控制河道淤泥沉积的系统及方法与流程

本发明涉及河道治污领域，特别是涉及一种控制河道淤泥沉积的系统及方法。

背景技术：

黑臭河道对水安全、投资环境，以及民众生活影响巨大。城市河道黑臭成因复杂，部分城市一经实施截污纳管、面污染治理、河道清淤等，河水很快见清，但过了几年后，河道又会逐渐出现底淤放气冒泡，河水又变黑发臭。究其原因，是河道淤泥淤积所致。为此，不得不进行整条河道清淤，几年清淤一次，影响面广，尤其是商业区、居住区，河道清淤困难，清淤时产生的臭气、淤泥运输等对周围环境影响都很大。

城市河道淤积是河水变黑发臭的主要原因。例如，在滨海城市的河道，由于潮涨潮落挟带的大量泥沙及各种垃圾在河床中沉淀下来，较易产生淤积黑臭现象，因此，有的河道2～3年就要清淤一次。分析表明，城市河道淤积是必然的。例如，在上海河道淤积速率约0.4～0.6m/a，河道淤积不可避免，因此，有必要优化河道水动力，控制河道淤积位置，从而进行常态化清淤。将整条河道的定期清淤改为若干点清淤，从而减少对周边环境的影响。如果对泥沙和垃圾的沉积不作治理，任其在整条河道沉积，必然会使得河道不断淤积、变黑变臭。

其次，河道底部淤积，使河床抬高，造成了引排不畅，河道的部分断面过水、输水能力降低，河道过流能力不足，严重影响枯水季节淡水资源的合理调配和暴雨期间区域防洪除涝安全。清淤是以提高河底的灌溉、防洪、除涝功能为基本要求，保证河道蓄水、调水等功能，进一步提升河道自净能力。

综上所述，可以得出如下几点：

1、滨海城市河道淤积是必然的，现状是淤积随水流而定，基本是整个河道都产生淤积；

2、淤积产生黑臭，严重影响河道水质，影响民众生产、生活；

3、定期清淤范围广、清淤量大、影响范围大。

总而言之，河道淤积无法避免，清淤是必然的。不清淤不但影响河道水质，还会影响河道防洪排涝等。如何使不可避免的泥沙淤积，变换为可控制的沉积位置，将全河道、几年一次的清淤，变换为有限段河道的清淤，将大动作、大范围的清淤变换为常态化、小范围内的清淤，从淤积的河段、清淤的状态加以改变，以减少对环境的影响。河道对水安全、投资环境，以及民众生活影响巨大；如果不对这些淤积进行治理，河道的水质将无法保证，就无法修复水生态、保障水安全，更谈不上取信于民和绿色发展。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的第一个技术问题在于提供一种控制河道淤泥沉积的系统，对河道淤泥沉积进行控制，从而实现河道治淤治污。

为实现上述目的，本发明提供一种控制河道淤泥沉积的系统，包括位于河道内的加速段和沉积段，所述加速段的河道宽度D1小于所述沉积段的河道宽度D2；所述沉积段内设有沉积池，所述沉积池内设有集淤清淤装置。

优选地，所述加速段包括进水段和出水段，沿河水流向，所述进水段的河道宽度逐渐减小，所述出水段的河道宽度逐渐增大。

优选地，所述加速段的河道内设有分隔墙，所述分隔墙靠近护岸并与所述护岸围合形成生态池，所述生态池里种植有水生植物。

优选地，所述分隔墙包括支撑桩和吸附墙，所述支撑桩的底部竖直插入所述河底，所述吸附墙与所述护岸连接，并沿所述支撑桩围合形成分隔墙。

优选地，所述吸附墙包括网格构架以及固定在所述网格构架上的墙体，所述网格构架与所述护岸连接，所述网格构架固定在基础的上方，所述网格构架上设有连接环，所述连接环套在所述支撑桩上。

