专利名称：复合型表流湿地系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境工程技术领域，具体涉及一种基于仿生学的复合型表流湿地系统。
背景技术：
当前湖泊、河道等公共水体均已受到不同程度的污染，为确保饮用水源安全，需要通过建设备用水源地或通过净化工程可以提高现有水源地水质，规避日益增长的供水风险，消除或降低水污染事件对居民生活的影响。人工湿地作为净化工程的一种既能确保饮用水源安全，还可提供景观效果，通过湿地中水生植物的根、茎、叶及其附着的微生物等吸附以及强化净化作用，吸附拦截水体中的细悬浮颗粒物及吸收、净化水中的污染物，提高水体透明度，改善水质。
人工湿地分为表流型湿地及潜流型湿地，经过对表流湿地及潜流湿地工程造价及运营管理维护的分析，尽管表流湿地的净化效率不如后者，且存在占用面积较大，对征地拆迁等社会影响较大等不足，但工程仍选择表流湿地应用较多。故如何提高表流湿地单位面积的净化效率，减少对土地资源的占用，对保障供水安全，维护社会经济稳定发展具有重要意义。
现有技术中，一般表流湿地基底是通过地形构建产生均匀的水力负荷，而且只种植挺水植物，植物配置时主要着重于通过筛选具有单一性净化能力强的植物及不同植物间有机组合，对生境多样性构建、不同植株高度及充分合理接受太阳辐射，单位面积光合作用能力增强等方面均较少考虑，特别是很少考虑在湿地单元同一种植基上同时种植挺水及沉水植物联合配置，布水、输水及集水系统占用面积大，湿地净化系统实际有效利用面积及利用效率偏低。综上所述，现今各种表流湿地有生境条件单一、湿地系统有效利用面积低下、 植物立体配置考虑不足等及人工湿地冬季植物枯萎后水质净化能力会降低等缺陷十分明显，因此函待一种具有高效净化效果的表流湿地系统。发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能充分利用太阳辐射，增强湿地单位面积处理效率，节约工程建设及运行成本的复合型表流湿地系统，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合型表流湿地系统，包括用于进水的布水渠、位于布水渠两侧用于排水的集水渠、以及连通布水渠和集水渠的多条深沟，相邻深沟间通过至少两条浅渠连通构成多个种植基单元格，每个所述种植基单元格内设有位于中部的混合种植带以及混合种植带外围的挺水植物带，所述混合种植带内套种有挺水植物及沉水植物。
进一步地，所述混合植物带距离所 述种植基单元格边缘至少2m。
进一步地，所述挺水植物包括芦苇、茭草、香蒲、耐寒睡莲中的一种或任意种组合。
进一步地，所述沉水植物包括金鱼藻、轮叶黑藻、茨藻、菹草、伊乐藻中的一种或任意种组合。
优选地，所述深沟及浅渠内均种植有沉水植物。
进一步地，所述深沟渠底低于种植基单元格至少2m，所述浅渠渠底低于种植基单元格O. 2 O. 5mο
优选地，所述深沟与所述布水渠垂直，所述浅渠与所述深沟垂直。
优选地，最外围的浅渠边缘设有挡水墙。
优选地，所述布水渠前端设有水质自动监测与进水流量控制单元；所述水质自动监测与进水流量控制单元由水质自动监测站和取水泵站组成。
通过以上技术方案，本发明通过一种基于仿生学原理构建的复合型表流湿地系统，具有以下功能和优点
(I)立体式植物组合可以充分吸收太阳能，增强单位面积植物的太阳辐射的转化率，从而提高单位表流湿地面积的水质净化能力，节约宝贵的土地资源及相应减少工程移民拆迁费用。
(2)立体式植物组合可在水位波动时，通过挺水植物的遮挡作用，使得下层的沉水植物不至于直接暴露在阳光中，保证其成活、生长生境。
(3)深沟及浅渠除承担输水、配水功能外，在其边坡或底部种植沉水植物，其适生生境能得到最有效利用，增强整个湿地净化系统有效利用面积，提高土地利用率，且能通过深沟等单元阻止自然扩散确保植单元景观设计的定植效果。
图1为本发明的平面布置示意图2为本发明的纵向布置示意元件标号说明
I布水渠2深沟3浅渠4种植基单元格
5集水渠
6挺水植物
7沉水植物
8 挡水墙具体实施方式
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。
请参阅图1至图2。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”及 “一”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。
