与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统及构建方法与流程

本发明涉及人工湿地构建技术领域，特别是涉及一种与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统及构建方法。

背景技术：

水资源短缺及人口众多是我国基本国情，在人口聚集的城市区域尤为突出。由于生产生活用水挤占生态用水，城市河流天然径流普遍较低甚至断流，极大影响了人民群众对于休憩、景观、亲水的体验。

为缓解河流水量不足，城镇污水处理厂出水普遍作为补给水源排入河流。由于城镇污水处理厂出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)，与河流水质需执行的《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)存在差距，利用人工湿地对城镇污水处理厂出水进行深度净化成为常见做法。

利用河流坡岸构建人工湿地具有天然优势，坡岸空间可缓解城市用地紧张，坡岸高差则利于水体自流而节约动能。如利用河岸渗滤的再生水补给河道系统和方法，通过构建不同基质层深度净化再生水；构建生态岸带净化结构及带有该结构的河道净化系统，充分利用河道内生态空间进行人工湿地构建。

但是河道坡岸空间与城市一般用地存在差异，核心在于河道承担着行洪排涝功能。现有河道坡岸湿地构建技术均未考虑洪涝水的影响，为湿地后续运行管理带来隐患，主要表现在以下几方面：1)若湿地类型选择不当，洪涝水携带的泥沙易造成湿地堵塞、容积降低、使用寿命减少；2)若湿地结构设计不当，受洪涝水持续冲刷易导致容积降低、湿地损毁；3)若湿地植物类型配置不当，将影响河流行洪排涝、湿地净化效果、湿地景观效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统及构建方法，以解决上述现有技术存在的问题，使人工湿地系统的构建充分科学利用河流坡岸空间，根据不同特征水位进行湿地类型选择、湿地结构设计以及湿地植物配置，实现水质净化、景观构建、生态修复。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统，其特征在于：包括氧化塘、垂直表流湿地、垂直潜流湿地、水平表流湿地、输配水装置和湿地植物，所述氧化塘、垂直表流湿地、垂直潜流湿地、水平表流湿地通过所述输配水装置依次连接，所述湿地植物配置于所述氧化塘、垂直表流湿地、垂直潜流湿地、水平表流湿地内部。

优选的，所述氧化塘包括深水区和浅水区，所述深水区和所述浅水区配置不同的沉水植物，所述氧化塘内还能配置浮叶植物、挺水植物。

优选的，所述垂直表流湿地包括垂直表流湿地外结构和垂直表流湿地内结构，所述垂直表流湿地外结构由钢筋混凝土构筑，所述垂直表流湿地内结构从上至下依次铺设基质层、布水层、集水层，所述垂直表流湿地配置浮叶植物、挺水植物。

优选的，所述垂直潜流湿地包括垂直潜流湿地外结构和垂直潜流湿地内结构，所述垂直潜流湿地外结构采用石笼、浆砌石构筑，所述垂直潜流湿地内结构上至下依次铺设土壤层、基质层、布水层、集水层，所述垂直潜流湿地配置挺水植物。

优选的，所述水平表流湿地深度不超过0.5m，所述水平表流湿地配置湿生草本植物及沉水植物。

优选的，所述输配水装置采用排水管。

与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据历年降水量和河流坡岸信息划分洪水位，所述洪水位包括二十年一遇洪水位、十年一遇洪水位、五年一遇洪水位；

根据所述洪水位选择湿地类型，所述湿地类型包括所述氧化塘、垂直表流湿地、垂直潜流湿地、水平表流湿地；

根据选择的所述湿地类型，构建湿地并配置湿地植物。

本发明公开了以下技术效果：

1)人工湿地类型与河流特征水位相适应，可有效延长湿地使用寿命并保证湿地净化效果。水平表流湿地为近自然型湿地，洪涝水冲刷、淤积对湿地性能及机构影响较小；垂直潜流湿地顶层为土壤层，保护基质层不被洪涝水的泥沙淤积堵塞；垂直表流湿地处于较高水位，受洪涝水影响概率较小。

2)人工湿地结构与河流特征水位相适应，可有效减少湿地堵塞并保障湿地结构安全。水平表流湿地水流方向与河流一致，湿地结构不易受洪水冲毁；垂直潜流湿地外结构采用石笼、浆砌石构筑方式，具备抗洪水冲刷能力；垂直表流湿地外结构采用钢筋混凝土构筑方式，且深度较小，抗洪水冲刷能力强。

3)人工湿地植物配置与河流特征水位相适应，在保障湿地净化效果、景观效果的同时，不影响河流行洪排涝。水平表流湿地植物侧重生态效果；垂直潜流湿地植物侧重净化效果；垂直表流湿地植物侧重景观效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统结构示意图。

