专利名称：一种净化山地小流域水体的多级生态透水坝的制作方法
技术领域：
本发明涉及非点源污染治理方法，具体的说是一种构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝。
背景技术：
随着对粮食需求的加大及耕作方式的改变，农业生产中农药、化肥的使用量越来越多，而现实中投入的农药化肥利用率均较低，农药、化肥未利用的部分在降雨发生时多随地表径流流失。流失的农药化肥与农村生活污水，畜禽粪便及养殖废水成为我国农村地区水体非点源污染的主要来源。同时由于非点源污染物多富含氮、磷等营养物质，未经处理的情况下往往成为受纳水体水质改变并发生“水华”的主要原因，如太湖、巢湖、滇池等流域。 因此，减少受纳水体中非点源污染物质的输入量或利用水体的自净能力吸收，降解氮、磷等营养物质是解决农村地区水体污染的主要解决方向和技术手段。对于非点源污染的控制和治理，国内外已进行了许多的研究工作。常采用的非点源污染控制技术包括前置库、人工湿地、人工浮床等，这些技术的特点就是利用植物或微生物来吸收降解氮、磷等营养物质提高水体的自净能力改善水质。但当处理山地小流域的农业非点源污染问题时，往往由于山地小流域河流坡降大、水体流速快、上游地区多为砾石河床等原因，使得小流域河流对河床侵蚀严重，水体中泥沙营养物质不易沉淀，无法形成可对进入水体中的氮、磷等营养物质进行吸收降解的微生物和水生植物系统。同时由于山地小流域地区非点源污染发生时多伴随有不同程度的水土流失，对河岸边的植被带的冲刷严重加重了非点源污染的发生。
发明内容
本发明的目的是针对山地小流域地区河流水体流速快、水深浅、侵蚀严重，非点源污染多伴随水土流失发生的特点，提供一种构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种净化山地小流域水体的多级生态透水坝，透水坝由砾石构成，1)选择山地小流域两岸具有较强侵蚀潜力的农田区域，非主行洪河道无明显弯曲处或弯曲处下方构建透水坝，透水有效坝高0. 6-1米；同时在透水坝两端易发生侵蚀处构建护坦，两岸护坦长度L =1. 5 (H+h)式中H为坝高，h为溢流水深；2)透水坝级数的选择，多级透水坝的级数由n= (Ctl-Cn)A^Cx确定，式中Ctl为未处理河流水体污染物浓度，Cn为预计净化后浓度，Cx为单级透水坝去除率，多个透水坝组成得到多级生态透水坝。所述山地小流域处的多级生态透水坝由多个生态透水坝构成，每个透水坝最小控制范围为L = HcZtana,式中L为透水坝控制河段长度，Htl为有效坝高，α为河道坡度。所述多级透水坝间的距离应大于等于单级透水坝的控制范围L。所述透水坝采用砾石与铁丝相结合构建，透水坝坝体为不规则梯形，坝体迎水面斜率1-1. 5，坝体背水面斜率1-1. 2，所述透水坝筑坝处河道坡度为2. 9度，坡度斜率tan α = 0. 005。所述砾石直径为10_15厘米。所述多级透水坝建成后在两级透水坝间于水流较缓处种植适合当地生长的水生植物， 形成生态河道加强净化效果。本发明所具有的优点1.本发明针对山地小流域地区河流水体流速快、水深浅、侵蚀严重，非点源污染多伴随水土流失发生的特点，构建适合山地小流域多级生态的透水坝。通过构建多级透水坝的生态工程措施，可有效的增加流经小流域河流水体水深0. 5-0. 8米，起到减缓浅流小流域河流流速，沉降悬浮固体、增加跌水等作用，削减流经水体中的氮、磷、泥沙等，强化河流的自净能力以改善流经水体水质。2.本发明针对山地小流域多级生态构建的透水坝利用河流坡降无需动力运行； 同时采用铁丝、砾石等建造成本低。3.本发明针对山地小流域多级生态构建的透水坝与植被拦截措施一起具有明显的水质净化效果，对磷的净化效果好于氮的净化效果。
图1为山地小流域多级生态透水坝结构的示意图。
具体实施例方式结合国家重大科技专项水专项“浑河上游水质改善与水生态修复维系关键技术及示范研究Ο008ΖΧ07208-007-02)”的子课题，在辽宁省抚顺市清原县杨家店村(浑河上游小流域)建立多级生态透水坝及植被拦截带，组成生态透水坝多级净化系统应用于该地区山地小流域的农业非点源污染控制。根据当地河流的实际情况，结合多级透水坝级数公式η = (C0-Cn) /n -Cx,式中η为透水坝级数，Ctl为未处理河流水体浓度，Cn为预计净化后浓度，Cx为单级透水坝净化效果 (去除率)，Cx污染物浓度去除率为10-15%。Ctl为未处理的当地水体平均污染物浓度，TN 浓度为1. 6mg/L，TP浓度为0. 03mg/L，Cn为预计净化后浓度达到国家地表水II-III类(TN 0. 5-1. Omg/L, TP :0. 1-0. 2mg/L)处理预期，由此确定该地可建筑级数为2的多级透水坝。一号坝选择山地小流域两岸具有较强侵蚀潜力的农田区域非主行洪河道无明显弯曲处或弯曲处下方，即位于河流出村口处构建透一号水坝。一号透水坝有效坝高0. 8米，坝长 17. 5米，坝底宽度2. 5米，坝顶宽度0. 8米。同时坝体下游两侧分别设有护坦，两岸护坦长度L = 1. 5(H+h)，式中H为坝高1. 0米，h为溢流水深0. 8米，可得护坦2. 7米长。坝底高程为河床硬底高程。一号坝主要起拦截水中漂浮物，降低流速的作用。