优选地，所述网格构架由多根横纵交错的钢管布置形成多个主体网格，每个主体网格内设有分隔网。

优选地，所述墙体包括由内至外依次布置的净化层、吸附降污层和净化层。

优选地，所述净化层由竹片编织成网状结构，所述吸附降污层多个填充与网格构架内的吸附袋，所述吸附袋中设有吸附料。

优选地，所述集淤清淤装置包括固定环和位于所述固定环下方的集淤袋，所述集淤袋的袋口固定在所述固定环上，所述固定环的上方设有吊环，所述吊环与所述固定环通过连接绳连接，所述吊环的上方设有浮子，所述集淤袋的底部固设有多个压块。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种控制河道淤泥沉积的方法，包括如下步骤：S1、根据河道现状在河道内确定加速段和沉积段的位置；S2、在加速段设置分隔墙，将所述分隔墙与护岸合围形成生态池，使加速段的河道宽度D1小于所述沉积段的河道宽度D2，确保所述加速段的水流速度大于所述沉积段的水流速度；S3、在沉积段设置沉积池，并在所述沉积池内设置集淤清淤装置。

如上所述，本发明涉及的控制河道淤泥沉积的系统及方法，具有以下有益效果：从遵循自然状况、实现水体定向有序流动着手，充分利用潮汐动力优势，在不改变河道规模和使用功能的前提下，通过景观生态分隔墙的设置，改变现有河道的水力条件，实现水体的定向、快慢和有序流动，以达到控制河道泥沙沉积、科学利用水资源、全面改善水环境。

感潮河道淤积无法避免，清淤是必然的。沉积段的设置，将不可避免的泥沙淤积变换为在可控制位置的沉积。将全河道、几年一次的清淤，变换为有限段河道的清淤，将大动作的清淤变换为常态化小范围清淤，从淤积的河段、清淤的状态加以改变，以减少环境影响。沉积段设置于扰民较小的河道段，便于清淤。河道清淤是以提高河道的灌溉、防洪、除涝功能为基本要求，为地区经济发展创造良好的水环境，保证河道蓄水、调水和排水等功能，进一步提升河道自净能力。

附图说明

图1为本发明的平面布置示意图。

图2为本发明的纵剖面示意图。

图3为图1中A-A剖视图。

图4为图1中B-B剖视图。

图5为本发明中吸附墙的局部结构示意图。

图6为图5中C-C剖视图。

图7为连接板的结构示意图。

图8为集淤清淤装置的结构示意图。

图9为集淤清淤装置上可开式盖板打开时的结构示意图。

图10为集淤袋的俯视图。

元件标号说明

10 河道

11 护岸

12 生态池

13 水生植物

20 加速段

21 进水段

22 出水段

23 分隔墙

231 墙上水生植物

24 支撑桩

25 吸附墙

26 网格构架

260 基础

261 连接环

262 钢管

263 主体网格

264 分隔网

27 墙体

271、273 净化层

272 吸附降污层

30 沉积段

31 沉积池

32 集淤清淤装置

320 固定环

321 集淤袋

322 吊环

323 连接绳

324 浮子

325 压块

326 孔洞

327 可开式盖板

328 加筋带

329 拉链

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图9所示，本发明提供一种控制河道淤泥沉积的系统，包括位于河道10内的加速段20和沉积段30，所述加速段20的河道宽度D1小于所述沉积段30的河道宽度D2，沉积段30一般设置于在河道两岸非商业、非居住区域等扰民较小的河道段，且便于清淤，其要求是加大河道过水断面，减小流速，使泥沙及垃圾便于沉积，加速段20一般设置于商业或居住区，该段可作为景观生态景点，要求是减小河道过水断面，加大流速，使泥沙垃圾不易沉积。所述沉积段30内设有沉积池31，沉积池31一般在河底挖深后而成，池底低于河底0.8～1.2m，池底两端以边坡与原河底相接。现有技术中在沉积池31底部满铺直径大于200mm的鹅卵石，以便于排污泵清淤，保护池底土层，采用排污泵清淤，其缺点是泥水量大，导致槽灌车的外运量大，因此本发明中在所述沉积池31内设有集淤清淤装置32。

