一种消浪且促进泥沙沉积的湖滨带生态改良技术的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种消浪且促进泥沙沉积的湖滨带生态改良技术。在综合已有的湖滨带生态修复相关技术基础上，针对湖滨带特点，改善底质、降低水流流速，扩大大型水生高等植物生长、繁殖的基础环境条件；采用生态改良的主要构件包括在湖滨带布设水下拦沙埂和在其头部区域布设竹排浮床；水下拦沙埂主要拦控湖底流动的推移质泥沙，降低其流速，实现泥沙的较快沉降；竹排浮床，主要起到消浪促淤和保护拦沙埂的作用。本发明设计水下拦沙埂及其竹排浮床的组合可以降低水流流速、促进泥沙沉积，利于水生高等植物扎根生存，创建一个有利于泥沙沉积、藻类捕获、和使氮磷等营养元素累积净化的物理环境，从而更好地稳定湖滨带生态系统，实现水质改善的目标。
【专利说明】一种消浪且促进泥沙沉积的湖滨带生态改良技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种湖滨带生态修复技术，尤其是一种消浪且促进泥沙沉积的湖滨带生态改良技术。
【背景技术】
[0002]湖滨湿地以拦截来自陆地的分散的各种污染为主要目的，但人为干扰造成湖滨带沉积物和水生高等植物均比较少。湖滨带往往缺乏植物能扎根的松软底质，且风浪造成湖岸侵蚀，松软泥沙难以停留和堆积，高等植物难以扎根；浮游藻类和风浪引起的底泥再悬浮使水下光能不足，植物不能进行光合作用，无法正常生长和繁殖。因此，必须采取措施，促进底泥淤积，为湖滨带水生高等植物的恢复创建良好的环境。
[0003]基于湖滨带的环境背景，湖滨带修复需要从改变底质，扩大大型水生高等植物生长、繁殖的条件入手，恢复水生植物，从而增加消浪、固沙，减少再悬浮，形成良性循环，逐步提高水体自净能力。因此，实施湖滨带生态工程，改变湖流的原有水动力学条件，创造湖流挟带泥沙的理想沉积环境；利用自然水动力势能运送泥沙到湖滨带，强化泥沙在湖湾预定沉积区内的淤积，降低底泥再悬浮，增加浮游植物的竞争力，抑制藻类的生产力，提高水体中有机质、营养盐迁移转化和输出量，从而提高水体的透明度，为湖滨带的水生高等植物生长发育提供一个良好的环境，加速健康湖滨带形成。
[0004]改良后的湖滨带，将成为湖区水体悬浮颗粒物、有机污染物的沉积净化“汇”和蓝藻及其残体等的捕获区，其湖滨植物带还能够有效滞留以及去除这些污染物，可以有效改善湖滨带的水质，减轻饮用水源地水质净化压力。
[0005]然而，目前为止，未见提出一种具有实际可操作性，且修复效果显著的技术方案。
【发明内容】
[0006]本发明的目的即在于针对湖滨带的生态恢复，提供一种促进泥沙沉积的湖泊硬质驳岸带的生态改良技术。在综合已有的湖滨带生态修复相关技术基础上，针对湖滨带特点，改善底质、降低水流流速，扩大大型水生高等植物生长、繁殖的基础环境条件；以切实起到恢复生态的作用。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种促进泥沙沉积的湖泊硬质驳岸带的生态改良技术，具体在邻近湖滨带的一侧布设多个水下拦沙埂，同时在每个水下拦沙埂的外围区域远离湖滨带的一侧布设竹排浮床。
[0008]其中，水下拦沙埂主要拦控湖底流动的推移质泥沙，降低其流速，实现泥沙的较快沉降；竹排浮床则主要起到消浪促淤和保护水下拦沙埂的作用。本发明特异性设计水下拦沙埂及其竹排浮床的组合可以降低水流流速、促进泥沙沉积，利于水生高等植物扎根生存，从而更好地稳定湖滨带生态系统，实现水质改善的目标。
[0009]本发明所述水下拦沙埂及竹排浮床的数量可依具体情况而定，通常竹排浮床的数量不小于水下拦沙埂，以获得更理想的处理效果。
[0010]本发明所述的水下拦沙埂为水下潜体，其外围布设竹排浮床，采用潜体加竹排浮床的组合构建。
[0011]本发明所述的水下拦沙埂沿平行于湖滨带的方向构建，水下拦沙埂布设在邻近湖滨带一侧，竹排浮床布设在其外围区域远离湖滨带一侧的水面。
[0012]其中，水下拦沙埂的布设位置为距离湖滨带8-15m，竹排浮床的布设位置为距离水下拦沙埂l-2m。
[0013]本发明竹排浮床长度长于拦沙埂的长度40-60cm (竹排浮床的长度一般为2000-2500m)。任意相对设置的水下拦沙埂和竹排浮床的间距为2_5m，以获得更好的促进泥沙沉积的效果。每组水下拦沙埂/竹排浮床之间的间距可依具体应用环境而定，通常可选在相当于水下拦沙埂或竹排浮床平均长度的2-3%。
