本发明涉及一种清浊分离的水库污染防治溢流堰和方法，是一种环境控制和保护的设施和方法，是一种水利工程运行调度与水环境污染防治的设施和方法，是一种利用溢流堰减少水库水体中污染物的方法。
背景技术：
水库是由水坝拦截江、河、渠系等地表水体来抬高上游水位，具备防洪、发电、灌溉、供水、通航等功能的水工建筑物。其特点是可以通过溢洪道、放水构筑物等来调节上下游的水量，并依据水库运行调度规则完成汛期泄洪放水、非汛期合闸蓄水。
近年来中国北方缺水地区水资源衰减严重，许多水库长期低水位运行，库尾留出了长长的消落带。另一方面，库区中段和坝前的水体质量相对较好，汛期间歇发生的小规模洪水往往携带上游大量的污染物和泥沙，给水库库尾的水体质量带来间歇性影响。水库的调蓄能力、使用寿命、灌溉及供水的安全性也会因此有所降低，特别是上游水土流失严重地区，水沙比例失调，大量泥沙、固体污染物在库区内长期堆积，将严重破坏库区水环境质量。
技术实现要素：
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种清浊分离的水库污染防治溢流堰和方法。所述的溢流堰和方法通过低坝溢流堰来隔离携带污染物的小规模洪水，经库尾土质溢流坝蓄水沉降、净化后再排入水库，维护库区水体的水质健康。库尾土质溢流坝拦淤的泥沙可在库区低水位运行时或定期主动降低水位进行机械清淤。
本发明的目的是这样实现的：一种清浊分离的水库污染防治溢流堰，包括：设置在水库库尾的至少一级溢流坝，所述溢流坝的水平高度为：在汛期低水位时最低级溢流坝的坝顶在库区水位之上，在非汛期高水位时至少有一级溢流坝被淹没，所述的溢流坝的上半部分为砂石填充物，下半部分为砂石填充物和净水构筑物。
进一步的，所述的各个溢流坝前设有水体原位修复装置。
一种使用上述溢流堰的清浊分离的水库污染防治方法，所述方法的步骤如下：
所述方法包括汛期低水位过程、非汛期高水位过程、清淤过程；
汛期低水位过程：
各级溢流坝由上游至下游依次逐级阻断上游高污染洪水，蓄滞一定量的间歇性小规模来水；
各级蓄滞在溢流坝前的水体通过砂石、生物净化构筑物过滤、渗透后进入库区；
随着上游不断来水，溢流坝滞蓄的水体水位不断增高，蓄滞在溢流坝前水面部分的水体漫过溢流坝顶进入库区；
洪水中的固体杂质被阻挡在溢流坝前；
非汛期高水位过程：
低于库区水位之下的溢流坝被淹没；
被淹没的溢流坝继续对经过的底层水体进行过滤和阻挡固体物质；
未被淹没的溢流坝继续发挥在汛期低水位时溢流坝的作用；
清淤过程：
在库区低水位运行时或定期主动降低水位，尽可能排出各个溢流坝前水；
对溢流坝前拦截的固体杂质进行机械清理，并修复生物净化构筑物。
进一步的，所述的各个溢流坝前在淹没状态或未淹没状态均通过水体原位修复装置对水体的污染状态进行修复。
本发明产生的有益效果是：本发明通过在库尾设置溢流堰的方式，拦截上游的高污染水流，通过坝体的过滤净化作用将污染阻挡在库区之外，并将污染物集中在溢流堰区域，以便集中处理。与现有技术相比本发明利用原有水库库区消落带用地，无需新增占地，节约库区土地资源。溢流坝建造没有土方开挖量，就地取材，建造成本极低。同时溢流坝的建设可与库区清淤、调水调沙相结合，具有多重功效，节省投资及运营成本，提高库区水环境质量，为下游供水、生态环境保护提供水质、水量上的保障。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的实施例一所述溢流堰的低水位示意图；
图2是本发明的实施例一所述溢流堰的高水位示意图；
图3是本发明的实施例三所述方法的原理框图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是一种清浊分离的水库污染防治溢流堰。所述溢流堰包括：设置在水库库尾1的至少一级溢流坝2，所述溢流坝的水平高度为：在汛期低水位3（见图1）时最低级溢流坝的坝顶在库区水位之上，在非汛期高水位4（见图2）时至少有一级溢流坝被淹没，所述的溢流坝的上半部分101为砂石填充物，下半部分102为砂石填充物和净水构筑物，如图1所示。
