CN109056646A - 基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸*** - Google Patents

基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，包括河道、生态护坡、河岸，生态护坡和河道间设置阶梯型石笼；河岸种植乔木和灌木，生态护坡包括黏土层、反硝化层、吸附层、过滤层和土质层，土质层上种植草本植物，生态护坡顶端设置布水管路；阶梯型石笼上端设置感应器控制柜，前端设置水位感应器，水位感应器设置DO监测探头，河道内设置曝气泵和污水泵，水位感应器、DO监测探头、曝气泵、污水泵均与感应器控制柜连接，污水泵和布水管路通过集水管路连接。本发既充分实现了降雨时“吸水、蓄水、渗水、净水”的功效，又解决了普通生态护岸降雨或河流汛期净化效果有限的问题，也解决了枯水期河道水质差的问题。

Description

基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***
技术领域
本发明涉及河道治理领域，更具体的说，是涉及一种基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***。
背景技术
近年来，河道生态环境遭到严重破坏，富营养化、水土流失现象频繁发生，护岸是水域生态***和陆地生态***进行物质交换、能量流动、信息传递的重要过渡带，为有效的控制污染物质进入河湖水体、预防水土大面积流失、稳定河岸和美化环境均具有重要的现实意义。
现有的河道治理护岸技术主要包括以下几类：自然式护岸、硬质护岸、生态型护岸等。其中，自然式护岸是将植物种植在河道护岸上，利用植物根系进行固土防沙并有效拦截径流的氮磷的一种护岸，但这种护岸稳定性较差，容易被雨水冲毁造成水土流失，且对面源污染形式进入河道的污染物截留能力有限。硬质护岸主要是由干砌石块或者或现浇混凝土组成的结构体对河道进行防护，这些结构体对防止水土流失、岸坡稳定性和保障防洪等方面均具有较好的效果，但这种护岸对河流生态***危害极大，阻断了河流生态***和陆地生态***的联系，严重影响了生物的多样性，对以面源形式进入河道的水体的污染物难以去除。目前普遍采用生态护岸技术，具体包括以下几种方式：植被型生态混凝土护岸、水泥生态种植基、土壤固化剂护岸等，这些技术对于污染物的拦截和护岸的防护起到了一定的效果，并且使得护岸的景观得到了一定的改善。但是，生态护岸也存在一些不足，没有充分实现海绵城市“在降雨时候充分积累，需要时将蓄存的水释放加以利用”的功效；在降雨或河流汛期时这些技术对于污染物的净化效果有限，不能同时对雨水和河水进行净化；坚固程度不及传统硬质护岸；推广使用受到了限制。
发明内容
本发明的目的是克服原有生态护岸降雨或河流汛期净化效果有限的问题，充分贯彻海绵城市的理念，并在原有生态护岸的基础上有效的提高岸坡的稳定性，提出一种基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，能够同时对雨水和河水进行净化，既充分实现了降雨时“吸水、蓄水、渗水、净水”的功效，又解决了普通生态护岸降雨或河流汛期净化效果有限的问题，也解决了枯水期河道水质差的问题，提高了岸坡的稳定性，在防洪排涝方面具有积极有效的作用，还实现了河道的截污和的智能调控。在解决上述问题的基础上还能实现对河流水资源的再生循环利用，具有处理效率高、操作简单、环境效益好等特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，包括河道，所述河道侧边设置有生态护坡，所述生态护坡上端设置有河岸，所述生态护坡下端和河道之间设置有阶梯型石笼；所述河岸种植有乔木和灌木，所述生态护坡包括由内而外依次设置的黏土层、反硝化层、吸附层、过滤层和土质层，所述土质层上种植有草本植物，所述生态护坡顶端设置有布水管路；
所述阶梯型石笼上端面设置有感应器控制柜，前端面设置有水位感应器，所述水位感应器设置有DO监测探头，所述河道内设置有曝气泵和污水泵，所述水位感应器、DO监测探头、曝气泵、污水泵均通过控制线与感应器控制柜连接，所述污水泵和布水管路之间通过集水管路连接。
所述生态护坡和河岸交界处设置有拦截堰，所述生态护坡的坡面与水平面呈20°～30°的倾角。
所述反硝化层由陶粒铺设而成，所述吸附层由绿沸石和煤渣的混合物铺设而成，所述过滤层由无烟煤铺设而成，所述草本植物包括慈姑、香蒲和千屈菜。
