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CN111747532B - 坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统及构建方法 - Google Patents

坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统及构建方法 Download PDF

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CN111747532B
CN111747532B CN202010668192.9A CN202010668192A CN111747532B CN 111747532 B CN111747532 B CN 111747532B CN 202010668192 A CN202010668192 A CN 202010668192A CN 111747532 B CN111747532 B CN 111747532B
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Abstract

本发明公开了一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态修复系统及方法，包括：第一岸坡型湿地、第二岸坡型湿地、第一漫流式湿地、第二漫流式湿地、第一组湿地水文支路、第二组湿地水文支路和闸门；本发明解决了现有的关于支流回水区域湿地布局，在湿地技术使用时多采用单一湿地类型，功能较为单一的问题。

Description

坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统及构建方法
技术领域
本发明涉及生态工程技术领域，具体涉及一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统及构建方法。
背景技术
坝后减脱水河段区间内支流受大坝调控作用，洪水期时受水量大等因素，减脱水河段水流变化剧烈，河段水位短时间内迅速上升，会出现减脱水河段水体倒灌区间内支流的现象，在支流河口区域形成范围广阔的回水区，类似于海水受天体引力作用产生的周期性运动，大坝的人工调控使得支流河口发生“潮汐式”变化，调控前后支流河口处水体呈现往复流现象。
在洪水期，支流回水区因受到支流上游来水、干流顶托来水两种水温、密度、污染物等性质皆不同的水团复合影响，流速流向多变，出现分层异重流特性，导致支流回水区水流流速变缓，水体的自净能力降低，氮、磷等营养物质聚积，并且极易满足藻类聚集生长的流速条件，为藻类的生长提供了适宜的条件，易在回水区出现富营养化现象，导致区域水质恶化与生物多样性减少等生态环境问题。
目前关于采用湿地技术治理水体富营养化的案例较多，以人工湿地技术最为代表，但关于减脱水河段区间内支流河口湿地水质净化的研究成果较少。减脱水河段支流受上游大坝人工调控影响，支流河口易出现回水区，出现“潮汐式”变化，现有的关于支流回水区域湿地布局，并且在湿地技术使用时多采用单一湿地类型，功能较为单一。本发明针对坝后减脱水河段区间内支流河口，提出坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统，湿地为系统主要构成部分，系统为相似区域生态环境保护提供借鉴。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统及构建方法解决了现有的关于支流回水区域湿地布局，在湿地技术使用时多采用单一湿地类型，功能较为单一的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统，包括：第一岸坡型湿地、第二岸坡型湿地、第一漫流式湿地、第二漫流式湿地、第一组湿地水文支路、第二组湿地水文支路和闸门；
所述第一岸坡型湿地、第一漫流式湿地和第一组湿地水文支路位于减脱水河段的支流河口回水区的一侧；所述第二岸坡型湿地、第二漫流式湿地和第二组湿地水文支路位于减脱水河段的支流河口回水区的另一侧；所述第一岸坡型湿地位于第一漫流式湿地和减脱水河段的支流河口回水区之间；所述第一组湿地水文支路横跨第一岸坡型湿地，其一端通过闸门与减脱水河段的支流河口回水区的一侧连接，其另一端与第一漫流式湿地连接；所述第二岸坡型湿地位于第二漫流式湿地和减脱水河段的支流河口回水区之间；所述第二组湿地水文支路横跨第二岸坡型湿地，其一端通过闸门与减脱水河段的支流河口回水区的另一侧连接，其另一端与第二漫流式湿地连接。