[0014]其中，所述的竹排浮床由多个竹排单体构成，所述竹排单体宽度为2-2.5 m，长度为15-20 m，竹排单体用竹直径为20-30cm。
[0015]本发明所述的水下拦沙埂剖面结构为梯形，主体部分按1:4-1:3的坡度比进行修建，所述的水下拦沙埂中央区域为挺水植物种植区(一般以芦苇为主)，其顶部高程为水位减去挺水植物所能承受水深上限。此外，在拦沙埂的底部和侧面分别为20 cm厚的块石层，块石选用20-25cm直径的块石，起加固和防护作用；挺水植物种植区垂直区域与块石层之间以碎石填充。
[0016]本发明所述挺水植物种植区的表层覆以5 cm厚的碎石(直径2-5 cm);表层碎石之下是种植土壤，层厚40-50 cm，主要取自当地芦苇种植区或者其它耕层土壤；土壤下面垫以10-15 cm厚的豆石(直径5 mm);豆石层之下是15_25cm的碎石层(直径5 cm)。
[0017]其中，所述的水下拦沙埂的种植土壤装于竹筐或柳篓中(规格70 X 40 X 45 cm3，壁厚I cm)，且设于挺水植物种植区的中央，挺水植物长向与水下拦沙埂的延伸方向垂直，竹筐或柳篓外围以土填实。
[0018]本发明在水下拦沙埂底座外围钉竹桩(或木桩)形成施工区(以更好地界定水下拦沙埂的伸展方向)。竹桩直径10 Cm，间距2 m，平均高度3 m。底部钉入湖底30 cm，顶部露出水面50-100 cm。
[0019]本发明所述的竹排漂浮于湖面，竹排四角用地锚(钢筋混凝土浇灌)或钢筋(钉入湖底硬底约I m深)进行牵引固定。
[0020]其中，每个地锚块规格为0.8 πΓΟ.8 m0.5 m，每根钢筋(直径16 mm)平均长度为1.2 m,牵引绳索直径为16 mm。
[0021]本发明的优点及效果:在湖滨带运用融合丁字坝和水下潜体为一体的水下拦沙埂技术，改变湖流的原有水动力学条件，创造湖流挟带泥沙的理想沉积环境；利用自然水动力势能运送泥沙到湖滨带，强化泥沙在湖湾预定沉积区内的淤积，降低底泥再悬浮，抑制藻类的生产力，减缓了湖滨带的侵蚀，促进底泥淤积，为湖滨带水生高等植物的恢复创建良好的环境条件；水下拦沙埂技术改善了湖滨带生境，为高等植物从湖滨带向水体繁衍，进行生态恢复提供了一条新的途径；通过在水厂附近构筑长有植物的水下拦沙埂工程，创建了一个有利于泥沙沉积、藻类捕获、和使氮磷等营养元素累积净化的物理环境，并在岸边进行消化降解，改善水源地水质。
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1水下拦沙埂及竹排浮床设置点位置图；其中，I为水下拦沙埂，2为竹排浮床； 图2水下拦沙埂的结构示意图；
图3水下拦沙埂剖面结构示意图；其中，3为块石层；4为豆石层；5为芦荟；6为竹筐；7为种植土壤层；8为其他水生植物；
图4竹排与地锚的排布位置示意图，其中9为地锚。
【具体实施方式】
[0024]以下实施例仅举一具体应用实例以说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0025]通过室内模拟实验和野外调查结果，发现在太湖梅梁湾工程示范区实施以水下拦沙埂为主的生态工程，能够创建一个有利于泥沙沉积、藻类捕获、和使氮磷等营养元素累积净化的物理环境。同时，该工程可以进一步加大已有的芦苇面积，结合其它水生高等植物种植和湖滨带陆向部分整治，可以在示范区形成一种健康、稳定和良性持续发展的湖滨带生态系统。
[0026]1.水下拦沙埂的工程结构
太湖湖滨带生态系统构建、稳定和保护技术示范工程于太湖梅梁湾湖滨带进行(图1)。太湖梅梁湾水源地附近的湖滨带主要是由岩石、山体组成，陡峭山坡型湖盆，湖滨带水生高等植物种类比较简单。湖滨带内基岩裸露区较多，湖湾滩地狭窄分散，湖滨带岸边以冲刷侵蚀为主。因此，实施水下拦沙埂工程，可以拦控湖底流动的推移质泥沙，使之流速降低，从而实现泥沙的较快沉降。因此，湖滨带修复工程中以水下拦沙埂为主，同时在其外侧增设消浪竹排浮床。拦沙埂加竹排浮床的组合，可以起到消浪促淤和保护拦沙埂的作用，并有利于其它水生高等植物扎根生存，从而更好地稳定湖滨带生态系统。
[0027]2.水下拦沙埂的构筑
