一种河道水源地大规模原位净水系统及净水方法
【专利摘要】本发明涉及一种河道水源地大规模原位净水系统及净水方法，该净水系统包括由主河道至人工河道依次设置的第一净水区、第二净水区和第三净水区；人工河道为饮用水水源区。本发明在原有的堤坝修筑需求的基础上搭建了大规模原位净水系统，在主河道长期冲流而成的沙洲上严格划分净水治理区域，基于河道水文特征和地势特点进行侧渗水原位净化处理，本身依托并利用了河道堤坝的建设，在河道原址进行净化而不需要再另外选址，不仅解决了运送传输问题，而且提高了处理量和处理效率，真正实现污染水源的原位规模化净化处理。
【专利说明】
-种河道水源地大规模原位净水系统及净水方法
技术领域
[0001 ]本发明设及一种河道水源地大规模原位净水系统及净水方法。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的提高和工业生产规模的扩大，输出到环境中的污水超过环境的自 然净化能力造成水环境恶化。据《2014年中国环境状况公报》显示，我国423条主要河流、62 座重点湖泊（水库）开展了水质监测，I、n、虹、IV、V、劣V类水质断面分别占3.4%、 30.4%、29.3%、20.9%、6.8%、9.2%，主要污染指标为化学需氧量、总憐和五日生化需氧 量。329个地级及W上城市开展了集中式饮用水水源地水质监测，达标率占96.2%。水质优 良级的监测点比例为10.8 %，良好级的监测点比例为25.9 %，较好级的监测点比例为 1.8%，较差级的监测点比例为45.4%，极差级的监测点比例为16.1 %。地下水和地表水污 染指标有总硬度、儘、铁和氣化物、重金属和有毒有机物污染。全国城市供水30%源于地下 水，北方城市达89%，城市地下水质普遍恶化。饮用水亦被污染，饮用水的安全性与人体健 康直接相关，我国城镇附近水体受污染率较高，对数亿人口饮用水的安全性构成重大威胁。
[0003] 黄河作为我国北方重要的水源地，近年来水资源质量问题极为突出。W黄河为例， 黄河水具有水少、沙多、水沙关系不协调的基本特性。黄河多年平均天然径流量为534.8亿 m3,径流量不及长江的5%，来沙量为16亿t，为长江的3倍，水质比较浑浊。现已具备的水库 表现在单库调水造峰时水位较高、出库含沙量低，不能充分发挥水流的输沙能力，而排沙运 用时水位低，不能调节足够的水量满足"大水带大沙"的要求。另外，随着黄河沿岸工矿企业 的增多，黄河的水质污染也变得越来越突出。特别是矿业、冶炼、电池、电锻等重金属排放量 大的行业领域，由于重金属污染的治理成本较高，而违规排污的监管和处罚力度也都存在 着较大问题，因此重金属污染物的偷排现象屡禁不止，运便导致了黄河中上游重金属污染 物出现不同程度的超标，下游更因此接纳了大量的污染物，严重危害人民生产、生活用水的 安全性。作为我国北方地区重要的饮用水水源，对黄河污染物的合理控制和治理是亟需解 决的重要问题。
[0004] 对于地质基础条件氣含量较高的地区，地下水多存在氣含量超标的现象，对于人 畜安全用水造成严重威胁。W黄河沿岸的渭南市为例，据卫生部口普查，除华县、撞关外，其 他各县市、区地下水都不同程度存在含氣量超标，最严重的是大慕、蒲城、富平县，其次为临 渭区、澄城、合阳等县。按照饮用水样分析，超过生活饮用水标准0.5~1.Omg [1的占57%， 其中含氣量超过4.Omg L-I的占8%，2.1~4.Omg L-I的占43.5%，1.1~2.Omg L-I的占 48.5% ;全市有100多万人处于高氣水区，患氣斑牙有72万人，患氣骨症4.9万人。
[0005] 因此，为解决全国普遍存在的水源安全问题，为人畜饮用水、生活用水提供洁净水 源，实施成本低、效果优、规模大、生态化的水源净化工程手段势在必行。