图1至图2示出了本发明复合型人工湿地的一种实施方式，包括用于进水的布水渠1、位于布水渠两侧用于排水的集水渠5，以及连通布水渠I和集水渠5的多条深沟2，相邻深沟间通过至少两条浅渠3连通构成多个种植基单元格4。布水渠I用以将湿地进水按设计流量均匀分配到由深沟、浅渠系统纵横交错构成的各个种植基单元格4中，经种植基净化后的水流入与深沟、浅渠系统直接相通的集水渠5，方便湿地内排退水。多个单元格组成一整块种植基，种植基是表流湿地的主要净化单元，一般长度为5(T70m，长宽比不小于 2 :1，种植基上有效水深为O. 3^0. 5m。种植基表层是自然土壤的耕植土，耕植土上立体种植不同的挺水植物6及沉水植物7，本发明中每个种植基单元格4内设有位于中部的混合种植带以及混合种植带外围的挺水植物带，混合种植带内也满种有挺水植物6,但在混合种植带的挺水植物6下层还套种有光补偿点低的无根型沉水植物7。立体式植物组合可以充分利用水位波动，在设计范围内波动，最高水位不超过表流湿地适宜设计水深，最低水位时种植基露滩，在水位波动时，通过挺水植物6的遮挡作用，使得下层的沉水植物7不至于直接暴露在阳光中，保证其成活、生长生境，充分利用太阳能，增强单位面积植物的太阳辐射的转化率，从而改变表流湿地基底长期处于厌氧还原的环境，通过自然富氧，提高单位表流湿地面积的水质净化能力，节约土地资源。经过上述植物基净化处理后，来水中的氮、磷等营养物质、大颗粒悬浮物质能得到进一步的去除，水体溶解氧、透明度有显著的提高。
本发明中设置不同水深的水流通道，形成深沟、浅渠系统，可为挺水植物及沉水植物生长、发挥水质功能提供必备基础。深沟、浅渠系统的材料为自然土坡，可在水位变动区 (常水位与最低水位)覆盖一层不同粒径的砾石，增强接触氧化面积，其它区域覆盖耕植土， 便于种植植物及植物的自然扩散。深沟2在最低水位下人工栽种沉水植物，浅渠3在渠道底部人工种植沉水植物，深沟生境中选择光补偿点低、弱光型的沉水植物，有利于冬季北方地区冰封后植物存活及水质净化能力维持，为一年四季均衡的水质净化能力提供保障。深沟系统可发挥水深挺水植物不能生长特点，深沟系统渠底一般低于湿地种植基至少2m，边坡采用自然斜坡式，阻隔挺水植物在不同种植基单元格间的无序扩散，完美表达设计定植效果；浅渠系统可提供多元生境，浅渠系统渠底低于湿地种植基O. 2^0. 5cm，边坡为自然斜坡式，在低水位下，水仅在深沟、浅渠内流动，裸露在空气后为种植基富氧，改变种植基长期还原环境，改善植物生长基地和提高湿地净化能力，为季节性水位波动时露滩种植基底质富氧提供作用通道。
以下结合具体实施例进一步描述
①规模
本实施例中复合湿地系统由两组并联的种植基构成，作为优选,种植基间也可串联设置。种植基长度及宽度分别约为60m和30m，种植基由深沟、浅渠分割成多个种植基单元格4，来水从布水渠I后经深沟2、浅渠3进入各个种植基单元格4，后经集水渠5流出人工湿 地区。
②深沟、浅渠及种植基布置
深沟、浅滩种植基生境结合地形改造，满足一定范围内的挖填土方平衡，种植基上超挖3(T50cm后，壤土回填3(T50cm，为挺水植物及沉水植物提供生长环境。以种植基顶高程计人工湿地有效水深O. 3m。因挺水植物一般高约2m，所以种植基上靠近深沟、浅渠2m范围内仅种植挺水植物6 ;离深沟、浅渠2m范围外的混合种植带内种植挺水植物6，并在其下面套种沉水植物7，形成立体式植物种植。
深沟每条长60m，底高程与集水渠底高程相同或略高，深沟底高程低于浅滩种植基高程2m，能将湿地余水排出，还能防止挺水植物的蔓延与扩散，浅渠每条长12. 5m，底高程低于浅滩种植基高程O. 5m。根据水位及基底高程设计，将净化后的水通过集水渠排出。
③水生植物配置
根据设计运营水位、透明度及水流方向确定种植植物范围及选择合适种类。水位变动范围考虑露滩富氧、植物生长适宜水深及生长节律要求综合确定。挺水植物6包括芦苇、茭草、香蒲、耐寒睡莲中的一种或任意种组合；沉水植物7包括金鱼藻、轮叶黑藻、茨藻、 菹草、伊乐藻中的一种或任意种组合。芦苇、茭草、香蒲种植密度为4-12丛/m2，根据季节的不同，种植方式为根茎或成体扦插；耐寒睡莲带的长度为2m以上，种植密度为1-2块/m2，种植方式为埋种块莖；轮叶黑藻、伊乐藻、茨藻、金鱼藻的种植密度为10-25丛/m2,种植方式为扦插成体；菹草的种植密度为20-40颗/m2，种植方式为播撒石芽。
另外，耐寒睡莲具有较长的生长期与花期，可在拦截吸收水体污染物的同时，起到较强的景观效果；金鱼藻、轮叶黑藻、茨藻、菹草、伊乐藻均为沉水植物，其中轮叶黑藻、苦草为夏季种、伊乐藻菹草为冬季种，两类植物在年内交替生长，可保证周年的水质净化效果。 芦苇、茭草、香蒲为挺水植物，其中茭草和狭叶香蒲茎杆不明显，叶片较多，而芦苇主茎明显，叶片较少，这些生态型的差异及各自对水体营养盐吸收差异能有效弥补各自缺陷。