上述进一步方案的有益效果为：第一岸坡型湿地和第二岸坡型湿地布置在支流河道的两侧，在非洪水期充当植被缓冲带，可以截留因坡面汇流产生的污染物，减少面源污染。
进一步地，第一漫流式湿地和第二漫流式湿地从地表至地下包括：鹅卵石层、混合土层、沸石层、火山岩层、陶粒层和轮胎颗粒层。
进一步地，鹅卵石层的鹅卵石粒径为6cm至8cm，其厚度为5cm；所述混合土层的厚度为15cm；所述沸石层的厚度为24cm，其粒径为2mm至5mm；所述火山岩层的厚度为12cm，其粒径为2cm至5cm；所述的陶粒层的厚度为12cm，其粒径为2mm至5mm；所述轮胎颗粒层的厚度为12cm，其粒径为2mm至6mm。
一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态修复方法，包括以下步骤：
S1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，进行土方开挖坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统；
S2、通过坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统对坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态进行修复。
进一步地，所述步骤S1中以下分步骤：
S11、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖第一岸坡型湿地、第二岸坡型湿地、第一漫流式湿地、第二漫流式湿地、第一组湿地水文支路和第二组湿地水文支路；
S12、对第一岸坡型湿地、第二岸坡型湿地、第一漫流式湿地、第二漫流式湿地、第一组湿地水文支路和第二组湿地水文支路进行构建，得到土方开挖坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统。
进一步地，所述步骤S12中第一组湿地水文支路和第二组湿地水文支路的构建方法为：
A1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖多条湿地水文支路；
A2、在湿地水文支路的深水区种植沉水植物，在湿地水文支路的浅水区种植挺水植物；
A3、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在减脱水河段的支流河口回水区和第一漫流式湿地之间，横跨第一岸坡型湿地，构成第一组湿地水文支路；
A4、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在第二漫流式湿地和减脱水河段的支流河口回水区之间，横跨第二岸坡型湿地，构成第二组湿地水文支路。
进一步地，所述步骤A2中沉水植物包括：菹草、苦草、马来眼子菜和金鱼藻；
所述挺水植物包括：芦苇、水葱、菖蒲、水芹菜和慈姑。
上述进一步方案的有益效果为：通过沉水植物和挺水植物在退水过程中阻控悬浮颗粒。
进一步地，所述步骤S12中第一漫流式湿地和第二漫流式湿地的构建方法包括以下步骤：
B1、根据减脱水河段的支流河口回水区两侧的现状地势进行疏挖多条溪流；
B2、对多条溪流进行勾连和交错处理，构成溪流特征湿地；
B3、对溪流特征湿地从上游至下游进行梯田型布置，构建溪流梯田特征湿地；
B4、将减脱水河段的支流河口回水区一侧的溪流梯田特征湿地与第一组湿地水文支路的尾端连接，构成第一漫流式湿地；
B5、将减脱水河段的支流河口回水区另一侧的溪流梯田特征湿地与第二组湿地水文支路的尾端连接，构成第二漫流式湿地。
上述进一步方案的有益效果为：在洪水期，打开闸门，将支流回水区处的水通过地势条件诱导至人工挖掘的湿地水文支路，通过湿地水文支路进入漫流式湿地，通过鹅卵石层、混合土层、煤灰渣和高炉渣混合层、砂砾层以及轮胎颗粒和陶瓷滤料混合层对氮磷等营养物质进行滤出。
