一种岸边式梯级二维表面流滤水河床原位生态修复方法_2

文档序号:8314472阅读:来源:国知局
时河道流量较小,或仅保持为基流流量,多在河床中形成单一或多股细小水流,断面水力半径较小,水土界面的交互作用持续时间短暂,水体自净能力较弱,平时大部分河床裸露,杂草重生,垃圾遍及河床,水体景观破碎。本发明所构建的岸边式梯级二维表面流滤水河床在平水期或枯水期等小流量时,扩大了河床断面的水力半径,强化水一土界面物质交换功能,增加河道三维绿量,营造河道景观。在河道行洪时,梯级表面流滤水基床、岸边配水渠以及中心主河槽同时都作为行洪通道,洪峰短时间通过河道后即恢复平日小流量。岸边式梯级二维表面流滤水河床修复方法增加了河道三维绿量,一般达到3.0m3/m2左右,几乎达到了绿地公园的绿量要求,增添了人们亲水近水平台,河道景观及游乐环境得以有效改善,河流生态系统得到一定程度的修复。
[0019]上述岸边式梯级二维表面流滤水河床在进行受污染河流或中小水体的水质强化净化与生态修复时,具体包括如下步骤:
[0020](I)河段正常清淤后,按照河道功能要求、河床坡降与纵向地形图计算并确定梯级表面流基床阶数、纵向单元长度、纵向修复单元数、中心主河槽宽度、导流配水以及上游来水分水设施和比例等关键工艺参数,并进行施工图设计。
[0021](2)按照工艺设计的岸边式梯级二维表面流生态滤水河床,将河流上游来水量按比例通过分水短坝或设施分配至滤床两侧的岸边配水渠中,由配水渠内侧壁的矩形堰口跌水进入各阶表面流滤水基床,其余流量则直接进入中心主河槽,以保持河道的正常水位以及游船通行、生态需水等功能需求。
[0022](3)岸边式梯级二维表面流滤水基床由岸边配水渠向中心主河槽依次设计的水位梯度予以推进,相邻两阶表面流滤水基床的进、出水矩形堰口(或景观塑石跌水堰)“十字”交错设置,形成近似垂直于中泓线的横向流线,同时由于河段上游至下游的纵向坡降还会在基床表面形成纵向流线,因此,在滤床基层表面的流态是纵向和横向的二维表面流。各阶基床的有效水深为0.2?0.5m,依靠基床表面的自由复氧和水生动植物、微生物的综合净化作用,各阶基床内均可形成完善的生态系统,强化净化水质,增加河道绿量,营造河道景观。
[0023](4)岸边式梯级二维表面流滤水河床中靠近中心主河槽的一阶滤水基床出水汇入中心主河槽,在修复单元的下游出口处中心主河槽的流量基本恢复河流流量。再通过下一单元的岸边式梯级二维表面流生态滤水河床修复单元持续修复河流生态,强化净化水质。在实际工程中,多个纵向修复单元首尾相接,连续修复河段,持续水质净化,并最终完成河道的生态修复和水体景观营造。
[0024](5)岸边式梯级二维表面流生态滤水河床沿修复河道中泓线向下游推进的过程中,由于市政排水管网的截污措施不完善等原因,难免遇到市政污水排出口和雨水排出口,这时可将市政排水管直接引导至岸边配水渠,继而由二维表面流滤水基床完成梯级水质净化,最后汇入中心主河槽。
[0025](6)岸边式梯级二维表面流生态滤水河床的中心主河槽两侧与其临近一阶的表面流基床交汇处采用多孔混凝土生态护坡,一方面用于支撑临近的滤水基床保持其稳定性,同时作为中心主河槽的生态护坡和护脚,避免中心主河槽中水流对岸坡的侵蚀和淘刷,多孔混凝土护坡的孔隙结构还可作为中心主河槽的生态鱼礁,提供鱼类、两栖动物的生息繁衍空间。多孔混凝土材料是由单一级配(15-25mm)饱满砾石、42.5以上水泥、少量中粗砂、矿物添加剂(如矿渣微粉、超细粉煤灰等)、高效减水剂、添加剂按一定水灰比混合搅拌,经模具定型和压制成型工艺制作球体或具孔矩形砌块构型,成型的多孔混凝土材料抗压强度不小于lOMPa,孔隙率15?30%,渗透系数I?3cm/s,多孔混凝土预制砌块铺装后额外产生约30?50%的孔洞率,从而形成全通透的生态护岸,修复河流生态系统。
