CN115947457A - 一种生态库系统及截污自净方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生态库系统及截污自净方法，该生态库系统包括生态库区、湿地区、排洪渠和截流渠，所述湿地区和排洪渠均位于生态库区的上游，所述生态库区的下游设置有排出隧道和主库连通闸，所述排出隧道连通生活用水库，主库连通闸下游连通主水库，所述生态库区的下游侧设置有生态堤，生态堤分隔生态库区和主水库，所述主库连通闸从生态堤中穿过；所述截流渠直接连通到生态库区。该方法为3.5~10mm的初雨进入湿地区处理后进入生态库区，3.5~10mm的降雨量时，通过排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制，水位低于堰顶时，打开总进水闸，河水进入湿地区，水位高于溢流堰的堰顶后，河水通过排洪渠进入下游生态库区。本发明实现雨水收集的水资源高效利用。

Description

一种生态库系统及截污自净方法

技术领域

本发明涉及一种生态库系统及截污自净方法，属于水利工程建设、水生态环境保护的技术领域。

背景技术

当前水库是绝大部分地区的主要饮用水源地，因此水库工程的建设是与人类饮用水安全密切相关。水库水源地有别于河道水源地和湖泊水源地，其主要特征是水库水源地常位于地形和海拔相对较高地区，因其特殊的地理位置，是人类干扰较少的重要水源地，其水质往往能够得到保障。而河道和湖泊水源地常位于内陆平原地区，因其气象水文条件适宜人类居住，因而人类常依河湖而居，对其产生重要的污染，从而水源地水质难以保障，需要开展大量治理才能保证供水水质安全。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种生态库系统及截污自净方法，既能实现雨水收集的水资源高效利用，也能杜绝污水排放进入水源地，对废水进行截流，同时能够实现劣质水体生态净化后对下游河道进行生态补水。其具体技术方案如下：

一种生态库系统，包括生态库区、湿地区、排洪渠和截流渠，所述湿地区和排洪渠均位于生态库区的上游，所述生态库区的下游设置有排出隧道和主库连通闸，所述排出隧道连通生活用水库，主库连通闸下游连通主水库，

所述生态库区的下游侧设置有生态堤，生态堤分隔生态库区和主水库，所述主库连通闸从生态堤中穿过；

所述截流渠直接连通到生态库区。

进一步的，所述排洪渠的上游端连接排污河，排洪渠靠近其入流端设置拦截河道的挡水堰，所述挡水堰的下游端设置有连通排洪渠和湿地区的连通闸，排洪渠的下游端连通到生态库区；

所述湿地区从上游到下游分隔成多个区域，每个区域之间通过拦截坝隔开，最下游的一个湿地区区域通过溢流堰连接生态库区。

进一步的，所述生态堤上方铺设公路和景观路，所述生态堤上游端到排洪渠的入流端之间铺设有巡库路，所述生态堤下游端延伸到包围生态库区的另一边的下游区域也铺设有巡库路。

进一步的，所述生态堤朝向生态库区的一侧还设置有安全缓冲平台，所述生态库区的周围从岸上到水下依次种植有水土保持及景观林、季节性湿地林、浅挺水植物、深挺水植物、浮水植物和沉水植物。

进一步的，所述截流渠底部铺设有级配碎石垫层，并在级配碎石垫层上面铺设厚粒径干砌石，底部朝向两岸铺设一圈景观置石护脚，所述景观置石护脚的上侧四周设置有定形圈层，所述定形圈层从下到上依次为铺设级配碎石垫层、干砌石护坡、人工铺填种植土、三维土工网和草皮护坡；所述草皮护坡一直延伸铺设到截流渠两岸上方，朝向生态提延伸的草皮护坡下面铺设有加筋三维植被网垫护坡，加筋三维植被网垫护坡下面设置有均匀设置多个钢筋土钉。

进一步的，所述草皮护坡采用草籽喷播的方式播种，具体为：采用气力或液力将草籽喷撒到种植草坪土地上，气力喷播前，草籽先进行裹衣处理，液力喷播前，需将种子进行催芽处理，并与纤维覆盖物、黏合剂、肥料和一定比例的水组成混合浆液，然后进行喷播。

基于上述的生态库系统的截污自净方法，具体为：

0~3.5mm的初雨通过沿河截污干管进入市政管网，3.5~10mm的初雨进入湿地区处理后进入生态库区， 10mm~P=2%的雨水直接进入生态库区，大于P=2%的洪水直接进入主水库，湿地区内的排洪渠P=10%，上游的河水通过渠道直接流入生态库内，此外旱季基流也通过渠道直接流入生态库内；