综上，本发明的有益效果为：在洪水期涨水时，本修复系统充当河漫滩区，由于支流回水区水位的不断升高，通过将回水区的水经人工诱导湿地水文支路通过岸坡型湿地进入漫流式湿地，漫流式湿地采用梯田型布置，自湿地水文支路取水，并重力自流布水，不仅节省运行电力成本，同时通过水位与湿地内流量的变化和调控，形成不同溶氧环境，促进对污染物质的净化，并且漫流式湿地基质各层布设高效脱氮除磷填料，强化漫流式湿地对氮磷的去除效果。在非洪水期，漫流式湿地充当缓冲带，岸坡型湿地充当河滨带，可以有效拦截因坡面汇流迁移的污染物，减少面源污染对支流水体水质的影响，不同水期均可对水质净化起到重要作用。岸坡型湿地植物也可加固岸坡，削减冲刷侵蚀。与单一湿地处理技术相比，本发明设计了多种处理技术，充分发挥了各级湿地相互协调互补的作用，提高了水质净化的效率。
附图说明
图1为一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统的系统框图；
图2为一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态修复方法的流程图；
其中，1、第一岸坡型湿地；2、第二岸坡型湿地；3、第一漫流式湿地；4、第二漫流式湿地；5、第一组湿地水文支路；6、第二组湿地水文支路；7、闸门。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统，包括：第一岸坡型湿地1、第二岸坡型湿地2、第一漫流式湿地3、第二漫流式湿地4、第一组湿地水文支路5、第二组湿地水文支路6和闸门7；
所述第一岸坡型湿地1、第一漫流式湿地3和第一组湿地水文支路5位于减脱水河段的支流河口回水区的一侧；所述第二岸坡型湿地2、第二漫流式湿地4和第二组湿地水文支路6位于减脱水河段的支流河口回水区的另一侧；所述第一岸坡型湿地1位于第一漫流式湿地3和减脱水河段的支流河口回水区之间；所述第一组湿地水文支路5横跨第一岸坡型湿地1，其一端通过闸门7与减脱水河段的支流河口回水区的一侧连接，其另一端与第一漫流式湿地3连接；所述第二岸坡型湿地2位于第二漫流式湿地4和减脱水河段的支流河口回水区之间；所述第二组湿地水文支路6横跨第二岸坡型湿地2，其一端通过闸门7与减脱水河段的支流河口回水区的另一侧连接，其另一端与第二漫流式湿地4连接。
第一漫流式湿地3和第二漫流式湿地4从地表至地下包括：鹅卵石层、混合土层、沸石层、火山岩层、陶粒层和轮胎颗粒层。
鹅卵石层的鹅卵石粒径为6cm至8cm，其厚度为5cm；所述混合土层的厚度为15cm；所述沸石层的厚度为24cm，其粒径为2mm至5mm；所述火山岩层的厚度为12cm，其粒径为2cm至5cm；所述的陶粒层的厚度为12cm，其粒径为2mm至5mm；所述轮胎颗粒层的厚度为12cm，其粒径为2mm至6mm。
如图2所示，一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态修复方法，包括以下步骤：
S1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，进行土方开挖坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统；
步骤S1中以下分步骤：
S11、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖第一岸坡型湿地1、第二岸坡型湿地2、第一漫流式湿地3、第二漫流式湿地4、第一组湿地水文支路5和第二组湿地水文支路6；
S12、对第一岸坡型湿地1、第二岸坡型湿地2、第一漫流式湿地3、第二漫流式湿地4、第一组湿地水文支路5和第二组湿地水文支路6进行构建，得到土方开挖坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统。
步骤S12中第一组湿地水文支路5和第二组湿地水文支路6的构建方法为：
A1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖多条湿地水文支路；
A2、在湿地水文支路的深水区种植沉水植物，在湿地水文支路的浅水区种植挺水植物；
步骤A2中沉水植物包括：菹草、苦草、马来眼子菜和金鱼藻；
所述挺水植物包括：芦苇、水葱、菖蒲、水芹菜和慈姑。
A3、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在减脱水河段的支流河口回水区和第一漫流式湿地3之间，横跨第一岸坡型湿地1，构成第一组湿地水文支路5；
A4、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在第二漫流式湿地4和减脱水河段的支流河口回水区之间，横跨第二岸坡型湿地2，构成第二组湿地水文支路6。
所述步骤S12中第一漫流式湿地3和第二漫流式湿地4的构建方法包括以下步骤：
