本发明涉及水体生态环境修复领域，具体涉及一种抗风浪生态浮岛及其构建方法，尤其适合在风浪较多水域中进行生态浮岛的构建。
背景技术
近年来，江河、湖泊、水库、池塘等水体受到环境污染，造成水体富营养化，破坏了水体的生态平衡。目前，生态浮岛在污水治理中的应用越来越受关注，生态浮岛利用其上栽培植物的根部吸收、吸附作用，以去除污染水体中的氮、磷等污染物，抑制水体中的藻类过度生长，同时还具有美化水体景观，具有无需占地、成本低廉以及净化效果好等优点。
目前，现有的生态浮岛普遍存在以下问题：(1)浮力有限：现有的生态浮岛一般选用发泡塑料或再生塑料作为基本材料，虽然制作成本相对较低但浮力有限，且易破碎而散漂在水上难以降解而造成二次污染；(2)浮岛植物单一：浮岛植物是生态浮岛的重要组成部分，它既是浮岛生态功能的承担者，同时也是浮岛景观效果的体现者，但现有的生态浮岛的植物配置难以兼顾景观和生态两大功能。此外，浮岛上栽植的植物只能利用表层水体中的营养物质，对于深度较大的水体，难以达到净化效果；(3)结构不稳固：普通的生物浮岛在收到风吹浪打后，经常出现框架破坏、浮岛散落、植物丢失、浮岛沉没等问题。
综上所述，构建浮力大、植物丰富、结构坚固的抗风浪生态浮岛系统是污染水体环境修复的必要措施。
技术实现要素：
本发明的目的是立足上述问题，提供了一种抗风浪生态浮岛及其构建方法，通过从抗风浪和固定结构两方面提升生态浮岛结构的稳定性、生态性及实用性，为水体生态修复提供技术支持。
为实现上述目的，本发明提供了一种抗风浪生态浮岛，包括设置在水面上的浮岛主体结构、设置在浮岛主体结构四周和浮岛框架底部的消浪结构及设置在水底固定抗风浪生态浮岛的生态沉坠结构，所述浮岛主体结构包括设置在外侧的浮岛框架以及固定在所述浮岛框架上的植物浮床，所述植物浮床由消浪栽植模块拼接构成，所述消浪结构包括分别设置在所述浮岛框架侧面、底部的第一消浪模块与第二消浪模块，所述生态沉坠结构包括中部空心的石笼模块以及设置在石笼模块的中部空心内的沉水植物栽植模块。
优选地，所述消浪栽植模块外形为中空圆柱体，包括设置在中央的植物定植孔、均匀对称设置在圆柱体四周的固定孔以及设置在圆柱体侧面上的消浪外沿。
优选地，所述消浪栽植模块为直径25～30cm，高5～7cm的圆柱体，材质为pvc、pe或hdpe；所述植物定植孔上下通透或底部设有网格层，直径为10～15cm；所述固定孔为长直径2～4cm、短直径1.5～2cm的椭圆形；所述消浪外沿的中部向内凹陷，凹陷深度为4～6cm。
优选地，所述消浪外沿包括设置在上部的上沿结构以及设置在下部的下沿结构；所述上沿结构为蜂窝状结构，所述蜂窝状结构中的孔洞为直径为0.5～1cm；所述下沿结构由蜂窝状结构和覆盖网构成，蜂窝状结构中的孔洞直径为1～1.5cm，所述孔洞内设有轻质微生物固定材料。
优选地，所述第一消浪模块位于浮岛框架外缘并围绕浮岛框架布设一周，所述第一消浪模块高为6～16cm，宽为10～12cm，垂直浮岛框架纵截面整体为倒梯形；所述第一消浪模块由自上而下管径逐步增大的3～6层消浪管紧密排列构成，且不同层消浪管按照凸出与凹陷的方式相间排列。
优选地，所述消浪管为圆柱体中空管，所述消浪管两端开口，且位于浮岛框架外侧的开口处为开口方向斜下方的楔形开口，楔形端切面与管壁的夹角为30度，与所述浮岛框架近端管口为平端开口；所述消浪管径分别为1～2cm、2～3cm、3～4cm，管长分别为10～12cm、7～9cm、9～10cm。