水库库尾是指水库库区来水河道的消落带，当水坝5前水位达到高位时库尾会被淹没，成为水库蓄水的一部分，而水坝前水位低落时来水的河道会重新恢复到流水的状态。
本实施例所述的溢流堰是一个相对广泛的概念，可以包括一个溢流坝以及坝前的蓄水区，或多个溢流坝以及各个坝前的蓄水区，在来水河道形成梯级溢流区域，本实施例将这个梯级溢流区域称为溢流堰，将形成各个梯级蓄水区的构筑物称为溢流坝。图1中画出了三个溢流坝以及三个蓄水区的示意图，在实际中可以设置一个、两个、四个，甚至更多个溢流坝以及相应的蓄水区。
水坝上游至库尾为库区水体，汛期在防洪控制水位的要求下库区水体水位较低，非汛期库区水体水位较高。库尾汛限控制水位淹没末端的浸没点设有溢流堰，非汛期高水位时溢流堰的部分溢流坝会被淹没，成为水下溢流坝，坝前的蓄水区也同样被淹没，成为库区的一部分。这些水下溢流坝在库区低水位时会出露水面，并阻挡河道的来水形成蓄水区。
溢流坝可以阻断上游高污染洪水，蓄滞一定量的间歇性小规模来水。高污染洪水中的泥沙等固体杂质被溢流坝拦蓄在库尾，随着上游不断来水，溢流坝滞蓄的水体水位不断增高。
溢流堰的位置和调蓄容量需要根据河流、上下游水文资料进行设计计算，主要参数包括一场洪水（污水）总量，库尾污水滞留时长，建筑物材质及生物净化能力等。
溢流坝建筑材质为土质、砂石等填充物，在溢流坝下半部分接近溢流坝底部增加设置生物净化及渗流材料，构成净水构筑物。由于溢流坝的主要构成是土质、砂石，这些材料可就地取材，通过推土机、挖掘机等设备施工建造，因此成本极低。净水构筑物也可以就地取材使用河道中的鹅卵石，通过适当的级配，形成透水过滤层。因此，净水构筑物的建造成本同样极低。
溢流坝前蓄滞的水体通过土质溢流坝、生物净化构筑物过滤、渗透后形成清洁的水体进入库区。蓄滞的水体可通过原位水体修复技术（例如pgpr等）提升水质。库区以清水为主，溢流坝以上受上游浊流及高污染洪水影响以浊水为主。
单个溢流坝即可以获得较好的去污染作用，而多个溢流坝可以变换组合形式，形成更好的效果。如根据水库消落区的尺度及坡度，修筑多个阶梯式的溢流堤坝组合，提高沉沙、清污效率。
实施例二：
本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于溢流坝前蓄水区的改进。本实施例所述的各个溢流坝前设有水体原位修复装置。
水体原位修复装置有多种形式，可以选取一种或几种设施，以取得良好的除污染效果。
以pgpr原位修复技术为例，在溢流坝前投放人工培育繁殖的pgpr微生物颗粒，所述微生物颗粒由纳米技术和微包覆技术制成，体积均匀，颗粒中包含激活pgpr微生物所需的营养物质prebiotics（如微量元素、蛋白质、酶及其它载体）。激活的pgpr微生物在有氧反硝化过程中去氮，并建立高效食物链降低水体富营养物质（如氮、磷和有机物等）。随着pgpr微生物在水体中繁殖，可持续的水生动植物系统自动建立起来，水体中的污染物就地得到降解，实现水体的生态修复。
实施例三：
本实施例是一种使用上述溢流堰的清浊分离的水库污染防治方法，原理框图见图3。
本实施例治理库尾污染的方法是：
水库在汛期，根据水库运行调度规则，在库区保持低水位。汛期上游高污染、高浊度洪水间歇性地汇入库区，小规模洪水在入库口处遇溢流坝水位被抬高，随着上游来水增加，第一个溢流坝蓄满溢流，经过初步沉淀的洪水流向下一个溢流坝，经过阶梯式多组清浊分离、过滤净化后的水体进入库区，降低了库区的含沙量及污染物负荷，达到了清浊分置的目的。