优选地，所述加速段20包括进水段21和出水段22，沿河水流向，所述进水段21的河道宽度逐渐减小，可以减小河道过水断面，加大水流流速，所述出水段22的河道宽度逐渐增大，可以加大河道过水断面，减小水流流速。

如图1至图3所示，优选地，位于所述加速段20的河道10内设有分隔墙23，所述分隔墙23靠近护岸11并与所述护岸11围合形成生态池12，所述生态池12里种植有水生植物13，生态池12内设置生态浮床，由聚苯乙烯板材制作载体，生态浮床上种植美人蕉、绿萝、马丽安等水生植物13，满铺于池内，对污染水体中氮、磷具有净化作用，同时，不同的植物生长于水面，与分隔墙外挂水生植物等组成一座绿岛。优选地，所述分隔墙23包括支撑桩24和吸附墙25，所述支撑桩24的底部竖直插入所述河底，所述支撑桩24作为分隔墙23的支点，支撑桩24一般采用钢筋混凝土预制桩，设置在生态池12的四角，由结构计算确定支撑桩24的根数、直径和桩长；所述吸附墙25与所述护岸11连接，并沿所述支撑桩24围合形成分隔墙23，所述吸附墙25为河道吸附降污的主要构件，吸附墙25的布置应满足不影响河道的其他功能，墙顶高程按最高水位设置。

如图5至图7所示，优选地，所述吸附墙25包括网格构架26以及固定在所述网格构架26上的墙体27，所述网格构架26固定在基础260上，网格构架26为吸附墙25的承载体，由竖向网格和水平网格组成分层的空箱结构，所述网格构架26上设有连接环261，所述连接环261为圆环，一般设置3～5个，套在所述支撑桩24上，以支撑桩24为支座。所述网格构架26与所述护岸11连接，视护岸结构而定，其荷载较小，当护岸11为直立式挡土墙，墙上设置支点与网格构架铰接。优选地，所述网格构架26由多根横纵交错的不锈钢钢管262布置形成多个主体网格263，每个主体网格263内设有分隔网264，所述分隔网264由镀锌钢筋组成，小网格由吸附袋273的尺寸确定，以保证吸附袋不漏出且受力合理。网格构架26的基础260，可采用水中施工，基础260底先清淤至老土层，随后采用C30水下混凝土现浇200mm厚，网格构架26的顶部设置活动的连接板(参见图7)，所述连接板呈U形，板宽200mm，槽深150mm，板长与网格构架26的厚度相同，沿网格构架纵向槽口向下布置，从而卡住网格构架，间距800mm，供人员安装操作、行走使用，需要安装吸附袋273时，取起连接板，吸附袋273均从网格构架的顶部放置于网格构架26的空箱内。

如图6所示，优选地，所述墙体27包括由内至外依次布置的净化层271、吸附降污层272和净化层273。优选地，所述净化层271、273由竹片编织成网状结构，既能分隔降解河道中有害物质，又能为河道中微生物附着生长和繁殖提供空间，促进河道中污染物的降解；所述吸附降污层272包括多个填充与网格构架26内的吸附袋273，所述吸附袋273中设有吸附料，所述吸附降污层272可采用煤渣吸附处理，厚度一般大于500mm，由污水处理要求和墙体渗透系数确定；吸附袋273的袋口设置尼龙吊绳，装料后竖向填充于网格构架26的空箱内，其作用是透水并吸附有害污质，吸附袋273放下后，绳索端头系于分隔墙顶，以便于更换时提起；用于存储吸附料的吸附袋273为透水材料，可采用土工布或土工格栅，其网目(格)应小于吸附料的粒径；采用吸附袋273便于施工和更换，吸附袋273的大小以装料后一人能够搬动为宜，一般分隔墙运行一年，分隔料吸附有害物质已初具饱和，可从分隔墙23顶将吸附袋273拉出墙体空箱，对分隔料进行更换。

优选地，所述吸附墙25与河道10中流水接触的侧面设有墙上水生植物231，其布置高度一般可由设计水位至分隔墙顶，其作用是净化河道水体、美化分隔墙23。通过水生植物对营养物质的吸收、植物叶冠的覆盖遮光、根区分泌物质对藻类的杀伤作用等途径净化河道水体。可采用花盆分个挂于网格构架上，墙顶可上人行走，以便于安装和更换吸附材料等，墙顶宜布置绿化，以增加分隔墙23的景观效果。

