一种用于缓流河流修复的生态沉床的制作方法

本发明涉及水质净化河流生态修复技术领域，具体而言，涉及一种用于缓流河流修复的生态沉床。

背景技术：

中小河流一般位于大江大河中上游，源清水洁。但是随着人口增长，农业面源污染加剧，越来越多的中小河流水质日趋恶化，水生态系统受到破坏。此外，传统中小河流治理模式注重河道的除涝泄洪功能，进行河道疏浚和硬质护岸建设，而忽略河流自然生态系统的修复。

水质净化技术中，相比于物理法和化学法，生物技术因其净化效果好、运行成本低、维护方便且无二次污染等优点成为河流、湖泊治理的主要方法。20世纪50年代，近自然河道治理工程理论提出河流治理需赋予植物化和生命化，并将其应用于河流生态治理工程实践中。当前河流治理不仅要还河流以水流清洁，而且还需要促进河流形成自然曲折蜿蜒的形态，实现对河流自然生态系统的恢复。

人工沉床是采用水下载体种植沉水植物，配合生物膜和物理吸附技术，利用水生植物、微生物以及多孔介质对污染水体进行净化。人工沉床的水质净化是复杂的物理、化学和生物过程，既包括植物吸收，植物化感、微生物降解，也包括植物及多孔介质填料的物理吸附。人工沉床中，沉水植物起核心作用，沉水植物整株浸没在水中，根茎叶的生长均可吸收水中的营养盐，相比于挺水植物，沉水植物的水质净化能力更强。沉床所用的填料通常为多孔无机介质，如陶粒、砾石、页岩、活性炭、沸石等，也可采用其他易于形成生物膜的填料。

人工沉床通常应用于湖泊、水库等水流较缓慢的水体，河道中的水流冲击力相对较大，且水流会淘刷侵蚀河岸，诸多不稳定因素限制了人工沉床的使用。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种用于缓流河流修复的生态沉床，旨在解决现有河道中的水流冲击力相对较大且水流会淘刷侵蚀河岸限制人工沉床使用的问题。

本发明提出了一种用于缓流河流修复的生态沉床，该生态沉床为直角三角形结构，所述生态沉床的斜边在所述河流的河岸的一侧且沿所述河岸设置；所述生态沉床的第一直角边设置在所述河流的上游处，并且，所述第一直角边与所述河岸呈预设角度设置，用以对所述河流内的水流流向进行导向；所述生态沉床的第二直角边设置在所述河流的下游处，用以形成缓流或静水区。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述生态沉床沿其高度方向包括：沉水植物床、弹性填料层和填料框；其中，所述沉水植物床悬浮于所述河流的水面以下，用以进行水质调节净化处理；所述填料框设置在所述沉水植物床的正下方，以起到配重作用并净化水质；所述弹性填料层设置且连接在所述沉水植物床和所述填料框之间，用以形成生物膜以降解或转化污染物。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述沉水植物床包括：呈直角三角形结构的植物床框架；其中，所述植物床框架内设置有若干个浮块，其沿所述植物床框架的底壁铺设，并且，各所述浮块内均设有内设沉水植物的种植篮，用以进行水质净化处理；所述植物床框架的内部沿其内壁设有浮筒，用以通过调节所述浮筒内的气体量以调节所述种植篮内沉水植物的生态位。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述植物床框架包括：第一框架、第二框架、第三框架和格栅结构；其中，所述第一框架在所述河岸的一侧且沿所述河岸设置，所述第二框架设置在所述河流的上游处，并且，所述第一直角边与所述河岸呈预设角度设置且相连接；所述生态沉床的第三框架设置在所述河流的下游处，其端部分别连接在所述第一框架和所述第二框架的端部上，以便三者围设形成直角三棱柱；所述格栅结构设置在所述直角三棱柱的底部，并且，所述格栅结构与所述第一框架、所述第二框架、所述第三框架均相连接。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述浮块上设有沿其厚度方向贯穿所述浮块的种植孔，所述种植篮设置在所述种植孔内并放置在所述植物床框架的格栅结构上。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述种植篮内沿其内壁铺设有一层透水无纺布，并且，所述透水无纺布的内部设置陶粒层；所述陶粒层的内周填设有种植土，用以包覆在所述沉床植物的外周。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述浮筒为内部中空的密闭结构，并且，其上方设有含阀门的充气管，所述充气管贯穿所述浮筒与所述浮筒的内部相连通；所述浮筒的下方设有排水孔，用以向所述浮筒内导入或导出液体。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述弹性填料层包括：上格栅、弹性填料和下格栅；其中，所述上格栅设置且连接在所述沉水植物床的底部，所述下格栅设置且连接在所述填料框的顶部，所述弹性填料设置在所述上格栅和所述下格栅之间，并且，所述弹性填料的两端分别连接在所述上格栅和所述下格栅上。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述填料框内设有填料，并且，所述填料的粒径大于所述弹性填料层的下格栅的孔径，以使所述下格栅作为所述填料框的顶盖。

