沙滩地的河流水质改善与生态修复方法与流程

1.本发明涉及河流滩涂治理技术领域，尤其是涉及一种沙滩地的河流水质改善与生态修复方法。


背景技术：

2.沙滩地是指河流流经的河岸受泥沙沉积而形成的天然滩涂土地，随着河流水量水位的变化，河滩地的地形地貌、植被覆盖和动植物栖息等都在随之变化。由于滩地上大量淤积泥沙常年裸露在环境中，导致河流生态系统不连续，趋于生态破碎化；更有甚者，滩地有时会被侵占为耕地，出现水土流失等现象时，农业面源污染直接入河，造成水质恶化，尤其不利于生态系统的恢复。
3.近年来，随着生态廊道的建设和河湖生态缓冲带保护修复的推进，大片被侵占或裸露的滩地开始进行生态化改造，成为河道生态修复的重要一环。然而，现有修复措施主要是种植一些适合河滩地生长的乔灌木和挺水植物，不能对水质和土质进行有效改良，河道生态治理成效不明显。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种沙滩地的河流水质改善与生态修复方法，具体可采取如下技术方案：本发明所述的沙滩地的河流水质改善与生态修复方法，通过在农田和河流之间设置人工湿地实现，包括如下步骤：第一步，使河水和农田面源径流进入人工湿地的集水区，通过出口处的拦污栅进行悬浮物拦截处理；第二步，使完成悬浮物拦截处理后的水流进入人工湿地的生态溢流塘区，经跌水充氧处理后进入生态溢流塘区出口端的横向集水渠，并从横向集水渠一端的单向出口排出；第三步，从横向集水渠一端的单向出口排出的水流进入人工湿地的垂直流湿地区，进行微生物降解处理、填料吸收和植物吸收处理；第四步，使完成微生物降解处理、填料吸收和植物吸收处理后的水流进入人工湿地的重力流排水区，经过多个阶梯形流道排入河道。
5.所述集水区具有河水进口和农田面源径流进口，且所述河流进口设置有流量电控阀；所述拦污栅则设置在集水区与水流向相垂直的一字型水流出口处。
6.所述农田面源径流进口与设置在农田一侧的植草沟相连通，所述植草沟的单边坡比≤1：3，宽度为0.5-1m。
7.所述生态溢流塘区的深度为2.5m，生态溢流塘区内具有沿水流向设置的跌水阶梯使坡比达到1:3。
8.所述跌水阶梯之间设置有塘底沉水植物层，且生态溢流塘区的周边浅水区设置有
生态景观系统。
9.所述垂直流湿地区具有多道交错设置的横向隔板，所述横向隔板构成的折线形流道内设置有生化截留过滤装置和旋转推进器。
10.所述生化截留过滤装置包括多个过滤单元，每一所述过滤单元均包括钢筋骨架和存料抽屉，所述钢筋骨架具有三个沿竖向叠置的存料腔；所述存料抽屉对应于所述存料腔设置有三个，每一所述存料抽屉均具有蜂窝格宾网的底面和侧面，且下层存料抽屉内填充有挂膜生物填料球、中间层存料抽屉内填充有砻笆岩填料、上层存料抽屉内填充有用于栽种挺水植物的植物生长土。
11.所述存料抽屉的高度自下而上分别是30cm、40cm、20cm。
12.所述旋转推进器设置在折线形流道内靠近河流的一端。
13.所述重力流排水区具有与所述折线形流道相连通的l型集水渠，所述l型集水渠包括靠近垂直流湿地区横向设置的第一段和靠近农田一侧设置的第二段，所述阶梯形流道设置在l型集水渠围成的区域内，且每一阶梯形流道的进口端与所述第二段上开设的排水口分别对应连通，所述排水口处设置有布水器，每一阶梯形流道内均具有生态砖砌筑而成的三级台阶，所述三级台阶上自下而上依次设置有防渗膜和用于种植挺水植物的种植土层。