二号坝二号坝距一号坝的最小距离依据当地河流坡降、有效坝高由公式L = HcZtan α及实地施工情况确定，H0有效坝高0. 8米，tan α = 0. 005，L为透水坝控制河段长度160米， 透水坝间的距离应大于等于单级坝的控制范围L，由此在距一号坝220米处构建二号坝，同时二号坝长20米，坝底宽度2. 5米，坝顶宽度0. 8米，坝高1. 1米，坝底高程河床硬底高程。一、二号组成得到多级生态透水坝；透水坝主要通过溢流过水、坝体透水的方式增加跌水促进水体中含氧量的提高，减缓流速促进河流底泥形成吸收水体中营养物质，减少水体中营养物质的含量。所述透水坝采用砾石与铁丝相结合构建，砾石直径为10-15厘米。迎水面斜率 1.5，背水面斜率1. 1。多级透水坝建成后可在不影响行洪的情况下，在两级透水坝间控制区沿岸下游种植荆条等护坡植物，形成生态河道加强净化效果。此外，应注意形成的生态河道沿岸植被的保护可种植护坡能力较强的植被防止水土流失。所述透水坝的一号坝主要起对水中漂浮物、泥沙的阻挡、沉淀作用，对水体中营养物质的去除率为15-20%。二号坝利用与一号坝间形成的生态河道，减缓河流流速，提高水深，沉淀水中悬浮物，并通过水生植物的吸收作用降低流经河流水体中营养物质的含量。一号坝与二号坝形成的多级透水坝系统对TN 的去除率大于35%，TP的去除率大于70%。多级透水坝刚构建完成时，流经多级坝体系统的水体中TN实测浓度由1. 8mg/L降低到1. lmg/L,单级透水坝的坝TN去除率15-20%，多级透水坝系统TN去除率38% ；TP浓度由实测0. 04mg/L降低到0. 0lmg/L,单级透水坝的坝 TP去除率20-35%，多级透水坝系统TP去除率75%。运行一段时间(三个月)后，实测TN 浓度由1. 5mg/L下降到0. 98mg/L,多级透水坝系统实测TN去除率TN35% ；TP浓度实测由 0. 044mg/L降低到0. 012mg/L,多级透水坝系统实测TP去除率72. 7%。
权利要求
1.一种净化山地小流域水体的多级生态透水坝，透水坝由砾石构成其特征在于1)选择山地小流域两岸具有较强侵蚀潜力的农田区域，非主行洪河道无明显弯曲处或弯曲处下方构建透水坝，透水坝有效坝高0. 6-1米；同时在透水坝两端易发生侵蚀处构建护坦，两岸护坦长度L= 1.5(H+h)式中H为坝高，h为溢流水深；2)透水坝级数的选择，多级透水坝的级数由n=(Ctl-Cn)A^Cx确定，式中Ctl为未处理河流水体污染物浓度，Cn为预计净化后浓度，Cx为单级透水坝去除率，多个透水坝组成得到多级生态透水坝。
2.按权利要求1所述的构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝，其特征在于所述山地小流域处的多级生态透水坝由多个生态透水坝构成，每个透水坝最小控制范围为L =HcZtan α，式中L为透水坝控制河段长度，H0为有效坝高，α为河道坡度。
3.按权利要求2所述的构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝，其特征在于所述多级透水坝间的距离应大于等于单级透水坝的控制范围L。
4.按权利要求2所述的构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝，其特征在于所述透水坝采用砾石与铁丝相结合构建，透水坝坝体为不规则梯形，坝体迎水面斜率1-1. 5， 坝体背水面斜率1-1. 2，所述透水坝筑坝处河道坡度为2. 9，坡度斜率0. 005。
5.按权利要求4所述的构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝，其特征在于所述砾石直径为10-15厘米。
6.按权利要求1所述的构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝，其特征在于所述多级透水坝建成后在两级透水坝间于水流较缓处种植适合当地生长的水生植物，形成生态河道加强净化效果。
全文摘要
本发明涉及非点源污染治理方法，具体的说是一种构建净化山地小流域水体的多级生态透水坝。具体为选择山地小流域两岸具有较强侵蚀潜力的农田区域，非主行洪河道无明显弯曲处或弯曲处下方构建透水坝，透水坝高0.6-1.2米，透水坝两端易发生侵蚀处构建护坦。两岸护坦长度L＝1.5(H+h)。透水坝通过坝体透水、坝顶过水的方式使流经水体的流速降低、提高水深利于河水中悬浮物质的沉淀；多级透水坝级数依据公式n＝(C0-Cn)/n·Cx确定。多级坝形成多级生态透水坝系统。本发明构建适合的山地小流域多级生态透水坝，可有效的增加流经小流域河流水体水深0.5-0.8米，减缓浅流小流域河流流速，并起到沉降悬浮固体、增加跌水等作用，削减流经水体中的氮、磷、泥沙等，强化河流的自净能力改善流经水体水质。
文档编号C02F3/34GK102211817SQ201010138059
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者史奕, 吴铁铮, 赵倩, 赵牧秋, 问青春, 陈欣, 马建, 鲁彩艳 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所