如图8至图10所示，优选地，所述集淤清淤装置32包括固定环320和位于所述固定环320下方的集淤袋321，所述集淤袋321的袋口固定在所述固定环320上，所述固定环320的上方设有吊环322，所述吊环322与所述固定环320通过连接绳323连接，所述吊环322的上方设有浮子324，所述浮子324由于浮力的作用浮在河水中，浮子324带动所述吊环322浮在水中。当集淤袋321中的淤泥达到一定量时，一般在最低水位，由汽车吊或船上简易吊车吊起集淤袋，将集淤袋321中的淤泥清理干净，再将清空的集淤袋321放置至河道中，所述吊环322为金属制作，其强度需要满足整袋淤泥的起吊。所述集淤袋321的底部设有孔洞326和封闭所述孔洞326的可开式盖板327，所述可开式盖板327和所述集淤袋321通过拉链329连接，优选地，所述孔洞326和所述可开式盖板327呈矩形，所述可开式盖板327的一条边与所述集淤袋321一体成型，另外三条边通过一条拉链329与所述集淤袋321连接，集淤时，通过所述可开式盖板327关闭所述孔洞326，清淤时，慢慢吊起集淤袋321，所述集淤袋321内的水流出，吊至汽车或船，打开袋底拉链329，由袋底的洞口排出淤泥至泥仓内。集淤袋321一般由土工布制作，土工布的孔径必须与收集的淤泥组成相匹配，既不使淤泥大量流失，又要使集淤袋内的水能尽快排出。集淤袋321的土工布规格、强度按需要强度，当袋壁的强度不满足要求时，可在集淤袋321的袋底或袋壁上设置土工布制成的加筋带328，加筋带328与集淤袋321袋体的土工布缝制于一体，其作用是加强集淤袋321强度，袋体的土工布与加筋带均采用包缝法缝制拼接，拼接强度不小于原体强度的80％。所述集淤袋321的底部固设有多个压块325，通常设有四个，分别固定在所述集淤袋321上对应的底角。所述压块325为预制块，可采用混凝土预制，作为集淤袋沉水、定位，其重量根据集淤袋321的袋体沉降的需要确定。优选地，所述连接绳323设有多根，一般为四根，每根所述连接绳323的一端与所述吊环322连接，另一端与所述固定环320连接，连接绳323选用尼龙绳。优选地，多根所述连接绳323与所述固定环320连接的一端沿所述固定环320的周向均匀布置。集淤袋321形状为袋口大底部小的方形袋，由土工布制作，袋口的尺寸一般为3～5m，宜根据集淤袋的布置和个数确定，单个袋的袋底四角设置压块325，以便于袋沉放于河底。袋口为塑料链条，袋壁的土工布缝制于链条上从而形成袋。袋口四角对称设置连接绳323，绳长按最高水位计算，其计算式为L＝(h²+a²)^1/2，式中：L为绳长，h＝最高水位-河底高程，a为袋口长的1/2。根据河道宽度和清淤条件，一个河道断面可布置一个集淤袋，或2个集淤袋并列布置。沉积池31的设置减小了流速，集淤袋放置于池底，能有效方便地对沉淀下来的淤泥进行清除。

本发明还提供一种控制河道淤泥沉积的方法，包括如下步骤：S1、根据河道现状在河道10内确定加速段20和沉积段30的位置；S2、在加速段20设置分隔墙23，将所述分隔墙23与护岸11合围形成生态池12，使加速段20的河道宽度D1小于所述沉积段30的河道宽度D2，确保所述加速段20的水流速度大于所述沉积段30的水流速度；S3、在沉积段30设置沉积池31，并在所述沉积池31内设置集淤清淤装置32，用于对过滤沉淀下来的淤泥进行清除。