3.5~10mm的降雨量时，通过排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制，水位低于堰顶时，打开总进水闸，河水进入湿地区，随着降雨历时增加，水位高于溢流堰的堰顶后，关闭总进水闸，打开挡水堰，河水通过排洪渠进入下游生态库区。

进一步的，降雨小于等于10mm的初期雨水污染物浓度高，需要集中处理，0~3.5mm的初雨通过截污系统进入污水厂，3.5~10mm的初雨进入湿地区处理，工业区域的0~10mm的初期雨水也进入湿地取处理。

本发明的有益效果是：

本发明具有截污和生态净化功能，能够对雨水资源高效利用，通过截污方式减少废污水进入水库水源地，同时使得截留废污水通过生态库的净化作用对下游河道进行生态补水。

本发明通过提出生态库的建设，既能解决水质型缺水问题，同时也能解决水源型缺水问题，通过对传统水利工程进行改扩建，增加其水生态环境功能，是工程建设领域一项重要的创新方法，且更具实践操作性。

附图说明

图1是本发明的系统的分布图，

图2是本发明的排洪渠的局部图，

图3是本发明的生态库区的断面图，

图4是本发明生态库区的植被分布图，

图中：1-水土保持及景观林；2-季节性湿地林；3-浅挺水植物；4-深挺水植物；5-浮水植物；6-沉水植物；7-生态堤；8-安全缓冲平台；9-溢流堰；10-湿地区；11-排洪渠；12-巡库路；13-联通闸；14-总进水闸；15-草籽喷播；16-加筋三维植被网垫护坡；17-三维土工网+草皮护坡；18-人工铺填种植土；19-干砌石护坡；20-级配碎石垫层；21-厚粒径干砌石；22-级配碎石垫层；23-景观置石护脚；24-草皮护坡；25-截流渠；26-钢筋土钉；27-总进水闸；28-挡水堰。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

文中附图标记名称依次为：水土保持及景观林1；季节性湿地林2；浅挺水植物3；深挺水植物4；浮水植物5；沉水植物6；生态堤7；安全缓冲平台8；溢流堰9；湿地区10；排洪渠11；巡库路12；联通闸13；总进水闸14；草籽喷播15；加筋三维植被网垫护坡16；三维土工网+草皮护坡17；人工铺填种植土18；干砌石护坡19；级配碎石垫层20；厚粒径干砌石21；级配碎石垫层22；景观置石护脚23；草皮护坡24；截流渠25；钢筋土钉26；总进水闸27；挡水堰28。

如图1所示，本发明的生态库系统，包括生态库区、湿地区、排洪渠和截流渠，湿地区和排洪渠均位于生态库区的上游，生态库区的下游设置有排出隧道和主库连通闸，排出隧道连通生活用水库，主库连通闸下游连通主水库。

生态库区的下游侧设置有生态堤，生态堤分隔生态库区和主水库，主库连通闸从生态堤中穿过。

截流渠直接连通到生态库区。

参见图2，排洪渠的上游端连接排污河，排洪渠靠近其入流端设置拦截河道的挡水堰，挡水堰的下游端设置有连通排洪渠和湿地区的连通闸，排洪渠的下游端连通到生态库区。

湿地区从上游到下游分隔成多个区域，每个区域之间通过拦截坝隔开，最下游的一个湿地区区域通过溢流堰连接生态库区。

生态堤上方铺设公路和景观路，生态堤上游端到排洪渠的入流端之间铺设有巡库路，生态堤下游端延伸到包围生态库区的另一边的下游区域也铺设有巡库路。

生态堤朝向生态库区的一侧还设置有安全缓冲平台。

下面分别介绍上面各个主要部分的具体设计要求和作用：

生态堤7；生态堤主体物理隔离采用直线式的混凝土堤身结构将生态库与水源区隔离，使得生态库内的管网溢流水体水质不达标情况下不进入水源地水库。

安全缓冲平台8：为生态安全缓冲区，安全缓冲平台表面设置三维土工网和草皮护坡，一方面起到消浪减少不规则的水体对堤防冲刷，增加堤防的安全性能；另一方面起到水质缓冲功能，减少水体通过堤防渗漏的方式进入水源地水库。