所述土质层表面铺设有生态砖，所述生态砖由混凝土制成，生态砖中心圆设置为镂空结构，用于种植草本植物，生态砖表面设置有与中心圆连接的径向凹槽，保证水流在生态砖之间自由流通。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)生态护坡中所选择的千屈菜、香蒲、慈姑等草本植物对氮磷具有很好的拦截效果，有效拦截河道中的氮磷，降低出水中氮磷的浓度。
(2)生态护坡中过滤层选择无烟煤作为填充滤料，可以有效的去除水体中的较大的悬浮物质。
(3)生态护坡中吸附层选择绿沸石和煤渣的混合物作为填充料，对于氮磷具有很好的拦截效果，绿沸石和煤渣表层易于生物膜的形成与生长，可以作为生物的载体，除此以外，绿沸石本身对氨氮具有很好的拦截效果，煤渣对于磷具有很高的去除效率。
(4)生态护坡中反硝化层由含有反硝化微生物的陶粒铺设而成，将经过煤渣和沸石混合层处理过的NO3-N转化为氮气，达到除氮的目的，保证出水水质。
(5)生态护坡中黏土层可以阻隔陶粒反硝化层处理过的出水，让其通过阶梯型石笼重新流回到河道。
(6)阶梯型石笼用于导流反硝化层净化的水体，并且有效防止河道流水的冲刷和侵蚀。
(7)借助水位感应器对河流丰水期和枯水期河道水位进行监测，并通过感应控制柜对河道的水位进行控制，将河水重新流入生态护坡中进行污染物截留，有效的降低了劳动成本，提升了生产效率。
(8)借助DO监测探头对河道的DO进行监测，并通过感应控制柜对河道中的溶氧量进行实时监测，并控制曝气泵的功率进而控制曝气泵的曝气量，防止河道由于缺氧造成的黑臭现象。
附图说明
图1是本发明基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***的侧视图；
图2是本发明基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***的主视图；
图3是本发明中生态砖的结构示意图。
附图标记:1土质层，2乔木，3灌木，4河道，5慈姑，6香蒲，7千屈菜，8感应器控制柜，9阶梯型石笼，10过滤层，11吸附层，12反硝化层，13黏土层，14水位感应器，15污水泵，16生态砖，17布水管路，18曝气泵，19集水管路。
具体实施方式
以下结合实施例和附图，对本发明的技术和方法做进一步详细描述，以下实施例和附图用于说明本发明的构成，但不是用来限定本发明的范围。
如图1至图3所示，本发明的基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，该护岸***既可适用于降雨和河流汛期又可适用于河流枯水期，主要包括河道4，所述河道4侧边设置有生态护坡，所述生态护坡上端设置有河岸，所述生态护坡下端和河道4之间设置有阶梯型石笼9。所述河岸种植有乔木2和灌木3，所述河岸和生态护坡交界处设置有拦截堰，防止地表水直接沿着生态护坡流下。
所述生态护坡的坡面与水平面呈20°～30°的倾角，主要目的是做好河岸水土保持工作的同时，使得地表水渗流尽可能通过土质层1进入生态护坡，从而保证地表水径流水质的净化效果。所述生态护坡顶端设置有布水管路17，所述生态护坡包括由内而外依次设置的黏土层13、反硝化层12、吸附层11、过滤层10和土质层1。所述黏土层13用于防止未经过生态护坡净化的水体污染地下水；所述反硝化层12主要由陶粒铺设而成，陶粒上都附着有反硝化细菌，能将水中的NO3—N转化为氮气，以达到除氮的目的；所述吸附层11由绿沸石和煤渣的混合物铺设而成，绿沸石表面可以附着氨化细菌、硝化细菌和一些聚磷菌，主要目的是去除水中P并且将水体中的N元素转化为NO3—N类；所述过滤层10主要由无烟煤铺设而成，主要目的是为了去除水中较大的悬浮物质。所述土质层1上种植有草本植物，包括慈姑5、香蒲6和千屈菜7，与河岸上种植的乔木2、灌木3构成一套完整的植被生态***，在做好水土保持工作的同时，起到美化环境的作用。所述土质层1表面铺设有生态砖16，所述生态砖16由混凝土制成，镶嵌在土质层1中，生态砖16中心圆设置为镂空结构，用于种植草本植物，生态砖16表面设置有与中心圆连接的径向凹槽，保证水流在生态砖之间可以自由流通。
所述阶梯型石笼9上端面设置有感应器控制柜8，前端面设置有水位感应器14，所述水位感应器14设置有DO监测探头，所述河道4内设置有曝气泵18和污水泵15，所述水位感应器14、DO监测探头、曝气泵18、污水泵15均通过控制线与感应器控制柜8连接，所述污水泵15和布水管路17之间通过集水管路19连接。