【发明内容】
[0006] 为了解决饮用水水源重金属污染的技术问题，本发明提供一种河道水源地大规模 原位净水系统及净水方法，为人畜用水提供洁净水源。
[0007] 本发明的技术解决方案是：一种河道水源地大规模原位净水系统，其特殊之处在 于:包括由主河道至人工河道依次设置的第一净水区、第二净水区和第=净水区；所述人工 河道为饮用水水源区；
[0008] 所述第一净水区一侧紧邻主河道，第一净水区是在沙洲上堆建而成的控导巧体， 所述控导巧体的顶端比主河道平均水位高出3-6米；
[0009] 所述第二净水区位于第一净水区的另一侧，第二净水区包括填覆于主河道沙洲上 的耕作层，所述耕作层底端比主河道平均水位高出1-5米，所述耕作层的厚度为20-50厘米；
[0010] 所述第=净水区位于第二净水区和人工河道之间，第=净水区包括挖掘沙洲±体 后设置的水耕熟化层，挖掘沙洲±体后的地下水位保证水耕熟化层可蓄水;所述水耕熟化 层的厚度为30-40厘米，在水耕熟化层表面自然形成5-30厘米厚度的明水层，明水层顶端比 主河道平均水位低2-3米；
[0011] 所述第=净水区与人工河道之间还设置有隔离巧;所述隔离巧的顶端比人工河道 的平均水位高出2-3米。
[0012] 上述第二净水区的耕作层底端比主河道平均水位高出1-3米，所述耕作层上种植 景观植物。
[0013] 上述第二净水区的耕作层底端比主河道平均水位高出3-5米，所述耕作层上种植 景观林木、经济作物和/或粮食作物。
[0014] 上述第=净水区的水耕熟化层种植水生植物。
[0015] 上述水耕熟化层是由第=净水区底部±体进行翻耕构建形成的。
[0016] 本发明还提供一种河道水源地大规模原位净水方法，其特殊之处在于:包括W下 步骤：
[0017] 1】根据主河道和主河道沙洲的分布情况划分原位净水区域和人工河道区域；
[0018] 2】在原位净水区域搭建河道水源地大规模原位净水系统；
[0019] 2.1】搭建第一净水区：在划定的第一净水区范围内，采用两边进占立堵施工方案， 将大粒径毛石及抢五面体构件进行抛投，合犹处打设钢管粧，钢筋石笼护底，巧体贯通后迎 水面用尾矿渣石进行闭气，及时跟进巧后±方填筑，完成第一净水区的搭建。
[0020] 2.2】搭建第二净水区：挖掘第=净水区和人工河道范围内的±体，并将其填覆于 第二净水区，在划定的第二净水区范围内将±体表层进行平整并予W娠压巧实，继续填覆 上体并娠压巧实直至上体顶端比主河道水位高出1-5米;用泥水诱灌平整后的±体表层，覆 盖20-50厘米厚的黄±后，形成耕作层；
[0021] 2.3】挖建第=净水区：在第=净水区范围内挖掘±体，直至地下水位保证第=净 水区可蓄水;对第=净水区底部±体进行翻耕构建水耕熟化层形成适合水生植物生长±体 结构；
[0022] 2.4】挖建人工河道:结合主河道走势，挖掘横断面为凹型结构的人工河道。
[0023] 本发明的有益效果在于:本发明在原有的堤巧修筑需求的基础上搭建了大规模原 位净水系统，在主河道长期冲流而成的沙洲上严格划分净水治理区域，基于河道的水文特 征和地势特点进行侧渗水原位净化处理，本身依托并利用了河道堤巧的建设，在河道原址 进行净化而不需要再另外选址，不仅解决了运送传输问题，而且提高了处理量和处理效率， 真正实现重金属污染水源的原位规模化净化处理。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明较佳实施例的大规模原位净水系统示意图。
【具体实施方式】
[0025] 参见图1，本发明较佳实施例的大规模原位净水系统包括由主河道1至人工河道2 依次设置的第一净水区3、第二净水区4和第=净水区5;人工河道2为饮用水水源区；
