專利名稱：一種凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非點(diǎn)源污染治理方法，具體的說是一種構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)糧食需求的加大及耕作方式的改變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥的使用量越來越多，而現(xiàn)實(shí)中投入的農(nóng)藥化肥利用率均較低，農(nóng)藥、化肥未利用的部分在降雨發(fā)生時(shí)多隨地表徑流流失。流失的農(nóng)藥化肥與農(nóng)村生活污水，畜禽糞便及養(yǎng)殖廢水成為我國農(nóng)村地區(qū)水體非點(diǎn)源污染的主要來源。同時(shí)由于非點(diǎn)源污染物多富含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，未經(jīng)處理的情況下往往成為受納水體水質(zhì)改變并發(fā)生“水華”的主要原因，如太湖、巢湖、滇池等流域。 因此，減少受納水體中非點(diǎn)源污染物質(zhì)的輸入量或利用水體的自凈能力吸收，降解氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)是解決農(nóng)村地區(qū)水體污染的主要解決方向和技術(shù)手段。對(duì)于非點(diǎn)源污染的控制和治理，國內(nèi)外已進(jìn)行了許多的研究工作。常采用的非點(diǎn)源污染控制技術(shù)包括前置庫、人工濕地、人工浮床等，這些技術(shù)的特點(diǎn)就是利用植物或微生物來吸收降解氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)提高水體的自凈能力改善水質(zhì)。但當(dāng)處理山地小流域的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染問題時(shí)，往往由于山地小流域河流坡降大、水體流速快、上游地區(qū)多為礫石河床等原因，使得小流域河流對(duì)河床侵蝕嚴(yán)重，水體中泥沙營養(yǎng)物質(zhì)不易沉淀，無法形成可對(duì)進(jìn)入水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收降解的微生物和水生植物系統(tǒng)。同時(shí)由于山地小流域地區(qū)非點(diǎn)源污染發(fā)生時(shí)多伴隨有不同程度的水土流失，對(duì)河岸邊的植被帶的沖刷嚴(yán)重加重了非點(diǎn)源污染的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)山地小流域地區(qū)河流水體流速快、水深淺、侵蝕嚴(yán)重，非點(diǎn)源污染多伴隨水土流失發(fā)生的特點(diǎn)，提供一種構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，透水壩由礫石構(gòu)成，1)選擇山地小流域兩岸具有較強(qiáng)侵蝕潛力的農(nóng)田區(qū)域，非主行洪河道無明顯彎曲處或彎曲處下方構(gòu)建透水壩，透水有效壩高0. 6-1米；同時(shí)在透水壩兩端易發(fā)生侵蝕處構(gòu)建護(hù)坦，兩岸護(hù)坦長度L =1. 5 (H+h)式中H為壩高，h為溢流水深；2)透水壩級(jí)數(shù)的選擇，多級(jí)透水壩的級(jí)數(shù)由n= (Ctl-Cn)A^Cx確定，式中Ctl為未處理河流水體污染物濃度，Cn為預(yù)計(jì)凈化后濃度，Cx為單級(jí)透水壩去除率，多個(gè)透水壩組成得到多級(jí)生態(tài)透水壩。所述山地小流域處的多級(jí)生態(tài)透水壩由多個(gè)生態(tài)透水壩構(gòu)成，每個(gè)透水壩最小控制范圍為L = HcZtana,式中L為透水壩控制河段長度，Htl為有效壩高，α為河道坡度。所述多級(jí)透水壩間的距離應(yīng)大于等于單級(jí)透水壩的控制范圍L。所述透水壩采用礫石與鐵絲相結(jié)合構(gòu)建，透水壩壩體為不規(guī)則梯形，壩體迎水面斜率1-1. 5，壩體背水面斜率1-1. 2，所述透水壩筑壩處河道坡度為2. 9度，坡度斜率tan α = 0. 005。所述礫石直徑為10_15厘米。所述多級(jí)透水壩建成后在兩級(jí)透水壩間于水流較緩處種植適合當(dāng)?shù)厣L的水生植物， 形成生態(tài)河道加強(qiáng)凈化效果。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明針對(duì)山地小流域地區(qū)河流水體流速快、水深淺、侵蝕嚴(yán)重，非點(diǎn)源污染多伴隨水土流失發(fā)生的特點(diǎn)，構(gòu)建適合山地小流域多級(jí)生態(tài)的透水壩。