[0026]有益效果:本发明提供的岸边式梯级二维表面流滤水河床原位生态修复方法,是一种基于河床宽度与纵向坡降条件而实施的原位性生态修复,旨在强化河床水一土界面的物质交换作用、改善水质净化功能、增加河道绿量和营造水体景观,基于岸边式梯级二维表面流生态基床、岸边配水、微生物以及水生植物吸收、吸附等多种机制共同完成生态修复和水质净化;本发明挖掘并充分利用了河道原有的基床空间,将整个河床划分为3个组成部分。在平水期或枯水期时,修复单元上游的分水短坝或设施将上游来水按一定比例分配至岸边配水渠,并经过其出水堰将水均布至梯级二维表面流滤水基床,最后汇入中心主河槽,从而完成一个单元的河床修复;中心主河槽水体再次分配经过下一单元的岸边式梯级二维表面流生态滤水河床,因此,修复单元首尾相接,串联运行,在实现水体基床生态修复的同时,强化净化水质。洪水期时,洪峰流经整个河道断面,可能淹没梯级表面流滤水基床和岸边配水渠,洪峰过后及恢复平日流量,配水渠中可能会有部分泥沙沉积,这时开启配水渠末端排泥阀门,水力清通配水渠沉积泥沙。
[0027]本发明与现有的污染(微污染)河流或中小水体的水质强化净化和生态修复技术相比,优势如下:
[0028]1、本发明的岸边式梯级二维表面流生态滤水河床的宽度、纵向坡降、矩形配水堰(出水堰)需要进行专门的功能设计,该系统延展了河床的水土交互作用面积,扩大了河道断面的水力半径,提高了水体自净能力,同时依赖于二维表面流滤水河床强大的生态系统,再加上配置的耐湿性景观植物,如美人蕉、花叶芦竹、千屈菜、水葱、风车草等,基床的三维绿量可达到3.0m3/m2,接近绿地公园的绿量,与单一股基流河床相比,景观效应显著;
[0029]2、本发明中岸边式梯级二维表面流生态滤水河床的中心主河槽设计能够保证河道在平水期和枯水期的水体景观和生态修复,并可实现城市河道游船通行等设施;与传统部分裸露河床相比,二维表面流滤水河床断面的水力半径可提高10倍以上,且不需要实施较大规模的土方及其运输工程量;
[0030]3、本发明构建的岸边式梯级二维表面流生态滤水河床,是为提高水体自净能力、修复生态系统而实施的河床原位性生态修复技术,滤床中二维表面流的水流运动模式强化了水体与基质的交互作用功能,水力负荷与表流湿地相比提高1.5?2.0倍,水中COD、N、P等污染物去除效果显著;整个系统原位性自组织水流,配水、布水均不需任何额外动力设备;
[0031]4、本发明构建的岸边式梯级二维表面流生态滤水河床,是对原有河床实施的原位性生态修复和水质净化方法,突破了传统原位硬化建设或异位处理等运行管理复杂、工程量大等缺陷,采用砾石、砂土等滤床基质、植物群落、接触氧化、均匀布水与配水、生态护坡等多种技术优化组合。该系统仅对河床实施原位性的生态修复,尤其适用于季节性的景观型城市河流的生态修复,平水期滤水河床正常运行,降雨时短历时洪峰流经整个河床之后,水生植物可减少基床砾石和砂土的流失,整个系统可在I?2天内恢复正常运行;
[0032]5、中心主河槽两侧采用多孔混凝土生态护坡有效维护岸线的稳定性,强化其过水能力,同时也可作为岸边水生植物生长基质和供鱼类等水生动物生息繁衍的生态鱼礁。
【附图说明】
[0033]图1为岸边式梯级二维表面流生态滤水河床系统断面图;
[0034]图2为岸边式梯级二维表面流生态滤水河床系统平面图;
[0035]图3为中心主河槽与相邻的表流基床的生态护坡图;
[0036]图4为岸边式表面流滤水基床及景观跌水堰图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0038]季节性河流或中小城市水体一般表现为短历时的洪峰流量充满或部分充满河道断面空间,而长时间的平水期和枯水期,河道仅保持为基流流量,仅在河床中通过冲蚀或侵蚀在河床中形成单一股流或多股细小水流,水力半径小,流速快,污染物自净功能较弱,长期以来水质呈现污染态势。平水期时裸露的河床尽管可生长一些水生植物,但杂乱无序,景观性较差。岸边式梯级二维表面流生态滤水河床基于河流动力学、环境工程学、生态工程学等原理对现有河床实施原位性改造和修复,优化河床空间,提高河道自净能力,增加河道三维绿量,营造河流景观。现以河南省洛阳市滬河的生态修复与景观提升工程为例,来说明岸边式梯级二维表面流生态滤水河床的生态修复与水质净化实施方法。洛阳市滬河自北向南流经洛阳市城区,于洛阳老城东南注入洛河,城区河床纵向坡降平均为
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