[00%]第一净水区3-侧紧邻主河道1，第一净水区3是在主河道1的自身沙洲上堆建而成 的控导巧体，控导巧体的顶端比主河道平均水位高出3-6米;控导巧体顶端大幅高出主河道 平均水位，可W有效防止因讯期水位漫过净水系统而影响净水效果。控导巧体底部±体较 为密实，可W在主河道水流侧渗过程中截留主河道泥沙和细小颗粒物。
[0027]第二净水区4位于第一净水区3的另一侧，第二净水区4包括依次填覆于主河道沙 洲上的±体层41和耕作层42,耕作层42底端比主河道平均水位高出1-5米，耕作层42的厚度 为20-50厘米。±体层41的填覆可由第=净水区和人工河道的±体挖掘进行补充。耕作层42 是由富含±著微生物的天然±壤进行填覆，可W种植一些绿色植物，一方面可W利用微生 物和植物的生物降解功能对侧渗水流中的重金属类污染物或者有机污染物进行吸收降解， 另一方面可W利用植物根系紧固±壤，更好地起到过滤污染物的作用。当第二净水区的耕 作层厚度铺设较浅时(例如厚度为1-3米时），可W在耕作层42上种植景观植物，当第二净水 区的耕作层厚度铺设较深时(例如厚度为3-5米），那么可W在耕作层上种植景观林木、经济 作物或者粮食作物(例如水稻、油菜等，可依具体的±质环境不同而定）。
[00%]第=净水区5位于第二净水区4和人工河道2之间，第=净水区5包括水耕熟化层51 和田面明水层52;田面明水层52顶端比主河道平均水位低2-3米；田面明水层52的厚度为5- 30厘米;水耕熟化层51的厚度为30-40厘米。由于第S净水区低于主河道平均水位，因此存 在或深或浅的明水区。在明水区域可W种植各种水生植物(例如莲截、芦韦、水藻等），水生 植物可W进一步吸收降解侧渗水中的有机污染物和重金属污染物。
[0029] 第=净水区5与人工河道2之间还设置有隔离巧6;隔离巧6的顶端比人工河道的平 均水位高出2-3米，在监测并比较主河道水位和人工河道水位变化后，及时调控人工河道的 水位高度。
[0030] 本发明提供的河道水源地大规模原位净水方法，包括W下步骤：
[0031] 1】根据主河道和主河道沙洲的分布情况划分原位净水区域和人工河道区域；
[0032] 2】在原位净水区域搭建河道水源地大规模原位净水系统；
[0033] 2.1】搭建第一净水区：在划定的第一净水区范围内，采用两边进占立堵施工方案， 将大粒径毛石及抢五面体构件进行抛投，合犹处打设钢管粧，钢筋石笼护底，巧体贯通后迎 水面用尾矿渣石进行闭气，及时跟进巧后±方填筑，完成第一净水区的搭建；
[0034] 2.2】搭建第二净水区：挖掘第=净水区和人工河道范围内的±体，并将其填覆于 第二净水区，在划定的第二净水区范围内将±体表层进行平整并予W娠压巧实，继续填覆 上体并娠压巧实直至上体顶端比主河道水位高出1-5米;用泥水诱灌平整后的±体表层，覆 盖20-50厘米厚的黄±后，形成耕作层；
[0035] 2.3】挖建第=净水区：在第=净水区范围内挖掘±体，直至地下水位保证第=净 水区可蓄水;对第=净水区底部±体进行翻耕构建水耕熟化层形成适合水生植物生长±体 结构；
[0036] 2.4】挖建人工河道:结合主河道走势，挖掘横断面为凹型结构的人工河道。
[0037] 本发明提供的河道水源地大规模原位净水系统在黄河部分河段的试运行中取得 了显著的效果。根据该河段黄河的水文特征及地势特点，利用耕地生态系统对水质进行净 化。