优选地，所述第二消浪模块位于第一消浪模块和浮岛框架下方的水下，宽为15～25cm，高为13～22cm，垂直浮岛框架的纵截面整体为平行四边形；所述第二消浪模块由自上而下管径逐步增大的3～6层消浪管紧密排列构成，所述第二消浪模块伸出所述浮岛框架外沿10～15cm，所述消浪管的伸出部分与第一消浪模块进行固定，所述消浪管的未伸出部分与浮岛框架进行固定。
优选地，所述消浪管为圆柱体中空管，所述消浪管外侧为斜上方的楔形开口，楔形端切面与管壁的夹角为45度；所述消浪管与浮岛框架垂直排列设置，管径分别为2～3cm、4～5cm、6～7cm，管长为15～25cm。
优选地，所述石笼模块为长、宽、高分别为60～70cm、60～70cm、15～20cm的长方体，石笼中部空心处的直径为25～30cm；所述沉水植物栽植模块为直径23～28cm、高15～20cm的圆柱体，所述沉水植物栽植模块的直径比石笼中部空心处直径小1～2cm，高度与石笼模块相同。
本发明的另一目的在于提供了一种抗风浪生态浮岛的构建方法，包括如下步骤：
a、制作消浪栽植模块，并将消浪栽植模块组装为多边形结构的植物浮床，之后在植物浮床外围构建浮岛框架，完成浮岛主体结构的构建；
b、在浮岛框架下方将预制的第二消浪模块安装固定，之后将预制的第一消浪模块与第二消浪模块及浮岛框架固定，完成消浪结构的构建；
c、将定植好植物的抗风浪生态浮岛按照景观整体布局要求牵引到预定位置加以固定，固定方式为将预制的生态沉坠结构设置在预定位置的水底，并用绳索与所述抗风浪生态浮岛连接固定。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的抗风浪生态浮岛通过消浪栽植模块的设置既可以消除波能，又可以净化水质，提升生态浮岛的生态性及稳定性；通过消浪结构的设置，可有效降低风浪对生态浮岛的拍击与冲刷强度，提升生态浮岛结构的稳定性；同时通过生态沉坠结构达到稳定生态浮岛的目的，同时其可为沉水植物的种植提供适宜场所，解决了沉水植物的栽植和收割问题，可大大提升浮岛系统的生态性及水体的净化能力。
本发明从抗风浪和固定结构两方面提升生态浮岛结构的稳定性、生态性及实用性，可为我国水体生态修复提供技术支持。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为抗风浪生态浮岛截面示意图；
图2为消浪栽植模块俯视示意图；
图3为消浪栽植模块截面示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种抗风浪生态浮岛，主要包括浮岛主体结构、消浪结构及生态沉坠结构。浮岛主体结构漂浮于水面上方，由外向内依次包括浮岛框架和植物浮床，浮岛框架用于支撑、固定植物浮床，限制浮岛范围；植物浮床则为植物(如挺水植物、湿生植物及陆生植物的一种或几种)栽植提供适宜场所；消浪结构位于浮岛框架四周及浮岛框架下方的水面以下，主要用于消解波浪能量，有效降低风浪对浮岛主体的拍击与冲刷强度；生态沉坠结构为重量式固定结构，位于水底，除了固定生态浮岛外还可以种植沉水植物，提升了整个浮岛系统的生态多样性。
如图1～图3所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。具体地，所述抗风浪生态浮岛包括设置在水面上的浮岛主体结构、设置在浮岛主体结构四周和浮岛框架底部的消浪结构及设置在水底固定抗风浪生态浮岛的生态沉坠结构，所述浮岛主体结构包括设置在外侧的浮岛框架2以及固定在所述浮岛框架2上的植物浮床1，所述植物浮床1由消浪栽植模块拼接构成，所述消浪结构包括分别设置在所述浮岛框架2侧面、底部的第一消浪模块3与第二消浪模块4，所述生态沉坠结构包括中部空心的石笼模块以及设置在石笼模块的中部空心内的沉水植物栽植模块。