溢流堰9：初期雨水的污染物浓度含量高，水质差，不满足直接入生态库区的要求，因此这部分初雨需要经过处理后排放。初雨量为0~10mm，其中0~3.5mm的雨水经截污系统（截污系统就是城市污水管网（下水管道），降雨0-3.5mm，雨水冲刷地面污渍形成高浓度污水，部分进入污水管网后通入城市污水处理厂处理达标后直接排放河道，部分进入雨水管网后通过入库河流排入生态库，也就是后文提到的湿地系统处理，湿地可以吸收污染物，降低污水浓度后排放至下游或者存蓄在生态库。）进入市政管网，剩余雨水进入湿地区处理。整个湿地区3.5~10mm的进水通过排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制，通过水文模拟测算10mm，1h降雨，确定设计水位，从而确定堰顶标高，运行水位低于堰顶标高时，打开总进水闸门，河水进入湿地区，随着降雨历时增加，水位高于溢流堰堰顶后，关闭总进水闸门，大于10mm的降水通过排洪渠直接进入下游生态库区；在总进水闸前放置COD、氨氮在线监测仪，若3.5~10mm的降雨水质达到地表准Ⅳ（“准Ⅳ类”标准指的是污水中常规指标除总氮外均达到地表水Ⅳ类标准）类水标准，关闭总进水闸门，雨水通过溢流堰进入排洪渠流入生态库区。

湿地区10：湿地区是人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，污水在沿一定方向流动的过程中，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。同时增加景观多样性和水体净化能力。

排洪渠11：湿地区位于河口与生态库之间，目的是将河道内来水经过湿地区的净化后进入生态库内。为减少超湿地负荷的洪水对其冲毁破坏，在溢流水体进入生态库湿地的外侧新建一条排洪渠，将一定标准的洪水（大于10mm的降水形成的洪水通过排洪渠直接进入下游生态库区）绕开湿地直接排入生态库内进行调蓄，同时，排洪渠内修建挡水堰与湿地侧连通闸，将满足设计标准的初期雨水引入湿地净化处理。

巡库路12：生态库主体工程在水库周边设计了巡库路，地面设计为透水形式，使道路硬化地面透水率达到80%。以塑造良性水文循环、改善水生态环境为目标，系统引导和推广以低冲击开发为特色的道路雨洪利用系统，改善城市生态环境，促进水文循环，修复水生态，营造丰富的水景观；缓解水资源供需矛盾，减少城市洪涝灾害，控制雨水径流污染。

联通闸13：在生态堤上设置联通闸，保证生态库与主水库能相互连通，一同发挥调蓄功能。平时，联通闸常关，确保发生50年一遇以下频率的洪水时分隔主水库与生态库区内水体；当发生50年一遇或以上频率的洪水时，联通闸开启，联通主水库与生态库，共同发挥水库调蓄功能。

总进水闸14：整个湿地系统3.5~10mm的进水通过新建排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制，运行水位低于溢流堰堰顶标高时，打开总进水闸门，河水进入湿地区系统，随着降雨历时增加，水位高于溢流堰堰顶后，关闭总进水闸，大于10mm的降水通过排洪渠直接进入下游生态库区。在总进水闸前放置COD、氨氮在线监测仪，若3.5~10mm的降雨水质达到地表准Ⅳ，关闭闸门，雨水通过溢流堰进入排洪渠流入生态库。

参见图4，生态库区的周围从岸上到水下依次种植有水土保持及景观林、季节性湿地林、浅挺水植物、深挺水植物、浮水植物和沉水植物。

下面依次介绍种植植物的具体要求和作用：

水土保持及景观林1：种植于正常水位以上，主要功能是用于加固土壤结构和景观作用，保障在雨季水体下渗过程中保持土壤稳定。

季节性湿地林2：种植区域为消落带，保持在正常水位下的水位波动期间能够对消落带的污染物起到净化作用，也是全工况生态库水质保障的重要一个阶段。

浅挺水植物3：种植于水深0-0.6m河岸区域，主要降解0-0.6m深水体污染物。植株上部分叶片露出水面，而下部分沉在水下，通常，大多数挺水植物都有根系，它们的根扎根于泥土中吸收营养成份。因为更容易受到环境扰动，如风浪、动物、人类活动的影响，挺水植物的根茎叶残体经常混合堆积在湿地岸边，它们的分解对湿地生态系统会产生很大的影响，是湿地生态系统内一种重要的植物类型。

深挺水植物4：种植于水深0.6-1.5m河岸区域，主要降解0-0.6m深水体污染物。

浮水植物5：种植于水深大于1.5m区域，通常具有发达的根系，同时由于其漂浮于水面，接受阳光多，生长迅速，因此可以快速地消耗水中的氮、磷等营养物质，是生物净化水体中常用的植物类型。