[0038] 如表1和表2所示，经过净化后的人工河道中的水质在各项检测指标上均有明显改 善，特别是铭、神等重金属污染物含量大幅下降，其中铭的含量从〇.〇17mg 1/1下降至 0.OOlmg [1，铜从0.016下降至0.OOSmg L-I，锋从0.066下降至0.022mg L-I，其含量均从符 合《地表水环境质量标准》GB3838-2002的n类限值提高至符合I类限值。尤其是当地目前地 下水氣含量严重超标，作为饮用水水源严重危害人畜健康。而对黄河实施大规模原位净化 后，氣含量符合完全I类限值，可W作为人畜用水优质水源地。运项工程可在韩城到合阳一 线形成600-1200万方的清水储量，形成日供40-80万方的清水供应能力（水质接近I级水）， 可彻底解决渭北10多个城市(县城)的供水问题，使500万群众告别不洁饮水问题，改善当地 水资源不足的现状并促进地方经济和社会发展。
[0039] 表1大规模原位净水系统净化前后水质情况对比
[0040]
[0041 ]表2大规模原位净水系统净化前后水质情况对比
[0042]
【主权项】
1. 一种河道水源地大规模原位净水系统，其特征在于：包括由主河道至人工河道依次 设置的第一净水区、第二净水区和第三净水区;所述人工河道为饮用水水源区； 所述第一净水区一侧紧邻主河道，第一净水区是在沙洲上堆建而成的控导坝体，所述 控导坝体的顶端比主河道平均水位高出3-6米； 所述第二净水区位于第一净水区的另一侧，第二净水区包括填覆于主河道沙洲上的耕 作层，所述耕作层底端比主河道平均水位高出1-5米，所述耕作层的厚度为20-50厘米； 所述第三净水区位于第二净水区和人工河道之间，第三净水区包括挖掘沙洲土体后设 置的水耕熟化层，挖掘沙洲土体后的地下水位保证水耕熟化层可蓄水;所述水耕熟化层的 厚度为30-40厘米，在水耕熟化层表面自然形成5-30厘米厚度的明水层，明水层顶端比主河 道平均水位低2-3米； 所述第三净水区与人工河道之间还设置有隔离坝;所述隔离坝的顶端比人工河道的平 均水位高出2-3米。2. 根据权利要求1所述的河道水源地大规模原位净水系统，其特征在于:所述第二净水 区的耕作层底端比主河道平均水位高出1-3米，所述耕作层上种植景观植物。3. 根据权利要求1所述的河道水源地大规模原位净水系统，其特征在于:所述第二净水 区的耕作层底端比主河道平均水位高出3-5米，所述耕作层上种植景观林木、经济作物和/ 或粮食作物。4. 根据权利要求1-3中任一所述的河道水源地大规模原位净水系统，其特征在于:所述 第三净水区的水耕熟化层种植水生植物。5. 根据权利要求4所述的河道水源地大规模原位净水系统，其特征在于:所述水耕熟化 层是由第三净水区底部土体进行翻耕构建形成的。6. -种基于造田模式的大规模原位净水方法，其特征在于:包括以下步骤： 1】根据主河道和主河道沙洲的分布情况划分原位净水区域和人工河道区域； 2】在原位净水区域搭建河道水源地大规模原位净水系统； 2.1】搭建第一净水区：在划定的第一净水区范围内，采用两边进占立堵施工方案，将大 粒径毛石及砼五面体构件进行抛投，合拢处打设钢管粧，钢筋石笼护底，坝体贯通后迎水面 用尾矿渣石进行闭气，及时跟进坝后土方填筑，完成第一净水区的搭建； 2.2】搭建第二净水区：挖掘第三净水区和人工河道范围内的土体，并将其填覆于第二 净水区，在划定的第二净水区范围内将土体表层进行平整并予以碾压夯实，继续填覆土体 并碾压夯实直至土体顶端比主河道水位高出1-5米；用泥水浇灌平整后的土体表层，覆盖 20-50厘米厚的黄土后，形成耕作层； 2.3】挖建第三净水区：在第三净水区范围内挖掘土体，直至地下水位保证第三净水区 可蓄水；对第三净水区底部土体进行翻耕构建水耕熟化层形成适合水生植物生长土体结 构； 2.4】挖建人工河道:结合主河道走势，挖掘横断面为凹型结构的人工河道。
【文档编号】C02F3/32GK106012952SQ201610531902
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】韩霁昌
【申请人】陕西省土地工程建设集团有限责任公司