进一步地，上述用于缓流河流修复的生态沉床，所述生态沉床的斜边沿其长度方向设有若干个导向杆，并且，各所述导向杆的底端连接在所述河流的河底设置的固定桩上。

本发明提供的用于缓流河流修复的生态沉床，将生态沉床设计为直角三角形形状，将斜边固定在河岸的一侧，第一直角边设置在河流的上游且与河岸呈预设角度设置，上游面河水起到引流作用，将水流引向河道主槽，从而可以减少水流对沉床的冲击，维护沉床结构稳定并可在一定程度上减缓河水对河岸的冲刷；第二直角边设置在河流的下游处，用以形成缓流或静水区，有利于水生生物觅食、休憩和避险，同时，该生态沉床可诱导水流呈弯曲形式，促进形成河流深潭-浅滩交错的蜿蜒形态。

进一步地，生态沉床的沉水植物床上设有浮力调节系统，以便人为控制沉水植物床上设置的沉水植物在水下的深度，解决沉水植物生长受水深、透明度等因素制约的问题；并且，沉水植物床为模块化组合，采用多个结构稳固三角形的浮块组成沉水植物床体，便于人工操纵及维护，生态沉床的大小可通过增减浮块的数量进行调整，适用于不同规模的河道水质净化和生态修复。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于缓流河流修复的生态沉床的侧视图；

图2为本发明实施例提供的用于缓流河流修复的生态沉床的俯视图；

图3为本发明实施例提供的浮块的俯视图；

图4为本发明实施例提供的种植篮的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的浮筒的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的弹性填料层的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1和图2，其示出了本发明实施例提供的用于缓流河流修复的生态沉床的结构示意图。如图所示，该用于缓流河流修复的生态沉床为直角三角形结构，其生态沉床的斜边a-a在河流的河岸1的一侧沿河岸1设置；生态沉床的第一直角边b-b设置在河流的上游（如图2所示的上方）处，并且，第一直角边b-b与河岸1呈预设角度设置，用以对河流内的水流流向进行导向。生态沉床的第二直角边c-c设置在河流的下游（如图2所示的下方）处，用以形成缓流或静水区。

具体地，生态沉床的整体可以为直角三棱柱结构，即该生态沉床的俯视图为直角三角形结构，以便将生态沉床的斜边a-a固定在河岸1的一侧，即斜边a-a靠近河岸1并与之平行设置；生态沉床的第一直角边b-b设置在河流的上游且与河岸1呈预设角度α设置，上游面河水起到引流作用，将水流引向河道主槽，从而可以减少水流对沉床的冲击，维护沉床结构稳定并可在一定程度上减缓河水对河岸1的冲刷；第二直角边c-c设置在河流的下游（如图2所示的下方）处，用以形成缓流或静水区，有利于水生生物觅食、休憩和避险，同时，该生态沉床可诱导水流呈弯曲形式，促进形成河流深潭-浅滩交错的蜿蜒形态；其中，第二直角边c-c的长度可以按照实际河道断面宽度确定，并据此确定该生态沉床的大小。其中，图2中水流流向可以为箭头方向。预设角度α可以为25°-35°；进一步优选的，预设角度α可以为30°，以确保要确保水流以适宜流速流向河道主槽；则第二直角边c-c与河岸1直角的夹角为60°。

继续参见图1，生态沉床沿其高度方向（如图1所示的竖直方向）包括：沉水植物床2、弹性填料层3和填料框4；其中，沉水植物床2悬浮于河流的水面以下，用以进行水质调节净化处理；填料框4设置在沉水植物床2的正下方，以起到配重作用并净化水质；弹性填料层3设置且连接在沉水植物床2和填料框4之间，用以形成生物膜以降解或转化污染物。