其中，1为氧化塘，2为垂直表流湿地，3为垂直潜流湿地，4为水平表流湿地，5为输配水装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供与河流水位相适应的坡岸型人工净化湿地系统，如图1所示，该系统包括氧化塘1、垂直表流湿地2、垂直潜流湿地3、水平表流湿地4、输配水装置5和湿地植物，其中，氧化塘1承担均质均量、颗粒物净化功能；垂直表流湿地2和垂直潜流湿地3承担各类污染物主要净化功能；水平表流湿地4承担污染物辅助净化及生态修复功能；整个流程好氧、厌氧条件交替，对脱氮除磷有较好效果。氧化塘1、垂直表流湿地2、垂直潜流湿地3、水平表流湿地4通过输配水装置5依次连接，本实施例中，输配水装置5采用排水管。

本发明人工净化湿地系统依托河流坡岸构建，其构建特点在于湿地类型、湿地结构及湿地植物均与河流特征水位相适应。在构建人工净化湿地系统前，根据当地历史降水情况及坡岸高度、斜度等信息分别确定洪水位，所述洪水位包括五年一遇洪水位、十年一遇洪水位和二十年一遇洪水位。

根据确定的不同洪水位构建不同类型的人工湿地，匹配种植不同的湿地植物。

低于五年一遇洪水位，构建水平表流湿地4。根据五年一遇洪水位与常水位高差，可设置多阶水平表流湿地4，最高一阶湿地将五年一遇洪水位作为水位控制线。水平表流湿地4位于湿地系统的底部区域，与河流生态系统毗邻，为近自然型湿地，生态性是水平表流湿地构建的第一原则：底部为对自然河床进行适当开挖，不需要做任何工程处理；深度不超过0.5m；内部种植耐周期性水淹的湿生草本植物及沉水植物，优先采用当地土著物种。

位于五年一遇洪水位与十年一遇洪水位之间，构建垂直潜流湿地3。根据十年一遇洪水位与五年一遇洪水位的具体高差，可设置多阶垂直潜流湿地3，最高一阶湿地以十年一遇洪水位作为顶部控制标高。垂直潜流湿地3为人工构造湿地，包括外结构和内结构。外结构采用石笼、浆砌石构筑方式，该构筑方式强度、造价适中，用于抵御十年一遇以下洪水冲击。垂直潜流湿地3为人工构造湿地，深度在1.0-1.5m，以充分利用有限的坡岸空间提高水质净化效果。本实施例中垂直潜流湿地3采用上行流或下行流均可，内部结构采用常规构建方法，由上至下依次构建土壤层、基质层、垫层、防渗层，输配水装置5布设于基质层中，并采用“丰”型结构以提高输配水均匀性。本发明中垂直潜流湿地3位于湿地系统的中间区域，主要承担核心水质净化功能，种植根系发达、污染物净化效果好、生命力强的挺水植物，如芦苇、香蒲、莎草、风车草、再力花、梭鱼草。

位于十年一遇洪水位与二十年一遇洪水位之间，构建垂直表流湿地2。根据二十年一遇洪水位与十年一遇洪水位的实际高差，可设置多阶垂直表流湿地2，最高一阶湿地将二十年一遇洪水位作为水位控制标高。垂直表流湿地2也为人工构造湿地，垂直表流湿地2包括垂直表流湿地外结构和垂直表流湿地内结构，湿地外结构采用钢筋混凝土构建，该构筑方式强度高，用于抵抗十年一遇以上洪水的冲击，本发明中垂直表流湿地2深度为0.6-1.0m，较低的深度更有利于湿地外结构强度，从而进一步增强抗洪水冲击能力。垂直表流湿地采用上行流或下行流均可，垂直表流湿地内部结构采用常规构建方法，由上至下依次构建自由水面、基质层、垫层、防渗层，输配水装置布设于基质层中，并采用“丰”型结构以提高输配水均匀性。由于垂直表流湿地2基质层直接裸露，宜采用粒径较大的基质以减少洪涝水携带的泥沙造成湿地孔隙率减少,本实施例中基质层采用的基质粒径大于30mm,并在距离基质层顶部10cm处铺设一层土工布，以便于泥沙淤积后的表层基质清理或更换。本发明中的垂直表流湿地2位于湿地系统的上层，与居民活动区毗邻，承担水质净化功能及景观功能，种植兼具水质净化效果及景观效果的植物，如水生美人蕉、鸢尾、千屈菜。

位于二十年一遇洪水位以上部分采用垂直表流湿地2与氧化塘1组合式的结构。氧化塘1为湿地系统的前置单元，由深水区、浅水区构成。深水区深度为1.5-2.0m，其内种植对光照要求较低的沉水植物，如菹草、黑藻、苦草、大茨藻；浅水区深度为0.5-1.0m，其内种植对光照要求较高的沉水植物，如狐尾藻、金鱼藻等；氧化塘1内还种植具有景观效果的各类浮叶植物、挺水植物。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。