沉水植物6：种植于河床区域，沉水植物给水生动物提供更多的生活栖息和隐蔽场所，又可以增加水中的溶氧，净化水质，扩大水生动物的有效生存空间，同时，沉水植物的幼嫩部分又可供水生动物摄食，从而改善整个水生生态系统。

参见图3，截流渠底部铺设有级配碎石垫层，并在级配碎石垫层上面铺设厚粒径干砌石，底部朝向两岸铺设一圈景观置石护脚，景观置石护脚的上侧四周设置有定形圈层，定形圈层从下到上依次为铺设级配碎石垫层、干砌石护坡、人工铺填种植土、三维土工网和草皮护坡；草皮护坡一直延伸铺设到截流渠两岸上方，朝向生态提延伸的草皮护坡下面铺设有加筋三维植被网垫护坡，加筋三维植被网垫护坡下面设置有均匀设置多个钢筋土钉26。

草皮护坡采用草籽喷播15的方式播种，具体为：采用气力或液力将草籽喷撒到种植草坪土地上，气力喷播前，草籽先进行裹衣处理，液力喷播前，需将种子进行催芽处理，并与纤维覆盖物、黏合剂、肥料和一定比例的水组成混合浆液，然后进行喷播。

加筋三维植被网垫护坡16：厚200mm，利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统，通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术。根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点，在边坡表面覆盖一层土工合成材料并按一定的组合与间距种植多种植物。通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的，经过生态护坡技术处理，可在坡面形成茂密的植被覆盖，在表土层形成盘根错节的根系，有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，减小孔隙水压力和土体自重力，从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

三维土工网+草皮护坡17：三维构造的似黄瓜互联网样的网垫，材质松散、柔韧性，留出90%的室内空间可填充土壤层、砂砾和细石，绿色植物根茎能够越过期间，舒服、齐整、平衡的生长发育，成长为后的草坪使网垫、草坪、土壤表面牢固地融合在一起，因为绿色植物根茎可深层次土层下列30-40cm，产生了一层牢固的翠绿色复合型防护层。

人工铺填种植土18：厚100mm，人工填种植土，种植土除满足盐分、pH值要求外，还需质地疏松，有团粒结构，具一定肥力，且为地层深80厘米以上的表层土。否则,土壤质地粘重，通气透水性能差，浇水后易板结，不利植物生长。在隔层的中间，使用少量马粪和沙质土壤拌匀进行复填。

干砌石护坡19：厚500mm，干砌石是不用胶结材料的块石砌体。它依靠石块自身重量及石块接触面间的摩擦力在外力作用下保持稳定。石料砌筑前应清除表面的泥垢，敲去尖角薄棱，干砌石块要求做到砌放平稳，砌缝密合，相互压紧，外形平整，然后用片石把石块间隙塞实捣紧，使每个石块都能保持稳定，相互结合成为整体。

级配碎石垫层20：厚100mm，是由各种大小不同粒级集料组成的混合料，当其级配符合技术规范的规定时，包括级配碎石、级配碎砾石和级配砾石。并且在铺设它的基层之前，一定要把它基层上的杂物以及尘土给清除掉，这样才能够把它压平整了。接着在它表面上有松软的地方或者是有些不足的地方，都要重新进行碾压。

厚粒径干砌石21：厚度为300-500mm厚粒径干砌石，由于底部受力较大，故铺设厚度高于护坡。

级配碎石垫层22：厚度为200mm的级配碎石垫层，由于底部受力较大，故铺设厚度高于护坡。

景观置石护脚23：美化景观景观空间的功能护脚石，防止水流淘刷所采取的工程措施。一般自枯水位开始向下进行防护。护脚工程长期浸在水下，建筑材料要求能抗水流冲击和耐水性能好。

草皮护坡24：综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡。在河堤两侧斜坡面种草皮，草皮生根生长以后，可以防止雨水对于河堤和道路坡面的冲刷，从而起到保护河堤与道路的作用。

截流渠25：截流渠的目的在于截留降雨过程中，从工业园区的地面雨水，并经过一定的净化后，输送至生态库区。流过的雨水。

钢筋土钉26：是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。其构造为设置在坡体中的加筋杆件（即土钉或锚杆）与其周围土体牢固粘结形成的复合体，以及面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构。