B1、根据减脱水河段的支流河口回水区两侧的现状地势进行疏挖多条溪流；
B2、对多条溪流进行勾连和交错处理，构成溪流特征湿地；
B3、对溪流特征湿地从上游至下游进行梯田型布置，构建溪流梯田特征湿地；
B4、将减脱水河段的支流河口回水区一侧的溪流梯田特征湿地与第一组湿地水文支路5的尾端连接，构成第一漫流式湿地3；
B5、将减脱水河段的支流河口回水区另一侧的溪流梯田特征湿地与第二组湿地水文支路6的尾端连接，构成第二漫流式湿地4。
S2、通过坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统对坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态进行修复。
具体水质净化工艺流程为：支流回水→湿地水文支路→岸坡型湿地→漫流式湿地→入河。
洪水期涨潮时，支流回水通过人工诱导通过湿地水文支路，将部分固体颗粒物过滤拦截，然后进入岸坡型湿地，在岸坡型湿地经短暂处理后再经湿地水文支路进入漫流式湿地，漫流式湿地模拟天然湿地特征，疏挖若干溪流，形成条带状湿地特征，构建形成溪流特征湿地，增大水体覆盖面积，采用梯田型布置，自湿地水文支路取水，并重力自流布水，同时通过水位与湿地内流量的变化和调控，形成不同溶氧环境，促进对污染物质的净化，并且漫流式湿地布设各层高效脱氮除磷填料，强化漫流式湿地对氮磷的强化去除效果，大大提升了水质处理效果。
在本实例中通过以下的实验数据与已公开的填料组合进行对比，论证本发明的漫流式湿地中地表至地下各层基质构建具有更好地效果。
以下为16种现有基质组合对氮、磷的吸附效果，16种基质组合分布为1：50%红砖+25%轮+25%沸 2：50%煤+25%轮+25%沸 3：50%陶+25%红砖+25%轮 4：50%煤+25%红砖+25%陶5：50%沸+25%红砖+25%煤 6：50%轮+25%陶+25%煤 7：20%红砖+20%轮+20%陶+40%沸 8：20%红砖+20%轮+20%陶+40%沸 9：25%轮+25%陶+50%沸 10：50%红砖+25%沸+25%陶 11：50%陶+25%沸+25%煤 12：50%沸+25%轮+25%煤13：50%沸+25%轮+25%煤14：20%沸+20%轮+20%无烟煤+20%岩+20%陶15：25%沸+25%轮+25%岩+25%陶16：40%沸+20%煤+20%岩+20%陶；其中，沸为沸石，轮为轮胎颗粒，煤为无烟煤，岩为火山岩，陶为陶粒。
本发明的基质配比相比于现有的16种基质配比对对氮、磷的吸附效果如表1所示。
表1：各种组合基质48h对氮磷的最终吸附量
Figure 215008DEST_PATH_IMAGE001
根据表1对比可知，本发明的基质配比综合性能优于其他16种现有基质配比。

Claims (7)

1.一种坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统，其特征在于，包括：第一岸坡型湿地（1）、第二岸坡型湿地（2）、第一漫流式湿地（3）、第二漫流式湿地（4）、第一组湿地水文支路（5）、第二组湿地水文支路（6）和闸门（7）；
所述第一岸坡型湿地（1）、第一漫流式湿地（3）和第一组湿地水文支路（5）位于减脱水河段的支流河口回水区的一侧；所述第二岸坡型湿地（2）、第二漫流式湿地（4）和第二组湿地水文支路（6）位于减脱水河段的支流河口回水区的另一侧；所述第一岸坡型湿地（1）位于第一漫流式湿地（3）和减脱水河段的支流河口回水区之间；所述第一组湿地水文支路（5）横跨第一岸坡型湿地（1），其一端通过闸门（7）与减脱水河段的支流河口回水区的一侧连接，其另一端与第一漫流式湿地（3）连接；所述第二岸坡型湿地（2）位于第二漫流式湿地（4）和减脱水河段的支流河口回水区之间；所述第二组湿地水文支路（6）横跨第二岸坡型湿地（2），其一端通过闸门（7）与减脱水河段的支流河口回水区的另一侧连接，其另一端与第二漫流式湿地（4）连接，通过将回水区的水经人工诱导湿地水文支路通过岸坡型湿地进入漫流式湿地；
所述第一漫流式湿地（3）和第二漫流式湿地（4）从地表至地下包括：鹅卵石层、混合土层、沸石层、火山岩层、陶粒层和轮胎颗粒层；
第一组湿地水文支路（5）和第二组湿地水文支路（6）的构建方法为：
A1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖多条湿地水文支路；
A2、在湿地水文支路的深水区种植沉水植物，在湿地水文支路的浅水区种植挺水植物；
