一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构

本技术涉及水资源环境保护，尤其涉及一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构。

背景技术：

1、溪流沟渠是河流水系的重要组成部分，由于其数量众多，因此在控制汇水区非点源氮、磷污染负荷流失方面具有十分重要的作用。溪流沟渠不仅具有较低的水流速度，还拥有由潜流带、回流区、死水区以及各种其他因素(溪流底质、河道形态等)形成的暂态存储区。溪流沟渠具有水化学调节器的功能，它甚至可以将汇水区输入的50％以上无机氮负荷截留和转化，因此常被认为是流域氮磷负荷输出的重要控制环节。由于具有较小的面积与河长比值，使得溪流沟渠水体与毗邻的滨岸带和域内陆地生态系统联系密切。不仅如此，溪流沟渠由于具有比大、中河流更大的河底面积与体积之比以及较低的水流速度，从而对水流溶质具有较强的滞留能力。因此，有效利用溪流沟渠的氮磷滞留功能，对于削减和调控上游氮磷污染负荷向下游水体的传输，从而调节和改善下游水体水质具有重要的意义。

2、当前，随着点源污染控制的逐步深入，非点源污染问题日益突显，如何有效削减和调控汇水区域非点源氮磷负荷向下游水体的传输，已成为河流下游湖、库水体富营养化防治和水生态保护的重要工作。为此，不仅需要持续加强点源污染的控制和治理，还需要进一步发掘和提升溪流沟渠非点源污染过程阻控的环境生态功能，现阶段在河流中设置透水坝进行调控氮磷滞留，但是现有的透水坝大多采用砂石堆叠进行调控，整体调节能力有限。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型提供了一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，能够增强水流紊动性，促进潜流交换作用，并为微生物生长营造良好的生境条件，从而提升溪流沟渠水生态系统的营养盐滞留能力，对缓解下游氮磷污染负荷压力、改善下游水体水质具有重要作用。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

3、一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，所述柔性透水坝结构内部纵向由塑料柱支撑，所述塑料柱柱体圆周面上设有多个雪花状填料，所述雪花状填料之间设有生物过滤毛刷，且整个柔性透水坝的结构内部其余空间由多种填料填充以形成填充层，并在柔性透水坝的坝体外部使用带孔的尼龙网袋包裹并使用尼龙绳ⅰ进行捆扎固定，所述填充层中设置有多个刺球型填料、落叶、藤条、杂草和枝条。

4、优选的，所述柔性透水坝表面呈网状结构，所述网状结构的材质为尼龙材料，且柔性透水坝截面直径为0.3m，柔性透水坝的结构长度由塑料柱决定，且塑料柱的长度为1.5-2.5m(可根据实际情况调整)，塑料柱的直径为3cm，其长度取决于沟渠宽度。

5、优选的，所述雪花状填料为直径在10-15cm的聚丙烯材料，雪花状填料包括了呈圆环状的不同直径的圆形塑料片ⅰ、圆形塑料片ⅱ、圆形塑料片ⅲ和t字型塑料片、矩形的塑料片组成的多组天然水草形态总成类雪花状的结构，且雪花状填料加装于塑料柱上，且相邻的两个雪花状填料间隔距离为20cm。

6、优选的，所述刺球型填料包括直径在10-15cm的聚丙烯材料(pp)制作而成的中空球体，所述球体表面设有多个底端呈圆柱状、顶端呈圆锥状的尖刺ⅰ和尖刺ⅱ，所述尖刺ⅰ和尖刺ⅱ底端横截面直径为0.16cm，且尖刺长度为0.5-1cm，所述球体表面设有多个透水孔，所述球体内部设置有多个粒径范围为2-5cm的碎石(碎石多采用鹅卵石)填充。

7、优选的，所述枝条采用的是灌木藤条、竹条或直立草本植物茎秆，长度为1-2.5m，所述杂草采用禾本科植物，例如狗尾草，长度为0.4-1m，所述落叶的长度为5-15cm，且枝条、杂草、落叶照质量比5：1：4的比例混合均匀后装入网状结构制成填充结构。

8、优选的，所述生物过滤毛刷包括内部设置的不锈钢丝芯和外部设置的pet刷毛，且整个生物过滤毛刷的长度为15-20cm，所述pet刷毛的长度为1-2cm，不锈钢丝芯的长度为20cm。

9、整个透水坝在设置时为沿溪流河道每隔一定间距(例如5m)设置一个调控断面，每个调控断面布置一个柔性透水坝结构，每个结构都设置在溪流河道主流区，在河道中形成柔性透水坝结构群。

10、与现有技术相比，本实用新型提供了一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，具备以下有益效果：

11、1、本实用新型通过在溪流沟渠中设置一系列的柔性透水坝结构群，使溪流沟渠水流形态和水动力学条件发生明显变化，且柔性坝中存在细小间隔，可以减缓水流速度，增加水力停留的时间，并且形成众多回流区、漩涡，增强了暂态存储区和主流区水流的交换作用，对提高溪流沟渠暂态存储潜力有很大作用；