14.本发明提供的沙滩地的河流水质改善与生态修复方法，采用在农田和河流之间设置人工湿地的方式，将上游来水引流入滩，拦截净化农业面源污染，净化河流水质，提高河流水体的自净能力；同时，有效改善沙质土，防止河道冲刷和水土流失，在不破坏原有河道防洪功能的基础上修复河滩地生态系统，创造河岸带生境，营造多样化生态廊道，增加河道滩地生物多样性。本发明便于施工和维护，可以快速方便地进行填料更换，使人工湿地保持持续净化功能，其管理成本低，实施效果好，适合广泛推广。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图。
16.图2是图1中过滤单元的结构示意图。
17.图3是图1中过滤单元的安装状态示意图。
18.图4是图1中阶梯形流道的结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
20.本发明所述的沙滩地的河流水质改善与生态修复方法，通过在农田和河流之间设置人工湿地实现，上述人工湿地包括沿水流向依次设置的集水区、生态溢流塘区、垂直流湿地区和重力流排水区。
21.具体地，如图1-4所示，集水区位于上游，是人工湿地系统的水流入口，用于接收河流入水和农田面源径流，其中，集水区的河水进口处安装有流量电控阀11，可以根据水质进行水量调节；对于农田面源径流，则通过设置在农田一侧的植草沟12与集水区的农田面源径流进口相接。通常情况下，植草沟12的单边坡比≤1：3，宽度为0.5-1m。进入集水区1的水流经短暂停留后，经过集水区的一字型水流出口13排至生态溢流塘区。上述一字型水流出
口13与水流向相垂直，该处安装有拦污栅，用于拦截水流中悬浮物，对水流进行初步净化。
22.生态溢流塘区主要用于对水流进行跌水充氧，其次可以在周边浅水区设置挺水植物、块石21、木桩等构成生态景观系统，增强景观效果。上述生态溢流塘区内的水塘22可根据景观设计方案并列设置一个或多个（图1中为两个），每个水塘22深度为2.5m，坡比为1:3，通过一级或多级沿水流向设置的跌水阶梯23实现。跌水阶梯23 采用生态砖砌护而成，相邻跌水阶梯22之间设置有塘底沉水植物层，即可根据比选选择当地优势种进行种植，使水流经过该区域时，充分实现跌水充氧目的。上述生态溢流塘区的出口端还设置有横向集水渠24，其采用单向出口结构，通常情况下，该单向出口位于靠近河流一侧，并由此进入垂直流湿地区。
23.垂直流湿地区内安装有生化截留过滤装置，其自下而上依次分为生物降解层、填料过滤层和物利用层。上述生物降解层铺设两层φ10cm的挂膜生物填料球31，挂膜生物填料球31利用当地污水处理厂中厌氧消化池的活性污泥在厌氧环境下进行挂膜；填料过滤层装填有砻笆岩填料32，具有较好的脱氮除磷效果；植物利用层装填有植物生长土33，其是由直径为30-50mm的砾石和种植土按照2:1的比例混合而成，同时添加少量植物生物基营养添加剂，用于种植有根系发达的挺水植物。当水流通过上述生化截留过滤装置时，可实现水流内杂质的微生物降解、填料吸收和植物吸收。
24.本实施例中，垂直流湿地区内安装有多道交错设置的横向隔板34，上述横向隔板34可形成能够延长水流实际路径长度的折线形流道，有利于提高杂质降解和吸收效果。上述生化截留过滤装置则是由多个过滤单元构成，可以根据流道的具体结构进行灵活组装和拆卸，同时便于填料更换和后期维修。上述过滤单元由钢筋骨架35构成三个沿竖向叠置的存料腔，每个存料腔内安装一个存料抽屉36，存料抽屉36的底面和侧面采用蜂窝格宾网封装，需要安装或更换填料时，只需水平拉出相应的存料抽屉36即可。每个过滤单元的三个存料抽屉36内自下而上分别用于填充挂膜生物填料球31、砻笆岩填料32和植物生长土33，且三个存料抽屉36的高度分别为30cm、40cm、20cm。为了加快水流速，可以在容易形成水力学死角的折线形流道折弯处安装旋转推进器37（为市售产品）。本实施例中，旋转推进器37均安装在折线形流道内靠近河流的一端。