通過構(gòu)建多級(jí)透水壩的生態(tài)工程措施，可有效的增加流經(jīng)小流域河流水體水深0. 5-0. 8米，起到減緩淺流小流域河流流速，沉降懸浮固體、增加跌水等作用，削減流經(jīng)水體中的氮、磷、泥沙等，強(qiáng)化河流的自凈能力以改善流經(jīng)水體水質(zhì)。2.本發(fā)明針對(duì)山地小流域多級(jí)生態(tài)構(gòu)建的透水壩利用河流坡降無需動(dòng)力運(yùn)行； 同時(shí)采用鐵絲、礫石等建造成本低。3.本發(fā)明針對(duì)山地小流域多級(jí)生態(tài)構(gòu)建的透水壩與植被攔截措施一起具有明顯的水質(zhì)凈化效果，對(duì)磷的凈化效果好于氮的凈化效果。


圖1為山地小流域多級(jí)生態(tài)透水壩結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合國家重大科技專項(xiàng)水專項(xiàng)“渾河上游水質(zhì)改善與水生態(tài)修復(fù)維系關(guān)鍵技術(shù)及示范研究Ο008ΖΧ07208-007-02)”的子課題，在遼寧省撫順市清原縣楊家店村(渾河上游小流域)建立多級(jí)生態(tài)透水壩及植被攔截帶，組成生態(tài)透水壩多級(jí)凈化系統(tǒng)應(yīng)用于該地區(qū)山地小流域的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制。根據(jù)當(dāng)?shù)睾恿鞯膶?shí)際情況，結(jié)合多級(jí)透水壩級(jí)數(shù)公式η = (C0-Cn) /n -Cx,式中η為透水壩級(jí)數(shù)，Ctl為未處理河流水體濃度，Cn為預(yù)計(jì)凈化后濃度，Cx為單級(jí)透水壩凈化效果 (去除率)，Cx污染物濃度去除率為10-15%。Ctl為未處理的當(dāng)?shù)厮w平均污染物濃度，TN 濃度為1. 6mg/L，TP濃度為0. 03mg/L，Cn為預(yù)計(jì)凈化后濃度達(dá)到國家地表水II-III類(TN 0. 5-1. Omg/L, TP :0. 1-0. 2mg/L)處理預(yù)期，由此確定該地可建筑級(jí)數(shù)為2的多級(jí)透水壩。一號(hào)壩選擇山地小流域兩岸具有較強(qiáng)侵蝕潛力的農(nóng)田區(qū)域非主行洪河道無明顯彎曲處或彎曲處下方，即位于河流出村口處構(gòu)建透一號(hào)水壩。一號(hào)透水壩有效壩高0. 8米，壩長 17. 5米，壩底寬度2. 5米，壩頂寬度0. 8米。同時(shí)壩體下游兩側(cè)分別設(shè)有護(hù)坦，兩岸護(hù)坦長度L = 1. 5(H+h)，式中H為壩高1. 0米，h為溢流水深0. 8米，可得護(hù)坦2. 7米長。壩底高程為河床硬底高程。一號(hào)壩主要起攔截水中漂浮物，降低流速的作用。二號(hào)壩二號(hào)壩距一號(hào)壩的最小距離依據(jù)當(dāng)?shù)睾恿髌陆?、有效壩高由公式L = HcZtan α及實(shí)地施工情況確定，H0有效壩高0. 8米，tan α = 0. 005，L為透水壩控制河段長度160米， 透水壩間的距離應(yīng)大于等于單級(jí)壩的控制范圍L，由此在距一號(hào)壩220米處構(gòu)建二號(hào)壩，同時(shí)二號(hào)壩長20米，壩底寬度2. 5米，壩頂寬度0. 8米，壩高1. 1米，壩底高程河床硬底高程。一、二號(hào)組成得到多級(jí)生態(tài)透水壩；透水壩主要通過溢流過水、壩體透水的方式增加跌水促進(jìn)水體中含氧量的提高，減緩流速促進(jìn)河流底泥形成吸收水體中營養(yǎng)物質(zhì)，減少水體中營養(yǎng)物質(zhì)的含量。所述透水壩采用礫石與鐵絲相結(jié)合構(gòu)建，礫石直徑為10-15厘米。迎水面斜率 1.5，背水面斜率1. 1。多級(jí)透水壩建成后可在不影響行洪的情況下，在兩級(jí)透水壩間控制區(qū)沿岸下游種植荊條等護(hù)坡植物，形成生態(tài)河道加強(qiáng)凈化效果。此外，應(yīng)注意形成的生態(tài)河道沿岸植被的保護(hù)可種植護(hù)坡能力較強(qiáng)的植被防止水土流失。所述透水壩的一號(hào)壩主要起對(duì)水中漂浮物、泥沙的阻擋、沉淀作用，對(duì)水體中營養(yǎng)物質(zhì)的去除率為15-20%。二號(hào)壩利用與一號(hào)壩間形成的生態(tài)河道，減緩河流流速，提高水深，沉淀水中懸浮物，并通過水生植物的吸收作用降低流經(jīng)河流水體中營養(yǎng)物質(zhì)的含量。一號(hào)壩與二號(hào)壩形成的多級(jí)透水壩系統(tǒng)對(duì)TN 的去除率大于35%，TP的去除率大于70%。多級(jí)透水壩剛構(gòu)建完成時(shí)，流經(jīng)多級(jí)壩體系統(tǒng)的水體中TN實(shí)測濃度由1. 8mg/L降低到1. lmg/L,單級(jí)透水壩的壩TN去除率15-20%，多級(jí)透水壩系統(tǒng)TN去除率38% ；TP濃度由實(shí)測0. 04mg/L降低到0. 0lmg/L,單級(jí)透水壩的壩 TP去除率20-35%，多級(jí)透水壩系統(tǒng)TP去除率75%。運(yùn)行一段時(shí)間(三個(gè)月)后，實(shí)測TN 濃度由1. 5mg/L下降到0. 98mg/L,多級(jí)透水壩系統(tǒng)實(shí)測TN去除率TN35% ；TP濃度實(shí)測由 0. 044mg/L降低到0. 012mg/L,多級(jí)透水壩系統(tǒng)實(shí)測TP去除率72. 7%。