12、2、本实用新型通过对溪流沟渠进行主流区柔性透水坝构筑物群的设置调控，不同距离的调控方案使溪流沟渠主流区水流进行更多的分流，形成许多的涡流和慢速流区，增大了暂态存储区的面积，延长了溶质在溪流沟渠中的停留时间，柔性透水坝可以根据不同河宽适当增加长度，实施起来灵活方便；

13、3、本实用新型通过在溪流沟渠上设置一系列柔性透水坝结构群，在刺球型填料中可加装一定数量的碎石作为配重，与雪花状填料作为组合填料使用可以加大生物膜附着面积，为微生物的生长与繁殖提供了良好的附着条件，经过长时间形成的生物膜，能够大幅度提高营养盐与附着生物(如藻类、细菌等)的接触几率，有利于发生生化降解作用；

14、4、本实用新型在溪流沟渠主流区设置的柔性透水坝结构，以杂草、枝条、落叶作为主体填料，按照一定的比例装入网状结构中，中间加入一定数量的刺球型填料和雪花状填料制作而成，具有运行简单、可操作性强、成本低和可重复利用等优点。在使用过程中，柔性坝结构可以拦截水中的水草，增大柔性透水坝结构的体积，能有效提高柔性透水坝结构群对氮磷的吸附能力；

15、5、本实用新型所使用的刺球型填料具有全立体结构，比表面积大，直接投放，无需挂膜，易挂膜，不堵塞的优点；雪花状填料是模拟天然水草形态加工制成，具有表面积大，利用率高，空隙可变不堵塞的优点；

16、6、本实用新型所使用的生物过滤毛刷采用耐腐蚀材料(pet)制成，具有安装简单快捷，表面积大，易使细菌挂膜，容易清洗等优点。

技术特征：

1.一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，其特征在于：所述柔性透水坝结构内部纵向由塑料柱(1-4)支撑，所述塑料柱(1-4)柱体圆周面上设有多个雪花状填料(1-5)，所述雪花状填料(1-5)之间设有生物过滤毛刷(2-5)，且整个柔性透水坝的结构内部其余空间由多种填料填充以形成填充层，并在柔性透水坝的坝体外部使用带孔的尼龙网袋(1-2)包裹并使用尼龙绳ⅰ(1-1)和尼龙绳ⅱ(2-7)进行捆扎固定，所述填充层中设置有多个刺球型填料(1-3)、落叶(2-1)、藤条(2-2)、杂草(2-3)和枝条(2-4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，其特征在于：所述柔性透水坝表面呈网状结构，且柔性透水坝截面直径为0.3m，柔性透水坝的结构长度由塑料柱(1-4)决定，且塑料柱(1-4)的长度为1.5-2.5m，塑料柱(1-4)的直径为3cm。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，其特征在于：所述雪花状填料(1-5)包括呈圆环状的不同直径的圆形塑料片ⅰ(3-2)、圆形塑料片ⅱ(3-3)、圆形塑料片ⅲ(3-4)和t字型塑料片(3-1)、矩形的塑料片(3-5)组成的多组天然水草形态总成类雪花状的结构，且雪花状填料(1-5)加装于塑料柱(1-4)上，且相邻的两个雪花状填料(1-5)间隔距离为20cm。

4.根据权利要求1或2任意一项所述的一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，其特征在于：所述刺球型填料(1-3)包括聚丙烯中空球体(4-2)，所述球体(4-2)表面设有多个底端呈圆柱状、顶端呈圆锥状的尖刺ⅰ(4-1)和尖刺ⅱ(4-4)，所述球体(4-2)表面设有多个透水孔(4-3)，所述球体(4-2)内部设置有多个碎石填充。

5.根据权利要求1或2任意一项所述的一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，其特征在于：所述枝条(2-4)、杂草(2-3)、落叶(2-1)混合后装入网状结构制成填充结构。

6.根据权利要求1或2任意一项所述的一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，其特征在于：所述生物过滤毛刷(2-5)包括内部设置的不锈钢丝芯和外部设置的pet刷毛，且整个生物过滤毛刷(2-5)的长度为15-20cm，所述pet刷毛的长度为1-2cm，不锈钢丝芯的长度为20cm。

技术总结
本技术公开了一种用于调控溪流沟渠氮磷滞留潜力的柔性透水坝结构，涉及水资源环境保护技术领域。包括整个坝体内部纵向支撑设计的塑料柱，塑料柱体圆周面上设有多个雪花状塑料填料，雪花状填料之间设有生物过滤毛刷，结构内部其余空间由多种填料填充，在外部再使用带孔尼龙网袋包裹并使用尼龙绳进行捆扎固定。本技术克服了现有技术的不足，以有效改变水流形态，提升溪流沟渠暂态存储潜力，提高水流与暂态存储区溶质的交换能力，并能为微生物提供良好的附着条件和碳源补给，对调节和改善下游水体水质和生态环境压力具有重要作用，特别是针对河道内鲜有水生植物的溪流沟渠，生态环境功能提升效果更加显著。

技术研发人员：李如忠,刘可诚,徐圣伟
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：20221216
技术公布日：2024/1/12