A3、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在减脱水河段的支流河口回水区和第一漫流式湿地（3）之间，横跨第一岸坡型湿地（1），构成第一组湿地水文支路（5）；
A4、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在第二漫流式湿地（4）和减脱水河段的支流河口回水区之间，横跨第二岸坡型湿地（2），构成第二组湿地水文支路（6）。
2.根据权利要求1所述的坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统，其特征在于，所述鹅卵石层的鹅卵石粒径为6cm至8cm，其厚度为5cm；所述混合土层的厚度为15cm；所述沸石层的厚度为24cm，其粒径为2mm至5mm；所述火山岩层的厚度为12cm，其粒径为2cm至5cm；所述的陶粒层的厚度为12cm，其粒径为2mm至5mm；所述轮胎颗粒层的厚度为12cm，其粒径为2mm至6mm。
3.一种根据权利要求1所述的坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，进行土方开挖坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统；
S2、通过坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统对坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态进行修复。
4.根据权利要求3所述的坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中以下分步骤：
S11、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖第一岸坡型湿地（1）、第二岸坡型湿地（2）、第一漫流式湿地（3）、第二漫流式湿地（4）、第一组湿地水文支路（5）和第二组湿地水文支路（6）；
S12、对第一岸坡型湿地（1）、第二岸坡型湿地（2）、第一漫流式湿地（3）、第二漫流式湿地（4）、第一组湿地水文支路（5）和第二组湿地水文支路（6）进行构建，得到土方开挖坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统。
5.根据权利要求4所述的坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S12中第一组湿地水文支路（5）和第二组湿地水文支路（6）的构建方法为：
A1、根据减脱水河段的支流河口回水区的两侧现状地势，开挖多条湿地水文支路；
A2、在湿地水文支路的深水区种植沉水植物，在湿地水文支路的浅水区种植挺水植物；
A3、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在减脱水河段的支流河口回水区和第一漫流式湿地（3）之间，横跨第一岸坡型湿地（1），构成第一组湿地水文支路（5）；
A4、将多条种植了植物的湿地水文支路设置在第二漫流式湿地（4）和减脱水河段的支流河口回水区之间，横跨第二岸坡型湿地（2），构成第二组湿地水文支路（6）。
6.根据权利要求5所述的坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统的构建方法，其特征在于，所述步骤A2中沉水植物包括：菹草、苦草、马来眼子菜和金鱼藻；
所述挺水植物包括：芦苇、水葱、菖蒲、水芹菜和慈姑。
7.根据权利要求4所述的坝后减脱水河段潮汐式支流河口水生态系统的构建方法，其特征在于，所述步骤S12中第一漫流式湿地（3）和第二漫流式湿地（4）的构建方法包括以下步骤：
B1、根据减脱水河段的支流河口回水区两侧的现状地势进行疏挖多条溪流；
B2、对多条溪流进行勾连和交错处理，构成溪流特征湿地；
B3、对溪流特征湿地从上游至下游进行梯田型布置，构建溪流梯田特征湿地；
B4、将减脱水河段的支流河口回水区一侧的溪流梯田特征湿地与第一组湿地水文支路（5）的尾端连接，构成第一漫流式湿地（3）；
B5、将减脱水河段的支流河口回水区另一侧的溪流梯田特征湿地与第二组湿地水文支路（6）的尾端连接，构成第二漫流式湿地（4）。
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