水库在非汛期，根据水库运行调度规则，非汛期保持库区高水位。在库区高水位状态下，处于下游的溢流坝将被淹没，但其底层水体依然是分离的，其砂石填充物和净水构筑物依然发挥底层清浊水体的隔离和净化功能。处于高于库区水位的溢流坝仍然发挥将上游高污染水体拦蓄、净化的作用。如果在各个溢流坝前设置原位水体修复装置，这些原位水体修复装置能够十分有效的治理污染提升水质。
在枯水季节，适当的拦截上游来水，尽量排出溢流坝前水，利用人工和工程机械对溢流坝前被拦截的泥沙和固体污染物进行清理，同时清理或替换净水构筑物，使其能够正常的发挥过滤、净化效果。
所述方法的具体步骤如下：
所述方法包括汛期低水位过程、非汛期高水位过程、清淤过程。这是溢流坝在不同时期的状态。在低水位时所有溢流坝都裸露在水面之上，高水位时部分下游的溢流坝被淹没，而处于上游的溢流坝还露在水面上。而清淤过程则是在枯水季节清理泥沙和其他污染物。
汛期低水位过程：
各级溢流坝由上游至下游依次逐级阻断上游高污染洪水，蓄滞一定量的间歇性小规模来水。由于溢流坝是逐级设置的，从河道上游的来水也是逐级进入各个溢流坝前。
各级蓄滞在溢流坝前的水体通过砂石、生物净化构筑物过滤、渗透后进入库区。在来水量较小的情况下，由于溢流坝的目的不是拦截水流，而是拦截水中的固体污染物和泥沙，所以溢流坝是透水的，被拦截的水流也能够通过渗透流过溢流坝，即便溢流坝前的水位没有达到坝顶，水流也能够通过坝体流向库区。
随着上游不断来水，溢流坝滞蓄的水体水位不断增高，蓄滞在溢流坝前水面部分的水体漫过溢流坝顶进入库区。当上游来水量较大时，各个溢流坝前的水位会逐渐增高，直至漫过堰顶。
洪水中的固体杂质被阻挡在溢流坝前。尽管水流漫过堰顶，水流中的固体物质将会被溢流坝所拦截，同时溢流坝前的蓄滞作用阻挡了水流的快速流动，使泥沙沉淀，有效的净化了水体。
非汛期高水位过程：
低于库区水位之下的溢流坝被淹没。当库区达到高水位时，部分溢流坝被淹没，但仍然有溢流坝处于水面，这是就会产生两种情况。
被淹没的溢流坝继续对经过的底层水体进行过滤和阻挡固体物质。虽然溢流坝被淹没了，但其过滤和经过作用对底层水体还同样发挥作用。
未被淹没的溢流坝继续发挥在汛期低水位时溢流坝的作用。未被淹没的溢流坝由于处于水面之上，水力条件没有变化，依然会继续发挥净化作用。
清淤过程：
在库区低水位运行时或定期主动降低水位，尽可能排出各个溢流坝前水。排水的过程实际不需要动用抽水机等人为机械装置，如果各个溢流坝的渗透能力良好，能够很快的排出坝前的水。
对溢流坝前拦截的固体杂质进行机械清理，并修复生物净化构筑物。这里的机械清理是与水流清理相对应的，即：不是利用水流自动的清理，而是依靠人工或工程机械设备进行清理，如使用推土机、挖掘机，或者吸砂机械等工程机械设备，对坝前的污染物进行清理。由于溢流坝本身是就地取材建造的，在清理过程中同样根据现场的情况，利用水底清除的石块和杂质堆积溢流堰，构建净水构筑物。
实施例四：
本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于溢流坝的改进。本实施例所述的各个溢流坝前在淹没状态或未淹没状态均通过水体原位修复装置对水体的污染状态进行修复。
投放水体原位修复装置，可以向水中释放被激活的pgpr微生物和活性酶。所述活性酶有助于激活、促进水体中原有的具备污染物降解功能的微生物活性。随着pgpr微生物和具备污染物降解功能微生物的繁殖，水体透明度提高，阳光照入水中，水体里原有的孢子在光合作用下建立植物系统；被激活的微生物在新陈代谢过程中释放氧气，增加水中含氧量，浮游生物、底栖生物、鱼类产量均会增加20%以上，水生动物系统随之建立。pgpr原位修复技术不仅能去除水中固体悬浮物，也可以去除底泥的厌氧菌包膜，使底泥土壤颗粒外露，既有助于水生植物的可持续生长，又可以为鱼类提供栖息、产卵场所。底泥里的有机物含量急剧下降，也会进一步减小机械清淤的工作量。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。