专利名称：一种多孔介质筛护岸方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔介质筛护岸方法，属于河道、湖泊、城市水景观等堤岸维护修复技术领域。
背景技术：
城市河流作为城市生态系统的重要因素，对城市社会、经济与环境协调发展有至关重要的意义。河岸作为河道的重要组成部分，直接影响着城市景观规划和生态环境建设。城市河道岸坡的保护形式应与城市建设规划发展相一致，与周边生态环境相协调，与城市居民的需求相符合。以往国内外在河岸防护工程中多采用浆砌或干砌块石、现浇混凝土、预制混凝土块体等结构形式，在城市河道护岸工程中采用较多的是直立式混凝土挡土墙。采用这些结构形式在保持岸坡的稳定性、防止水土流失以及保证防洪安全等方面起到了一定的作用，但由于没有考虑人工构造物对生物及生态环境的影响，忽略了河流也是具有生命(生物)的生态系统，结果人工构造物隔断了水生态系统和陆地生态系统的联系，破环了河流的各种生态过程，导致河流的自我净化及自我恢复能力降低、河流水体污染严重的后果，也在不同程度上对景观环境和生态产生了不良的影响，造成水体与陆地环境恶化和生态破坏。
近年来，一种设计遵从自然的城市河流整治新观念被提出来。它认为，城市河流的自然地貌、生态环境、动植物结合都是千万年来自然水流、阳光、空气长期作用的结果，都有独特的自然形式与之相适应、相平衡、相和谐，这种自然形式一旦遭到破坏，人类必然遭到难以抗拒的自然力的报复和惩罚。因此，城市河流规划设计应该尊重这种自然形式，这种方法的核心就是生态护岸，其目标是，在解决防洪问题的同时，恢复原始河道蜿蜒曲折的自然状态，保护两岸湿地，浅滩和植被，为动物提供良好的栖息场所，寻求共同发展的途径。
目前，国内外工程技术人员已研究并提出多种结构形式的生态型护岸技术，但这些技术多数仍是从保护岸坡结构稳定的角度来研究，并没有考虑其对环境、生态的影响，这并非是真正意义上的生态护岸。因此探询新的生态护岸形式有着重要的现实意义。
介质筛护岸的基本思想来源于实践观察，通过对干枯河床的观察，不难发现，从上向下，河床多孔介质粒径由大渐小，上部表层一般为卵石，下部为砂，深部为粘土类细介质。这种介质粒径递减的现象是河流自然选择的结果，上部卵石重量大，不易被河水冲走，而泥沙则随流水迁移至下游；而下部砂土粒径小，受河水冲刷作用小，滞留在卵石类介质之下。这种介质粒径分布的排列规律直接导致空隙率分布的逆向变化和水分运动的速度梯度，河床上部空隙率低，大孔隙中水分运动速率快，对流起主导作用；下部空袭率高，小孔隙中水分运动慢，取决于毛细作用。上述介质分布与水分交换促进了河床的稳定性，形成了特殊的垂向潜流层，保证了天然河道的输水和挟砂能力。
对于天然河岸来说，也存在类似的介质分布规律，但是，由于粗颗粒介质的重力作用，反而导致河岸的不稳定，造成湍急河流严重的河岸侵蚀和水土流失问题。人类对城市河流岸堤的改造则完全走向了反面，通过浆砌石料构建具有抗冲刷强度的硬质护岸体系，提高了防洪能力，却破坏了河岸带生态系统的结构，隔断了河流生态系统与陆地生态系统的联系，降低了河岸带生态系统的功能。充分尊重自然及其选择，是生态护岸构建的基础，也是介质筛护岸的基本思想。
传统护岸介质筛一般选用石英砂、蛭石等，这些材料能起到护岸的效果，但是这些材料本身比表面积相对较小，对河水中的污染物吸附去除效果较差，因此不能充分发挥河岸土壤中微生物及地表植物对污染物的降解作用，不能实现污染物-富集-原位降解的功效。
发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种多孔介质筛护岸方法，本发明的方法遵从自然河道选择规律，可强化河岸与河水之间进行的物质和能量交换，能修复遭受污染河流及河岸生态环境，有利于重新构建河流和河岸生态系统。
本发明的多孔介质筛护岸方法步骤如下(1)将河堤岸做成45-60度斜坡；(2)把粒径在0.5-1.5cm的改性沸石多孔介质筛铺设于斜坡之上，厚度为30-50cm(3)在上述介质筛之上均匀依次铺设粒径在3-5cm改性沸石多孔介质筛，厚度为20-40cm；(4)靠近河水的一层铺设粒径7-12cm、具有较高机械强度、孔径较大的沸石或者蛭石。
上述步骤(3)中的有机改性沸石是由下列方法制得的首先用NaCl溶液对天然沸石进行改性，制得钠型沸石，再用有机试剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对其改性，制得有机改性沸石。该有机改性沸石可用作生态护岸的介质筛。