具体地，生物沉床自上至下（相对于图1所示的位置而言）依次为沉水植物床2、弹性填料层3和填料框4，并且，三者均为直角三角结构，沉水植物床悬浮于河流的水面以下，为确保沉水植物床位置的稳定性，填料框4设置在沉水植物床2的正下方并通过弹性填料层3相连接，以便通过填料框4以起到配重作用，进而避免沉水植物床2的漂浮。优选地，沉水植物床2上设有浮力调节系统，以便人为控制沉水植物床2上设置的沉水植物231在水下的深度，解决沉水植物231生长受水深、透明度等因素制约的问题。

继续参见图1，在本实施例中，该生态沉床的斜边a-a沿其长度方向设有若干个导向杆5，并且，各导向杆5的底端连接在河流的河底设置的固定桩6上，用以实现该生态沉床的固定，进而保证生态沉床在水流冲刷下仍维持在河岸侧固定位置。具体地，导向杆5可以为一个或多个，本事实例中以两个为例进行说明，其分别自斜边a-a的两端（如图1所示的左右两端）穿过生态沉床的沉水植物床2、弹性填料层3和填料框4，并底端固定在固定桩6；生态沉床整体与导向杆5之间沿导向杆5的长度方向（如图1所示的竖直方向）可滑动地相连接，以便生态沉床可悬浮于河流的水面以下，例如可通过浮力调节系统调节整体的高度位置，进而沉水植物231在水下的深度。其中，该生态沉床安装时应保证导向杆5为竖直状态。沉床维护过程中，也应使导向杆5为竖直状态。

继续参见图1至图3，沉水植物床2包括：呈直角三角形结构的植物床框架21；其中，植物床框架21内设置有若干个呈三角形结构的浮块22，其沿植物床框架21的底壁铺设，并且，各浮块22内均设有内设沉水植物231的种植篮23，用以进行水质净化处理。植物床框架21的内部沿其内壁设有浮筒24，用以通过调节浮筒24内的气体量以调节沉水植物231的生态位。

具体地，沉水植物床2是沉床结构的核心，作为生态沉床浮力的承担单元，其植物床框架21为直角三角形结构，其作为框架结构以实现该沉水植物床2的相对固定，并对种植篮23和浮块22进行支撑。浮块22作为各种植篮23的卡设位，以便实现种植篮23的相对固定，各个浮块22之间可以通过卡扣可拆卸地相连接，以便于浮块22的拆卸和安装；为便于浮块22的排布和植物床框架21的利用率，优选地，浮块22呈三角形结构；进一步优选地，浮块22与植物床框架22之间呈相似三角形结构，以便在植物床框架21的底壁铺满整个底壁，同时，三角形结构稳固，提高浮块22的稳定性和稳固性；也就是说，浮块22的斜边与其中一个直角边的夹角β为30°。种植篮23实现沉水植物231的栽种，其与浮块22一一对应设置，以实现模块化组合，采用多个浮块22便于人工操纵及维护；则生态沉床的大小可通过增减浮块22的数量进行调整，适用于不同规模的河道水质净化和生态修复。浮筒24作为浮力调节系统，通过调节浮筒24内的气体量人为控制沉水植物床2上设置的沉水植物231在水下的深度，即调节沉水植物231的生态位，解决沉水植物231生长受水深、透明度等因素制约的问题，当然，浮筒24亦可为其他浮力调节系统，本实施例中对其不作任何限定。本实施例中以三个浮筒24为例进行说明，其分别沿植物床框架21的三个框架设置且分别连接在植物床框架21的三个框架上。

继续参见图2，植物床框架21包括：第一框架211、第二框架212、第三框架213和格栅结构（图中未示出）；其中，

第一框架211在河岸1的一侧（如图2所示的右侧）沿河岸1设置，第二框架212设置在河流的上游（如图2所示的上方）处，并且，第一框架211与河岸1呈预设角度设置且相连接；第三框架213设置在河流的下游（如图2所示的下方）处，其端部分别连接在第一框架211和第二框架212的端部上，以便三者围设形成直角三棱柱结构。格栅结构设置在直角三棱柱的底部，并且，格栅结构与第一框架211、第二框架212和第三框架213均相连接。