本发明的抗风浪生态浮岛可大大提升生态浮岛抗风浪性，同时可有效提升浮岛的生态性能，对于氮磷污染水体的环境修复城市建设具有重要意义。
如图1所示，所述浮岛主体结构包括设置在外侧的浮岛框架2以及固定在所述浮岛框架2上的植物浮床1。所述浮岛框架2为多边形，由直径为5～15cm的圆管相互连接为不透水结构，材料为pvc、pe、hdpe等耐腐蚀、抗老化的材质。浮岛框架2的主要功能是为整个浮岛提供浮力、防止浮床模块散落，限制浮岛范围，同时也为抗风浪结构的安装提供固定场所。
所述植物浮床1由众多消浪栽植模块连接构成，其主要功能是消除波浪对浮岛模块的影响并为陆生植物、湿生植物或挺水植物提供栽植场所。消浪栽植模块主体为直径25～30cm，高5～7cm的中空圆柱体，材料为pvc、pe、hdpe等耐腐蚀、抗老化的材质。如图2、图3所示，所述消浪栽植模块主体外形为圆柱体，包括设置在中央的植物定植孔6、均匀对称设置在圆柱体四周的固定孔5，圆柱体部分形成封闭空心结构，为浮床结构提供浮力。所述消浪栽植模块还包括设置在圆柱体侧面的消浪外沿。
植物定植孔6位于消浪栽植模块中央，直径10～15cm，上下通透或下层带有网格层，主要用于放置植物栽植盆或固定植物。所述植物定植孔外沿四周对称位置分布有4个固定孔，固定孔为长直径2～4cm，短直径1.5～2cm的椭圆形，固定孔主要用于连接固定不同消浪栽植模块及浮岛框架2。
消浪栽植模块的消浪功能主要靠外沿部分承担，外沿部分中部向内凹陷，使整个消浪栽植模块成为哑铃形圆柱体，凹陷深度的最深处为4～6cm。优选地，所述消浪外沿包括设置在上部的上沿结构7以及设置在下部下沿结构8。
所述上沿结构7为蜂窝状结构，所述蜂窝状结构中的孔洞为直径为0.5～1cm，用于消除波浪各方向的波能，增加消浪栽植模块的稳定性。所述下沿结构8由蜂窝状结构和覆盖网构成，蜂窝状结构中的孔洞直径为1～1.5cm，其中所述孔洞内放置有轻质微生物固定材料如成束的碳素纤维等。覆盖网均匀分布有边长0.1～0.15cm的正方形网格，材料为碳素纤维或其他环保轻质材料，用以阻止蜂窝状结构中填充物流失。下沿结构8的结构不仅可以消除波能外，还可以为微生物提供固定场所、为植物根系生长提供更为生态的小环境，从而进一步提升生态浮岛的净化效能。
如图1所示，所述消浪结构包括分别设置在所述浮岛框架2侧面、底部的第一消浪模块3与第二消浪模块4。
所述第一消浪模块3位于浮岛框架2外缘并围绕浮岛框架2布设一圈，由从上至下管径逐步增大的3～6层消浪管重复紧密排列构成，不同层消浪管按照凸出与凹陷的方式相间排列，其中最上层消浪管凸出，第二层消浪管凹陷，第三层消浪管的凸出短于第一层但长于第二层，如此依次排列。所述第一消浪模块3高为6～16cm，宽为10～12cm，垂直浮岛框架2的纵截面整体为倒梯形。所述消浪管为不同直径的圆柱体中空管，消浪管两端开口，位于浮岛外侧的开口处为开口方向斜下方的楔形开口，楔形端切面与管壁的夹角为30度，与浮岛靠近处管口为平端开口。消浪管径分别为1～2cm、2～3cm、3～4cm，管长分别为10～12cm，7～9cm、9～10cm，材料为耐腐蚀、强度高的硬质管材，如pvc、pp、hdpe等。
所述第一消浪模块3中消浪管的开口方向为斜下方，在增大模块与波浪接触面积的同时可减弱向下运动波浪对生态浮岛的撞击，达到提升生态浮岛稳定性的目的。另外不同层消浪管凹凸布设进一步增大了波浪与消浪管的接触面积，并从不同方向上消减波能。