基于上述的生态库系统的截污自净方法，具体为：

0~3.5mm的初雨通过沿河截污干管进入市政管网，3.5~10mm的初雨进入湿地区处理后进入生态库区， 10mm~P=2%的雨水直接进入生态库区，大于P=2%的洪水直接进入主水库，湿地区内的排洪渠P=10%，上游的河水通过渠道直接流入生态库内，此外旱季基流也通过渠道直接流入生态库内；

3.5~10mm的降雨量时，通过排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制，水位低于堰顶时，打开总进水闸，河水进入湿地区，随着降雨历时增加，水位高于溢流堰的堰顶后，关闭总进水闸，打开挡水堰，河水通过排洪渠进入下游生态库区。

降雨小于等于10mm的初期雨水污染物浓度高，需要集中处理，0~3.5mm的初雨通过截污系统进入污水厂，3.5~10mm的初雨进入湿地区处理，工业区域的0~10mm的初期雨水也进入湿地取处理。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

Claims (8)

1.一种生态库系统，其特征在于：包括生态库区、湿地区、排洪渠和截流渠，所述湿地区和排洪渠均位于生态库区的上游，所述生态库区的下游设置有排出隧道和主库连通闸，所述排出隧道连通生活用水库，主库连通闸下游连通主水库，

所述生态库区的下游侧设置有生态堤，生态堤分隔生态库区和主水库，所述主库连通闸从生态堤中穿过；

所述截流渠直接连通到生态库区。

2.根据权利要求1所述的生态库系统，其特征在于：所述排洪渠的上游端连接排污河，排洪渠靠近其入流端设置拦截河道的挡水堰，所述挡水堰的下游端设置有连通排洪渠和湿地区的连通闸，排洪渠的下游端连通到生态库区；

所述湿地区从上游到下游分隔成多个区域，每个区域之间通过拦截坝隔开，最下游的一个湿地区区域通过溢流堰连接生态库区。

3.根据权利要求1所述的生态库系统，其特征在于：所述生态堤上方铺设公路和景观路，所述生态堤上游端到排洪渠的入流端之间铺设有巡库路，所述生态堤下游端延伸到包围生态库区的另一边的下游区域也铺设有巡库路。

4.根据权利要求1所述的生态库系统，其特征在于：所述生态堤朝向生态库区的一侧还设置有安全缓冲平台，所述生态库区的周围从岸上到水下依次种植有水土保持及景观林、季节性湿地林、浅挺水植物、深挺水植物、浮水植物和沉水植物。

5.根据权利要求1所述的生态库系统，其特征在于：所述截流渠底部铺设有级配碎石垫层，并在级配碎石垫层上面铺设厚粒径干砌石，底部朝向两岸铺设一圈景观置石护脚，所述景观置石护脚的上侧四周设置有定形圈层，所述定形圈层从下到上依次为铺设级配碎石垫层、干砌石护坡、人工铺填种植土、三维土工网和草皮护坡；所述草皮护坡一直延伸铺设到截流渠两岸上方，朝向生态提延伸的草皮护坡下面铺设有加筋三维植被网垫护坡，加筋三维植被网垫护坡下面设置有均匀设置多个钢筋土钉。

6.根据权利要求5所述的生态库系统，其特征在于：所述草皮护坡采用草籽喷播的方式播种，具体为：采用气力或液力将草籽喷撒到种植草坪土地上，气力喷播前，草籽先进行裹衣处理，液力喷播前，需将种子进行催芽处理，并与纤维覆盖物、黏合剂、肥料和一定比例的水组成混合浆液，然后进行喷播。

7.基于如上述任一权利所述的生态库系统的截污自净方法，其特征在于：具体为：

0~3.5mm的初雨通过沿河截污干管进入市政管网，3.5~10mm的初雨进入湿地区处理后进入生态库区， 10mm~P=2%的雨水直接进入生态库区，大于P=2%的洪水直接进入主水库，湿地区内的排洪渠P=10%，上游的河水通过渠道直接流入生态库内，此外旱季基流也通过渠道直接流入生态库内；

3.5~10mm的降雨量时，通过排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制，水位低于堰顶时，打开总进水闸，河水进入湿地区，随着降雨历时增加，水位高于溢流堰的堰顶后，关闭总进水闸，打开挡水堰，河水通过排洪渠进入下游生态库区。

8.根据权利要求7所述的生态库系统的截污自净方法，其特征在于：降雨小于等于10mm的初期雨水污染物浓度高，需要集中处理，0~3.5mm的初雨通过截污系统进入污水厂，3.5~10mm的初雨进入湿地区处理，工业区域的0~10mm的初期雨水也进入湿地取处理。

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