具体地，第一框架211、第二框架212、第三框架213围设成上下两端开口的中空直角三棱柱结构，格栅结构设置在底部，以作为底壁进行封底，进而实现植物床框架21内浮块22、种植篮23的支撑。其中，第一框架211和第二框架212直角夹设的角度和生态沉床的第一直角边a-a与河岸1直角的夹角相同。由于挑流丁坝一般应用于缓坡降，河道断面相对较宽且水流缓慢的河段，可诱导主流呈弯曲形式，促进形成河流深潭-浅滩交错的蜿蜒形态；挑流丁坝轴线与河岸夹角通过论证和类似工程经验确定，其上游面与河岸夹角一般在30°左右，要确保水流以适宜流速流向主槽，其下游面与河岸夹角约60°。据此可知，优选地，本沉床可形成柔性挑流丁坝作用，第二边框212与河岸1呈30°夹角，对上游面河水起到引流作用，将水流引向河道主槽，从而可以减少水流对沉床的冲击，维护沉床结构稳定。本沉床第三边框213后可形成缓流或静水区域，有利于水生生物觅食、休憩和避险；因沉床上游面即第二边框212与水流方向（设水流与河岸平行）的夹角固定为30°，参考挑流丁坝的设计要求，可按照实际河道断面宽度设计第二边框212长度，进而确定沉床大小，也就是说，第二边框212与第一边框211之间的夹角为30º，第三边框213与第一边框211之间的夹角60º，使得床体平面呈直角三角形，且第二边框212与河岸1之间的夹角为30º。格栅结构亦为锐角为30°和60°的直角三角形结构，三边分别固定在第一框架211、第二框架212、第三框架213的底部。其中，第一框架211、第二框架212、第三框架213为高密度聚乙烯树脂材料，三者的高度可以为30cm，格栅结构为网状格栅结构。

参见图3，其为本发明实施例提供的浮块的俯视图。如图所示，浮块22上设有沿其厚度方向贯穿浮块22的种植孔221，种植篮23设置在种植孔221内并放置在植物床框架21的格栅结构上。具体地，浮块22为中空的高密度聚乙烯材质，浮块22上下底间高25cm，浮块22中设置有种植孔221；每个浮块22的形状和大小均相同，均为直角三角形，两个锐角分别为30°和60°，以便与第一框架211、第二框架212、第三框架213围设的结构相适配；浮块22的的斜边长50cm高为25cm，种植孔221的直径为15cm，当然，浮块和种植孔大小可根据实际情况确定，本实施例中对其不作任何限定；本事实例中以16个浮块22为例进行说明，当然亦可为其他数量，本事实例中对其不做任何限定；各浮块22的种植孔221内均可放置一与浮块22一一对应设置的种植篮23；种植孔221的中心可以位于浮块22的三角形中心处，以确保种植篮23的稳定性。

参见图4，其为本发明实施例提供的种植篮的结构示意图；如图所示，种植篮23内沿其内壁铺设有一层透水无纺布232，并且，透水无纺布232的内部上设置陶粒层233；陶粒层233的内周填设有种植土234，用以包覆在沉床植物231的外周。具体地，种植篮23内壁铺设透水无纺布232，可防止种植土234被水冲刷流失；透水无纺布232内即种植篮23底部和内壁放置陶粒填料以形成陶粒层232，陶粒填料包裹种植土234的外周，陶粒填料的粒径大于种植篮23的孔径，例如陶粒粒径0.1～0.5cm，以防止种植土234受水冲刷流失；其中，陶粒层232内陶粒和种植土234之间的体积比可以为3:1。根据海河流域污染特征，配置高氮磷浓度实验水体（tn>9mg/l；nh4⁺-n>1.30mg/l；no3^--n>7.90mg/l；tp>0.35mg/l；po4^3--p>0.3mg/l）进行中试实验，优选出沉水植物231种类及组合配比；基于实验结果，选择金鱼藻、苦草、狐尾藻及水毛茛进行等比例栽种，16个种植篮中，每四个种植篮栽植一种沉水植物；一个种植篮内对应栽植狐尾藻1～3株，苦草2～3株，金鱼藻1～2株，水毛茛2～3株，其栽种前选取健壮植株，修剪茎叶。