如图1所示，湖滨带生态工程主体-水下拦沙埂主体为长方形，平行于湖滨带的方向构建，水下拦沙埂I布设在靠近湖滨带一侧(距离湖滨带为8-15m)，竹排浮床2在其外围水面，靠向湖心的一侧，与水下拦沙埂的距离为2-5m。
[0028]水下拦沙埂的剖面结构为梯形，如图3。由于人工调控，太湖水位一般不会超过3.5m(以吴淞口高程为基准)，超过此水位即对湖水进行放流。太湖多年平均水位为3.0-3.1 m,随季节有少许波动。芦苇生长所能忍受的水深上限为40-60 cm。因此，设计拦沙埂结构的顶部达到高程2.7 m。主体部分按1:3的坡度比进行修建。图3为高度为I m的剖面结构示意图。
[0029]在拦沙埂的底部和侧面分别为20 cm厚的块石层3，块石选用20 cm直径左右的块石，起加固和防护作用。拦沙埂中央区域为芦苇种植区，表层覆以5 cm厚的碎石(直径2-5cm)，以减少泥土散失。表层碎石之下是芦苇培养基-种植土壤层7，层厚45 cm，主要取自当地芦苇种植区或者其它耕层土壤。采取原位土壤连同芦苇5作为一体，装于竹筐6 (或柳篓)(规格70X40X45 cm3，壁厚I cm)，然后用持重绳打包下放。竹筐6位于芦苇种植区的中央，长向与拦沙埂的延伸方向垂直。竹筐外围以土填实。整个土层(包括竹筐)外面铺垫土工合成材料，防止土壤被波浪冲刷而散失。在土壤下面垫以10 Cm厚的豆石层4 (直径5mm)。豆石层4之下是20 cm的碎石层(直径5 cm)。在芦苇种植区垂直区域外和块石层之间仍以碎石填充(水下拦沙埂的坡面上还可种植其他水生植物8)。
[0030]为界定水下拦沙埂的伸展方向以及便于施工，在水下拦沙埂底座外围钉竹桩(或木桩)形成施工区。竹桩直径10 cm，间距2 m，平均高度3 m。底部钉入湖底30 cm，顶部露出水面50-100 cm。
[0031]3.水下拦沙埂加竹排浮床的组合
在水下拦沙埂外侧架设竹排浮床。所述竹排浮床由多个竹排单体构成，每组竹排单体宽度为2 m，长度为20 m，竹排单体用竹直径为20-30cm，所构建的竹排浮床长度长于水下拦沙埂40-60cm (竹排浮床的长度为2000-2500m)。架设好的竹排漂浮于湖面，竹排四角用地锚9 (钢筋混凝土浇灌)或钢筋(钉入湖底硬底约I m深)进行牵引固定(图4)。每个地锚9块规格为0.8 0.8 πΓ0.5 m，每根钢筋(直径16 mm)平均长度为1.2 m，牵引绳索直径为
16mm。
[0032]4.水下拦沙埂工程实施效果
经过三年的工程示范和研究，水下拦沙埂形成的沉积区，较构筑拦沙埂前有较明显的增加，在拦沙埂群间隔区域以及拦沙埂头部向湖方向7-8 m范围内，颗粒物沉降明显，淤泥沉积区面积增加了 50%以上；沉积区内泥沙沉降速率，在拦沙埂可增加为原先的2倍以上，具体数值超过了根据太湖水体颗粒物中值粒径计算的10 kg/m2.a的水平。水生高等植物的生长范围季节性地增加约I倍左右，岸边已有芦苇带向湖方向拓展约为0.1 m/a。湖滨带水生生物种类有所增加，出现了薦草、苔草、螺蛳等自然繁衍的生物。岸边来源的污染物有80 %以上在示范工程区内被截留净化。湖滨带示范区基本无侵蚀现象发生。
[0033]拦沙埂的影响泥沙沉积量增大，随着泥沙颗粒物及藻类残体的沉降，其中所携带的氮、磷、有体碳等也随之沉积下来。在拦沙埂群的保护下，岸边相邻的已有芦苇带没有侵蚀，相反每年向湖方向拓展约0.1 m。湖滨带恢复区域在年内可季节性地达到25 m。
[0034]实施例2
本实施例提供了一种促进泥沙沉积的湖泊硬质驳岸带的生态改良技术，具体如下:在邻近湖滨带的一侧布设多个水下拦沙埂，同时在每个水下拦沙埂的外围区域远离湖滨带的一侧布设竹排浮床。
[0035]其中，水下拦沙埂沿平行于湖滨带的方向构建，水下拦沙埂的布设位置为距离湖滨带8-15m，竹排浮床的布设位置为距离水下拦沙埂l-2m。单体拦沙埂的长度为2000m，竹排浮床长度长于拦沙埂40-60cm (竹排浮床长度为2000-2500m)，任意相对设置的水下拦沙埂和竹排浮床的间距为2-5mm。每组水下拦沙埂/竹排浮床之间的间距为拦沙埂/竹排浮床长度的2-3%，以获得更好的促进泥沙沉积的效果。所述的竹排浮床由多个竹排单体构成，所述竹排单体宽度为2 m,长度为15m,竹排单体用竹直径为20cm。
