，二是將大個的懸浮物攔 截，防止淤堵壩體濾料，三是為植物提供種植平臺，當(dāng)生態(tài)墊淤堵后，可以更換，由此大大增 加了本發(fā)明的功能期。
[0010] 在壩中的兩道透水墻之間，充滿了河水，水位與上游水位一致，在此設(shè)置生態(tài)浮床 和微孔曝氣增氧裝置，生態(tài)浮床下面懸掛有生物填料，上面種植對污水有較強凈化作用的 水生植物，加強了對水的凈化作用，微孔曝氣增氧裝置的動力可以是太陽能、風(fēng)能或電能。
[0011] 本發(fā)明不僅可以用于前置庫系統(tǒng)中用于攔截污水，還可以直接建于河道上對污水 進行凈化處理。根據(jù)河流的年最大徑流量計算出所需的滲透系數(shù)，采用實驗的方法決定出 各層級配，再結(jié)合其他的參數(shù)要求，建成生態(tài)透水壩。當(dāng)壩的滲流量不等于河流的徑流量的 時候，在壩的上游的水位會上升，直至相等的時候為止，因此在上游會有一定的雍水，雍水 有一個最高設(shè)計水位，上游水位一般不會超過這個水位，當(dāng)有特殊情況時，壩的頂部建有過 水道，在不超過警戒水位的情況下，水從過水道流走，不會破壞壩頂。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為生態(tài)透水壩基座示意圖。
[0013] 圖2為基座在河道施工的大致位置示意圖。
[0014] 圖3為組合式生態(tài)透水壩剖視圖。
[0015] 圖4為組合式生態(tài)透水壩計算模型示意圖。
[0016] 圖5為壩后計算模型示意圖。
[0017] 其中，1、防滲層；2、透水墻；3、石籠；4、過水道；5、河道；6、河岸；7、壩前；8、壩中； 9、壩后；10、濾料；11、生態(tài)墊；12、上游水位線；13、下游水位線；14、沉水植物；15、浮水植 物；16、挺水植物；17、生態(tài)浮床；18、生物填料；19、浮床植物。

【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明的實施要嚴(yán)格經(jīng)過確定目的和要求、基質(zhì)調(diào)查、研宄得出已知參數(shù)、計算滲 透系數(shù)、實驗得出級配、確定各項參數(shù)、施工建設(shè)這幾個過程。
[0019] 確定目的和要求。要求本發(fā)明建成之后，水質(zhì)要有明顯的改善，SS、TN、TP等的去 除率要達(dá)到a%、b%、c% ;上游形成壅水，為了達(dá)到所需的生態(tài)功能和凈水效果，年平均水 位不能低于H ;要能夠改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，不能影響泄洪、航運、灌溉等，不會帶來危害。
[0020] 基質(zhì)調(diào)查。河道最大寬度為A，在汛期時，平均水位為H2，平均流速為V，平均徑流量 為Q，警戒水位為H tl;河道筆直，河底坡度不，大風(fēng)浪小，河道所處地質(zhì)穩(wěn)定，河底為黏土層， 滲透系數(shù)接近〇 ;水污染嚴(yán)重，TN、TP嚴(yán)重超標(biāo)；河道不是航道，主要作用不是泄洪排水；河 道周圍能生長植物，有一定的水生植物資源。
[0021] 研宄得出已知參數(shù)。根據(jù)調(diào)查，結(jié)合目的和要求，如圖4所示，確定生態(tài)透水壩的 下游設(shè)計水位為H 2，上游設(shè)計水位為H1, H < H1C H ^，設(shè)計寬度為A，設(shè)計單寬滲流量為q，

【權(quán)利要求】
1. 一種組合式生態(tài)透水壩，其特征在于，由壩基座、濾料層、生態(tài)墊、生態(tài)浮床、微孔曝 氣增氧裝置組成，壩基座分為防滲層、透水墻、石籠三個部分，透水墻又將壩體分為壩前、壩 中、壩后三個部分，壩前有三層不同滲透系數(shù)的濾料層，從上到下滲透系數(shù)分別為ki、k2、k3， ki< k2< k3，壩后有一層濾料層，滲透系數(shù)為，濾料層頂部覆蓋一層土壤，壩前和壩后的 迎水面覆蓋一層生態(tài)墊，壩中設(shè)置生態(tài)浮床和微孔曝氣增氧裝置，透水墻頂部設(shè)置過水道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式生態(tài)透水壩，其特征在于，防滲層和透水墻為一個整 體，由鋼筋混凝土澆筑而成，透水墻的開孔率大于河流最大徑流橫截面比透水墻面積，防滲 層的前后固定有石籠，壩基座兩邊伸入河岸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式生態(tài)透水壩，其特征在于，壩前的濾料層主要起凈水 作用，壩后的濾料層主要起控制滲流量作用，滲透系數(shù)根據(jù)壩后直角梯形滲流模型來計算， 采用水力學(xué)法進行計算，由計算出的滲透系數(shù)決定壩后濾料級配，再由各個濾料層的關(guān)系 決定其級配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式生態(tài)透水壩，其特征在于，生態(tài)墊由多個生態(tài)墊單元 組成，生態(tài)墊單元采用上下兩層土工布，中間夾濾料的方法制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式生態(tài)透水壩，其特征在于，生態(tài)浮床和微孔曝氣增氧 裝置設(shè)置在壩中的兩道透水墻之間，生態(tài)浮床下面掛有生物填料。
【文檔編號】C02F3/02GK104452674SQ201410710271
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉冬燕, 馮雷 申請人:上海師范大學(xué)