權(quán)利要求
1.一種凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，透水壩由礫石構(gòu)成其特征在于1)選擇山地小流域兩岸具有較強(qiáng)侵蝕潛力的農(nóng)田區(qū)域，非主行洪河道無明顯彎曲處或彎曲處下方構(gòu)建透水壩，透水壩有效壩高0. 6-1米；同時(shí)在透水壩兩端易發(fā)生侵蝕處構(gòu)建護(hù)坦，兩岸護(hù)坦長度L= 1.5(H+h)式中H為壩高，h為溢流水深；2)透水壩級(jí)數(shù)的選擇，多級(jí)透水壩的級(jí)數(shù)由n=(Ctl-Cn)A^Cx確定，式中Ctl為未處理河流水體污染物濃度，Cn為預(yù)計(jì)凈化后濃度，Cx為單級(jí)透水壩去除率，多個(gè)透水壩組成得到多級(jí)生態(tài)透水壩。
2.按權(quán)利要求1所述的構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，其特征在于所述山地小流域處的多級(jí)生態(tài)透水壩由多個(gè)生態(tài)透水壩構(gòu)成，每個(gè)透水壩最小控制范圍為L =HcZtan α，式中L為透水壩控制河段長度，H0為有效壩高，α為河道坡度。
3.按權(quán)利要求2所述的構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，其特征在于所述多級(jí)透水壩間的距離應(yīng)大于等于單級(jí)透水壩的控制范圍L。
4.按權(quán)利要求2所述的構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，其特征在于所述透水壩采用礫石與鐵絲相結(jié)合構(gòu)建，透水壩壩體為不規(guī)則梯形，壩體迎水面斜率1-1. 5， 壩體背水面斜率1-1. 2，所述透水壩筑壩處河道坡度為2. 9，坡度斜率0. 005。
5.按權(quán)利要求4所述的構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，其特征在于所述礫石直徑為10-15厘米。
6.按權(quán)利要求1所述的構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩，其特征在于所述多級(jí)透水壩建成后在兩級(jí)透水壩間于水流較緩處種植適合當(dāng)?shù)厣L的水生植物，形成生態(tài)河道加強(qiáng)凈化效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及非點(diǎn)源污染治理方法，具體的說是一種構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級(jí)生態(tài)透水壩。具體為選擇山地小流域兩岸具有較強(qiáng)侵蝕潛力的農(nóng)田區(qū)域，非主行洪河道無明顯彎曲處或彎曲處下方構(gòu)建透水壩，透水壩高0.6-1.2米，透水壩兩端易發(fā)生侵蝕處構(gòu)建護(hù)坦。兩岸護(hù)坦長度L＝1.5(H+h)。透水壩通過壩體透水、壩頂過水的方式使流經(jīng)水體的流速降低、提高水深利于河水中懸浮物質(zhì)的沉淀；多級(jí)透水壩級(jí)數(shù)依據(jù)公式n＝(C0-Cn)/n·Cx確定。多級(jí)壩形成多級(jí)生態(tài)透水壩系統(tǒng)。本發(fā)明構(gòu)建適合的山地小流域多級(jí)生態(tài)透水壩，可有效的增加流經(jīng)小流域河流水體水深0.5-0.8米，減緩淺流小流域河流流速，并起到沉降懸浮固體、增加跌水等作用，削減流經(jīng)水體中的氮、磷、泥沙等，強(qiáng)化河流的自凈能力改善流經(jīng)水體水質(zhì)。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102211817SQ201010138059
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者史奕, 吳鐵錚, 趙倩, 趙牧秋, 問青春, 陳欣, 馬建, 魯彩艷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所