[0036]其中，所述水下拦沙埂剖面结构为梯形，主体部分按1:4的坡度比进行修建，所述的水下拦沙埂中央区域为挺水植物种植区(一般以芦苇为主)，其顶部高程为水位减去挺水植物所能承受水深上限。此外，在拦沙埂的底部和侧面分别为20 cm厚的块石层，块石选用20-25cm直径的块石，起加固和防护作用；挺水植物种植区垂直区域与块石层之间以碎石填充。
[0037]本实施例中，挺水植物种植区的表层覆以5 cm厚的碎石(直径2-5 cm);表层碎石之下是种植土壤，层厚40-50 cm，主要取自当地芦苇种植区或者其它耕层土壤；土壤下面垫以10-15 cm厚的豆石(直径5 mm);豆石层之下是15_25cm的碎石层(直径5 cm)。
[0038]其中，所述的水下拦沙埂的种植土壤装于竹筐或柳篓中(规格70X40X45 cm3,壁厚I cm)，且设于挺水植物种植区的中央，挺水植物长向与水下拦沙埂的延伸方向垂直，竹筐或柳篓外围以土填实。
[0039]本实施例在水下拦沙埂底座外围钉竹桩(或木桩)形成施工区(以更好地界定水下拦沙埂的伸展方向)。竹桩直径10 Cm,间距2 m,平均高度3 m。底部钉入湖底30 cm,顶部露出水面50-100 cm。
[0040]本实施例中，竹排漂浮于湖面，竹排四角用地锚(钢筋混凝土浇灌)或钢筋(钉入湖底硬底约I m深)进行牵引固定。其中，每个地锚块规格为0.8 πΓΟ.8 πΓ0.5 m，每根钢筋(直径16 mm)平均长度为1.2 m，牵引绳索直径为16 mm。
[0041]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种能够消浪且促进泥沙沉积的湖滨带生态改良技术，其特征在于，在邻近湖滨带的一侧布设多个水下拦沙埂，同时在每个水下拦沙埂的外围区域远离湖滨带的一侧布设竹排浮床。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的水下拦沙埂为水下潜体，完全浸没在水下，竹排浮床布设在其外围区域远离湖滨带一侧的水面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述的水下拦沙埂沿平行于湖滨带的方向构建，距离岸边8-15m ;竹排浮床布与水下拦沙埂垂直距离为l-2m。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于:所述的竹排浮床由多个竹排单体构成，所述竹排单体宽度为2-2.5 m，长度为15-20 m，竹排单体用竹直径为20-30cm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于:竹排浮床长度长于拦沙埂的长度40-60cm ;任意相对设置的水下拦沙埂和竹排浮床的间距为2-5m。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于:所述的水下拦沙埂的剖面结构为梯形，主体部分按1:4-1:3的坡度比进行修建；所述水下拦沙埂中央区域为挺水植物种植区，其顶部高程为水位减去挺水植物所能承受的水深上限。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述挺水植物种植区表层覆以5-7cm厚的碎石；碎石之下为层厚40-50 cm的种植土壤；土壤下方垫以10-15 cm厚的豆石；豆石层之下为15-25cm的碎石层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述的水下拦沙埂的种植土壤装于竹筐或柳篓中，且设于挺水植物种植区的中央，挺水植物长向与水下拦沙埂的延伸方向垂直，竹筐或柳篓外围以土填实。
9.根据权利要求7-8任一项所述的方法，其特征在于:在水下拦沙埂底座外围钉桩形成施工区，所述桩直径10 cm，间距2 m，平均高度3 m ;底部钉入湖底30 cm，顶部露出水面50-100 cm。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述的竹排浮床漂浮于湖面，竹排浮床四角用地锚或钢筋进行牵引固定。
【文档编号】A01G1/00GK104314041SQ201410511111
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】秦伯强, 董百丽 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所