深沟及浅渠只种植沉水植物，根据高程及水下光强的不同，种植金鱼藻、轮叶黑藻、伊乐藻等光补偿点低、弱光型的沉水植物，种植密度为10-25丛/m2。
④效果分析
根据具有水质监测资质的权威机构出具的水质检测报告，从实际应用的结果来看，在上述建设规模和水力负荷条件下，本发明采用不同生活型、不同生活周期的水生植物相互搭配构建的多生活型表流湿地，在不同季节对水质净化效果有一定差异，对水质净化在低温季节下的效果起到一定保障作用。对水质TP、TN、NH3-N, COD及SS指标的全年平均去除率分别为31. 7%、13· 8%,30. 8%、13· 1%以及36. 5%，溶解氧平均提升38. 8%，透明度平均提升118%。水体质量达到了进入后续人工湿地、景观水体和以沉水植物为主体的生态系统的要求，可直接进入后续单元进行深度净化。
本发明还可因地制宜设置其它附属设备，如可在布水渠前端设置水质自动监测与进水流量控制单元，水质自动监测与进水流量控制单元由水质自动监测站和取水泵站组成。通过进水泵站运行调度调整，改变湿地进水流量，控制湿地净化单元内水位，模仿半日潮或年内水位波动，与天文潮汐及植物生长节律相吻合。通过进水泵及最外围的浅渠边缘挡水墙8的设置，使本发明中人工湿地系统的水力停留时间不小于6h，水位高时可直接从湿地表层漫流经过 ，水位低时从湿地深沟及浅渠中流动。
综上所述，本发明复合型表流湿地系统的立体式植物配置能有效利用太阳辐射， 提高单位面积植物光合作用，增加适合生长生境，增强湿地基底的氧化还原能力，改善并提高表流型人工湿地的净化效率，节约工程建设及运行成本。所以，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。
权利要求
1.一种复合型表流湿地系统，其特征在于，包括用于进水的布水渠、位于布水渠两侧用于排水的集水渠、以及连通布水渠和集水渠的多条深沟，相邻深沟间通过至少两条浅渠连通构成多个种植基单元格，每个所述种植基单元格内设有位于中部的混合种植带以及混合种植带外围的挺水植物带，所述混合种植带内套种有挺水植物及沉水植物。
2.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述混合植物带距离所述种植基单元格边缘至少2m。
3.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述挺水植物包括芦苇、茭草、香蒲、耐寒睡莲中的一种或任意种组合。
4.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述沉水植物包括金鱼藻、轮叶黑藻、茨藻、菹草、伊乐藻中的一种或任意种组合。
5.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述深沟及浅渠内均种植有沉水植物。
6.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述深沟渠底低于种植基单元格至少2m，所述浅渠渠底低于种植基单元格O. 2^0. 5m。
7.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述深沟与所述布水渠垂直，所述浅渠与所述深沟垂直。
8.根据权利要求1所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，最外围的浅渠边缘设有挡水墙。
9.根据权利要求1-8任一项所述的复合型表流湿地系统，其特征在于，所述布水渠前端设有水质自动监测与进水流量控制单元；所述水质自动监测与进水流量控制单元由水质自动监测站和取水泵站组成。
全文摘要
本发明提供一种复合型表流湿地系统，包括用于进水的布水渠、位于布水渠两侧用于排水的集水渠、以及连通布水渠和集水渠的多条深沟，相邻深沟间通过至少两条浅渠连通构成多个种植基单元格，每个所述种植基单元格内设有位于中部的混合种植带以及混合种植带外围的挺水植物带，所述混合种植带内套种有挺水植物及沉水植物。本发明复合型表流湿地系统的立体式植物配置能有效利用太阳辐射，提高单位面积植物光合作用，增加适合生长生境，增强湿地基底的氧化还原能力，改善并提高表流型人工湿地的净化效率，节约工程建设及运行成本。
文档编号C02F3/32GK103043800SQ20121058463
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者胡伟, 李巍, 朱雪诞, 陈煜权, 程南宁, 左倬, 俞士敏, 张俊, 郭萧, 冯太国 申请人:上海勘测设计研究院