参见图5，其为本发明实施例提供的浮筒的结构示意图。如图所示，浮筒24为内部中空的密闭结构，并且，浮筒24的上方（相对于图5所示的位置而言）设有含阀门241的充气管242，充气管242贯穿浮筒24与浮筒24的内部相连通；浮筒24的下方设有排水孔243，用以向浮筒24内导入或导出液体。具体地，本事实例中三个浮筒24的长度可以根据其连接固定的框架长度确定，以便作为浮力调节系统进行该生态沉床整体浮力的调节。浮筒24为高密度聚乙烯材质，中空密闭结构，每个浮筒24下方设置排水孔243，本实施例中以两个为例进行说明，两个排水孔243分布在浮筒24的三分之一和三分之二处，浮筒24上方靠近两个端点（如图5所示的左右两端）的位置分别设置充气管242，两个充气管242上各有阀门242，通过充气泵充气和松解阀门242放气来调节沉床的没水深度。

参见图1和图6，弹性填料层3包括：上格栅31、弹性填料32和下格栅33；其中，上格栅31设置且连接在沉水植物床2的底部，下格栅32设置且连接在填料框4的顶部，弹性填料32设置在上格栅31和下格栅33之间，并且，弹性填料32的两端分别连接在上格栅31和下格栅33上。具体地，弹性填料层3整体高50cm，由上至下分别为上格栅31、弹性填料32、下格栅33。上格栅31和下格栅33的孔径可以1cm。弹性填料32的上下两端（相对于图6所示的位置而言）分别固定到上格栅31和下格栅33上，上格栅31连接到植物床框架21的底部，下格栅33连接到填料框3顶部。弹性填料32为多根，其均匀成排成列系在上格栅31和下格栅33上，相邻两根弹性填料32的间距可以5～10cm。上格栅31和下格栅33可以为高密度聚乙烯材质，厚3cm，形状和大小与植物床框架21相同，即均为直角三角形结构；当然，上格栅31和下格栅33的材料和形状亦可为其他形式，本实施例中对其不作任何限定。

在本实施例中，填料框4内设有填料，并且，填料的粒径大于弹性填料层3的下格栅33的孔径，以使下格栅33作为填料框4的顶盖。具体地，填料框4设置在弹性填料层3的下方，填料框不仅有水质净化作用，而且还承担配重作用；其内部的填料可选择稍大陶粒，例如粒径1～2.5cm，也可选择其他多孔、轻质材料，并进行配比，本实施例中对其不作任何限定。为防止填料流失，填料粒径应大于下格栅33的孔径。

在上述实施例中，生态沉床整体为多层结构，其外轮廓由上至下分别为植物床框架21、上格栅31、下格栅33、填料框4的框架，植物床框架21、上格栅31、下格栅33、填料框4的框架的形状和大小完全相同，且在斜边边框上，即河岸1一侧边框的上下游两端均设置两个圆孔7，直径可以3cm，植物床框架21、上格栅31、下格栅33、填料框4的框架的圆孔位置相同，以便导向杆5依次可滑动地穿过圆孔固定至固定桩6上。

综上，本实施例提供的用于缓流河流修复的生态沉床，将生态沉床设计为直角三角形形状，将斜边a-a固定在河岸1的一侧，第一直角边b-b设置在河流的上游且与河岸1呈预设角度α设置，上游面河水起到引流作用，将水流引向河道主槽，从而可以减少水流对沉床的冲击，维护沉床结构稳定并可在一定程度上减缓河水对河岸1的冲刷；第二直角边c-c设置在河流的下游（如图2所示的下方）处，用以形成缓流或静水区，有利于水生生物觅食、休憩和避险，同时，该生态沉床可诱导水流呈弯曲形式，促进形成河流深潭-浅滩交错的蜿蜒形态。

进一步地，生态沉床的沉水植物床2上设有浮力调节系统，以便人为控制沉水植物床2上设置的沉水植物231在水下的深度，解决沉水植物231生长受水深、透明度等因素制约的问题；并且，沉水植物床2为模块化组合，采用多个结构稳固三角形的浮块22组成沉水植物床体，便于人工操纵及维护，生态沉床的大小可通过增减浮块22的数量进行调整，适用于不同规模的河道水质净化和生态修复。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。