上述有机改性沸石制备方法的具体步骤如下(1)钠型沸石的制备称取粒径为0.2cm-6cm的天然沸石置于反应器中，用蒸馏水洗涤后加入10～30g/L的NaCl溶液，调节溶液pH值3～7，搅拌或者振荡；在温度为25℃下搅拌或者振荡12～48h后倒出上清液；用蒸馏水洗涤后在105℃下烘干备用。
(2)有机改性沸石的制备称取等于50％钠型沸石的外表面阳离子交换容量的十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)和钠型沸石于反应器中，加入去离子水，振荡或者搅拌8-12h，用去离子水洗涤后自然风干，得到HDTMA有机改性沸石。
根据筛分原理，在河堤进行护岸处理时，由岸向河布设粒径渐大介质，临河面由粗颗粒组成，孔隙率低，但是孔径大；内侧由细颗粒介质组成，孔隙率高，但是孔径小，这样，由河向岸形成类似河床的介质筛形式，因此该种护岸形式提高了河堤的孔隙度，增强了水-陆两相之间的联系。所选用的多孔介质是具有较强的离子交换能力和吸附能力的改性天然沸石。改性后的沸石不仅具有去除水体中氨氮的能力，并且也具有了去除水中有机污染物的能力。作为护岸材料的改性沸石介质筛不断与河水间进行物质与能量的交换，在其吸附饱和后，由于本身富集了氨氮和有机物等，有利于土壤中微生物及地表植物密度的增加，对污染物进行降解吸收，同时也实现了改性沸石的原位再生，继续发挥其介质筛的功效。
本发明建立于河岸实际基础上，充分利用了多孔介质动力学原理，减缓了水流对河岸的冲刷，沟通了河水与河岸土壤及地下水的联系因此具有滞洪补枯、涵养水源的优点；本发明所涉及的护岸形式能为多种水陆生物提供生长或栖息的场所，具有强化共生生态系统功能，提高河流生态容量的功能的优点；本发明所涉及的多孔介质筛为改性沸石，能够使河水中污染物得到有效富集、降解，具有强化河水和河岸生态体系自净的能力。
图1为利用多孔介质筛护岸结构示意图。
其中，1、陆生植物，2、河岸，3、河水水位，4、多孔介质筛，5、河底。
具体实施方式
实施例1本发明利用多孔介质筛护岸方法如图1所示，将河堤岸做成45-60度斜坡，把粒径在0.5-1.5cm的改性沸石多孔介质筛铺设于斜坡之上，厚度为30cm；在该层之上均匀依次铺设粒径在3-5cm改性沸石多孔介质筛，厚度为40cm；靠近河的一层为粒径7-12cm的、具有较高机械强度的、孔径较大的沸石。
实施例2本发明利用多孔介质筛护岸方法如图1所示，将河堤岸做成45-60度斜坡，把粒径在0.5-1.5cm的改性沸石多孔介质筛铺设于斜坡之上，厚度为40cm；在该层之上均匀依次铺设粒径在3-5cm改性沸石多孔介质筛，厚度为30cm；靠近河的一层为粒径7-12cm的、具有较高机械强度的、孔径较大的沸石。
实施例3本发明利用多孔介质筛护岸方法如图1所示，将河堤岸做成45-60度斜坡，把粒径在0.5-1.5cm的改性沸石多孔介质筛铺设于斜坡之上，厚度为50cm；在该层之上均匀依次铺设粒径在3-5cm改性沸石多孔介质筛，厚度为20cm；靠近河的一层为粒径7-12cm的、具有较高机械强度的、孔径较大的沸石。
权利要求
1.一种多孔介质筛护岸方法，其特征在于，多孔介质筛护岸方法步骤如下(1)将河堤岸做成45-60度斜坡；(2)把粒径在0.5-1.5cm的改性沸石多孔介质筛铺设于斜坡之上，厚度为30-50cm；(3)在上述介质筛之上均匀依次铺设粒径在3-5cm改性沸石多孔介质筛，厚度为20-40cm；(4)靠近河水的一层铺设粒径7-12cm、具有较高机械强度、孔径较大的沸石或者蛭石。
全文摘要
一种多孔介质筛护岸方法，将河堤岸做成45－60度斜坡，把粒径在0.5－1.5cm的改性沸石多孔介质筛铺设于斜坡之上，厚度为30－50cm；在该层之上均匀依次铺设粒径在3－5cm改性沸石多孔介质筛，厚度为20－40cm；靠近河的一层为粒径7－12cm、具有较高机械强度、孔径较大的沸石或者蛭石。本发明具有遵从自然河道选择规律，可强化河岸与河水之间进行的物质和能量交换，能修复遭受污染河流及河岸生态环境，有利于重新构建河流和河岸生态系统的特点。
文档编号E02B3/12GK1730833SQ20051004426
公开日2006年2月8日 申请日期2005年8月18日 优先权日2005年8月18日
发明者王曙光, 裴元生, 刘贤伟, 巩文信, 高宝玉, 张栋华 申请人:山东大学