25.垂直流湿地区的水流出口与重力流排水区的l型集水渠41相连通。上述l型集水渠41包括靠近垂直流湿地区横向设置的第一段和靠近农田一侧设置的第二段，两者围成的区域内设置有多个阶梯形流道42，且每一阶梯形流道42的进口端位于农田一侧，出口端位于河流一侧。具体地，在l型集水渠41的第二段上对应于阶梯形流道42设置有多个排水口，且每个排水口处均安装有布水器43，使上游来水可以均匀分布。为了使水流顺利排入河道中，同时，又能够增加景观效果，在上述每一阶梯形流道42内均设置生态砖砌筑而成的三级台阶（见图4），且三级台阶上自下而上依次设置有防渗膜44和用于种植挺水植物的种植土层45。
26.本发明所述的沙滩地的河流水质改善与生态修复方法，包括如下步骤：第一步，使河水和农田面源径流进入人工湿地的集水区，通过出口处的拦污栅进行悬浮物拦截处理；其中，进入集水区的河水流量可通过流量电控阀11进行控制，而农田面源径流则通过植草沟12进入集水区，两者在集水区进行短暂的停留后，经出口拦污栅实现拦截悬浮物的初步净化功能。
27.第二步，使完成悬浮物拦截处理后的水流进入人工湿地的生态溢流塘区，经跌水充氧处理后进入生态溢流塘区出口端的横向集水渠24，并从横向集水渠24一端的单向出口排出；该该区域内，由于生态溢流塘区的塘底栽种有沉水植物，同时，其设置有台阶形的跌水结构，从而实现对水流的跌水充氧处理，有利于后续进一步的净化处理工作。而该区域的浅水区则设置有挺水植物、块石21、木桩等，可以增强景观效果。
28.第三步，从横向集水渠24一端的单向出口排出的水流进入人工湿地的垂直流湿地区，在经过生化截留过滤装置时，可实现水流内杂质的微生物降解、填料吸收和植物吸收；由于流道为折线形，因此能够在有限的空间内获得良好的净化效果；其次，在折线流道的拐角处设置有旋转推进器37，可以加快流速，防止产生水流死角，有利于进一步提高净化效果。此外，生化截留过滤装置的面层上栽种有挺水植物，不但有利于水质净化，而且能够改善生态，提高景观效果。
29.第四步，使完成微生物降解处理、填料吸收和植物吸收处理后的水流进入人工湿地的重力流排水区，经过多个阶梯形流道42排入河道；阶梯形流道42的布水设置方式以及在其面层上种植的挺水植物，有效地提高了景观效果。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）具有修复河道沙滩地生态系统的功能，能够创造河岸带生境，营造多样化生态廊道，增加河道滩地生物多样性；2）植草沟可拦截农田面源污染，净化入河农田径流，减少入河污染负荷；3）人工湿地系统可净化上游来水，能够改善水质，脱氮除磷，提高河流水体的自净能力；4）可有效改善沙滩地的土质，构建多样化滩地形态，防止河道冲刷和水土流失；5）自动化的流量电控阀可根据湿地处理能力控制上游来水量，同时结合当地降水和湿地防洪情况，控制农田面源径流直接入河；6）垂直流湿地区内过滤单元的三层抽屉式箱体结构简单灵活，便于后期管理和填料更换，操作简便；7）本发明中各个功能区分别布设了沉水植物、挺水植物，覆盖面广，成本较低，维修、改造方便，具有明显的生态效益和经济效益。
31.需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是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和简化描述，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。