本实用新型的工作原理如下：

按照河道现状确定加速段和沉积段。加速段一般设置于商业或居住区，作为景观生态段，要求是减小河道过水断面，加大流速为V1，一般V1大于河道不淤流速，小于河道不冲流速，使泥沙不易沉积又不会冲刷河道。

沉积段一般设置于扰民较小的河道段，且便于清淤；其要求是加大河道过水断面，减小流速，使泥沙便于沉积；一般流速V2应满足淤积流速，且满足V2＜V1。

例如，一只4m×4m的集淤袋，面积为16m²，在感潮型河道，一年至少可集淤0.4×16＝6.4m³，约10t。集淤袋集淤、清淤方便，设备简单，维护更换方便、成本较低。根据清淤位置大小和起吊设备能力，确定集淤袋的大小和个数。需要清淤时，慢慢吊起集淤袋，让袋内的水流出，淤泥即可由汽车运走，减少环境污染。

当水流通过加速段时，因该段过水断面较小、流速较大，泥沙难以沉积，水流挟带着泥沙迅速进入沉积段；在沉积段，因该段过水断面较大、流速较小，便于泥沙淤积；随着水流缓慢流动，泥沙不断沉积于集淤袋中，袋中淤泥一定量时，宜在最低水位时，即可取袋清淤，倒去袋中淤泥后，将袋再原位放入沉积池中，又迎接下一次的泥沙沉积，如此循环。

本发明的有益效果如下：

在河道加速段两岸边分别设置分隔墙，分隔墙外挂水生植物，墙内侧水面设置生态浮床种植水生植物，从而将治理设施整体形成绿岛，既景观生态可为河道增添美景，又能净化河道水质。

这种方法的优点是长期效益明显，分隔墙内的吸附材料能废物利用，维护更换方便、成本不高，运行时无能耗产生，不但可以对河道的污水吸附降污、吸附有害物质，还可长期净化河道水体，且能保持河道生物的多样性。

从遵循自然状况、实现水体定向有序流动着手，充分利用潮汐动力优势，在不改变河道规模和使用功能的前提下，通过景观生态分隔墙的设置，改变现有河道的水力条件，实现水体的定向、快慢和有序流动，以达到控制河道泥沙沉积、科学利用水资源、全面改善水环境。感潮河道淤积无法避免，清淤是必然的。沉积段的设置，将不可避免的泥沙淤积，变换为可控制位置的沉积。将全河道、几年一次的清淤，变换为有限段河道的清淤，将大动作的清淤变换为常态化小范围清淤，从淤积的河段、清淤的状态加以改变，以减少环境影响。沉积段设置于扰民较小的河道段，便于清淤。河道清淤是以提高河道的灌溉、防洪、除涝功能为基本要求，为地区经济发展创造良好的水环境，保证河道蓄水、调水和排水等功能，进一步提升河道自净能力。

本发明中的吸附材料性能分析：

1、煤渣

煤渣为多孔材料，其结构膨大，有蜂窝状细孔，不溶于水，经筛选洗净后可用作分隔材料，可以滤除肉眼可见的颗粒材料，它对水中臭气、悬浮物和显色物质的分隔作用良好，是一种廉价的分隔材料。

用于污水分隔，煤渣的综合利用大大地减少了固体废物的产生量，节约了固废的占地面积，避免其造成的许多污染问题，大量地利用煤渣，既节约了资源、能源，又创造了经济价值。

2、竹筏

竹筏属于自然生态材料,具有生物亲和性,表面粗糙,表面积大。我国竹类资源丰富，竹子因其成本低,可再生,环境污染低,可自身降解。竹子材质天然,具有良好的生物亲和性,是一种具有应用潜力的材料,目前以竹纤维为原料制备成的新型竹纤维生物膜载体对水处理的效果比较稳定。竹筒从中部剖开成片,编织成网片垂直叠放在分隔墙的空箱内。

有关试验表明，竹筏对COD的去除率是74％，对NO3-N去除率为95％，对TP的去除率达到37％,对提高河道水体净化能力有明显效果。竹片表面附着的微生物磷脂含量和脱氢酶活性较大，能为微生物附着生长和繁殖提供空间，能不断促进河道中污染物的降解。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。