进一步，所述第二消浪模块4位于第一消浪模块3及浮岛框架2下方，全部位于水下。由从上至下管径逐步增大的3～6层消浪管构成，宽15～25cm，高13～22cm，垂直浮岛框架2的纵截面整体为平行四边形。第一消浪模块3伸出浮岛框架2外沿10～15cm，伸出部分用于固定第一消浪模块3，未伸出部分即框架底部部分与浮岛框架2进行固定。所述消浪管为不同直径的圆柱体中空管，其楔形开口方向为斜上方，楔形端切面与管壁的夹角为45度。消浪管与浮岛框垂直架排列，管径分别为2～3cm、4～5cm、6～7cm，管长为15～25cm，材料为耐腐蚀、强度高的硬质管材，如pvc、pp、hdpe等。
第二消浪模块4中消浪管的楔形开口方向为斜下方，当水体向上运动时消浪管的楔形端可拦截并破碎波浪，减少波浪对生态浮岛框架的冲击，提升生态浮岛的稳定性。
第一消浪模块3与第二消浪模块4中消浪管之间采用捆绑式固定，不同直径的管道层之间用螺丝进行三点固定。第一消浪模块3与第二消浪模块4间由穿过不同模块中间耐磨损的绳索固定，第二消浪模块4与浮岛框架2之间通过耐磨损绳索十字交叉进行固定。
第一消浪模块3与第二消浪模块4的倾斜结构形式，增大了波浪与模块前端的作用面积，从而波浪撞击前端坡面及波浪爬高会消耗掉更多的波能，有力地增加了波浪的破碎，破碎的波浪进入管道后继续与管壁在模块内部相互作用，阻止波浪的透射。该结构能够有效地在水平和竖直方向上对波浪的动能和势能进行消耗，增加生态浮岛的抗风浪能力，提升生态浮岛的稳定性。
进一步，生态沉坠结构由中部空心的石笼模块和沉水植物栽植模块构成，沉水植物栽植模块位于石笼模块的中部空心处。所述石笼模块为长、宽、高分别为60～70cm、60～70cm、15～20cm的长方体，石笼中部的空心处的直径为25～30cm。所述沉水植物栽植模块为直径23～28cm，高15～20cm的圆柱体，其直径要小于石笼中部空心处直径1～2cm，便于沉水植物栽植模块的放入与取出，高度与石笼模块的一致。
生态沉坠结构主要用于固定生态浮岛，同时沉水植物栽植模块的设置既解决了沉水植物栽植和收割比较难的问题又提升了水体的景观效果。
本发明的抗风浪生态浮岛通过消浪栽植模块的设置既可以消除波能，又可以净化水质，提升生态浮岛的生态性及稳定性；通过消浪结构的设置，可有效降低风浪对生态浮岛的拍击与冲刷强度，提升生态浮岛结构的稳定性；同时通过生态沉坠结构达到稳定生态浮岛的目的，同时其可为沉水植物的种植提供适宜场所，解决了沉水植物的栽植和收割问题，可大大提升浮岛系统的生态性及水体的净化能力。
本发明的还提供了一种抗风浪生态浮岛的构建方法，包括如下步骤：
a、制作消浪栽植模块，利用常规技术组装为多边形结构的植物浮床1，之后在植物浮床1外围安装管径5～10cm的pvc、pp、hdpe管，构建生态浮岛框架，完成浮岛主体结构的构建。
b、在浮岛框架2下方将预制的第二消浪模块4安装固定，之后将预制的第一消浪模块3与第二消浪模块4及浮岛框架2固定，完成消浪结构的构建。
c、将定植好植物的浮岛按照景观整体布局要求牵引到预定位置加以固定，固定方式为将预先制作好的生态沉坠结构至于水底，然后用耐腐蚀、强度高的绳索(如尼龙、聚酯纤维等)与浮岛连接固定，每个浮岛设置6～8个生态沉坠结构，以增加生态浮岛的稳定性。
本发明从抗风浪和固定结构两方面提升生态浮岛结构的稳定性、生态性及实用性，可为我国水体生态修复提供技术支持。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。