本发明的工作过程：水流由污水泵15加压由集水管路19流入岸坡布水管路17中，然后均匀流入生态砖16，通过渗流作用进入过滤层10，去除水中较大的悬浮物质；水流由过滤层10渗入吸附层11，去除水中P并且将水体中的N元素转化为NO3—N类；水流经过吸附层11后渗入反硝化层12，达到去除氮的目的。由于生态护坡中各层所用的填料不同，渗流路径也不同，有效的延长水流在生态护坡中的水力停留时间，经过生态护坡处理的水体沿着反硝化层12流经阶梯型石笼9，最终进入河道4。
借助水位感应器14和DO监测探头对河道4的水位和DO进行监测，并通过感应器控制柜8对于河道4的水位和DO监测值进行控制，使河水水质调控工作智能化，有效的降低了劳动强度，具体通过以下技术方案实现该目的：(1)随着河道4水位变化，当夏季河水丰水期水位高度高于水位感应器14的上触点或冬季河水枯水期水位高度即将低于水位感应器14的下接触点时，将这一信号传送给感应器控制柜8，进行运算处理后，启动污水泵15，通过集水管路19和布水管路17将河水重新注入生态护坡中，延长水力停留量和停留时间，并有效的降低水体当中的污染物浓度；(2)感应器控制柜8接收DO监测探头传来的信号，进行运算处理以后，将数值反映到感应器控制柜8的液晶屏幕上，并根据河水溶氧量大小发出相应的操作指令，调控曝气泵18的启动功率，控制曝气量。
实施例一：
生态护坡中过滤层10无烟煤的粒径为10-20mm，吸附层11中绿沸石和煤渣的粒径均为5-8mm，反硝化层12中陶粒的粒径为4-6mm，其中黏土层13、过滤层10、吸附层11、反硝化层12所占体积比为1：2：3：4；拦截堰高度为500mm，感应器控制柜8上设由液晶显示屏，水位感应器14上装有DO监测探头、水位监测器，可以对水体中的溶解氧和水位进行实时监控和显示。
布水管路17采用PVC材料制成，土质层1的厚度为10-15cm，生态砖16均匀铺设，生态砖16内部种植三类草本植物，草本植物种植面积各占1/3。生态砖16是边长为300mm的正六边形，内部中心圆的半径为150mm，设置六个凹槽，凹槽为半径为80mm的半圆。
以无锡市鸿山镇唐家里桥顺直河道为例，(1)在冬季枯水期和夏季丰水期时，液位感应器14内设置的DO监测探头将数据传输到感应器控制柜8中，感应器控制柜8显示屏上显示监测得到的溶解氧值，进而对于河道的水质状况进行一个判断，确定曝气泵18的功率，进而决定曝气量的大小，当水体中的溶解氧平均值低于1.5mg/L，曝气泵18满功率运行，当水体中溶解氧平均值1.5-3mg/L，曝气泵18正常运行，当溶解氧含量高于3mg/L，曝气泵18关闭；(2)在丰水期水位逐渐升高至水位感应器14上限或枯水期逐渐升高至水位感应器14下限，水位接触至水位感应器14触点时，将信号传送至感应器控制柜8，感应器控制柜8进行运算后，发出开启污水泵15的指令，将河流中的水由污水泵16的集水管路19直接注入布水管路17中进行生态护坡的均匀布水；(3)河岸的降雨通过倾斜河岸(倾斜角度为10-15°)的渗流作用进入土质层1，部分水体被乔木2和灌木3吸收用于生长，其余水体由渗流作用进入生态护坡中，拦截堰防止水体沿着河岸表层直接流下；(4)河岸渗流水体和由污水泵15重新注入生态护坡的水体首先进入过滤层10，过滤层10选择的滤料是无烟煤，无烟煤所选择的粒径为10-20mm，无烟煤过滤层10可以有效的去除水体中的的悬浮颗粒物，防止颗粒物对于后续水质处理造成影响；(5)经过过滤层10处理的水体进入吸附层11，吸附层11所选择填料为绿沸石和煤渣的混合物，绿沸石和煤渣的粒径均为5-8mm，混合比例为1：1，沸石表面附着微生物，主要目的是去除水体当中的磷并且将水中的的氨氮转化为硝酸盐类物质用于后续处理；(6)经过吸附层11处理后的水体进入反硝化层12，反硝化层12选择陶粒作为主要的吸附材料，在陶粒上附着生长大量的反硝化细菌，将经过氨化和硝化处理的水体进行反硝化处理，使水体中的NO3-N转变为氮气，达到除氮的目的；(7)经过反硝化层12处理的水体，流经过阶梯型石笼9，最终流入河道4中。本发明是一套完备的多层次智能生态护岸***，可以实现在无人力操作的环境下的运行，对水体中的氮磷进行多层次截留，该护岸处理***多次改变水体的渗流路径，增加了水力停留时间，保证护岸***各层之间进行充分的生物反应，充分发挥海绵城市“吸水、蓄水、渗水、净水”的理念，最终达到水质净化的目的。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，包括河道(4)，其特征在于，所述河道(4)侧边设置有生态护坡，所述生态护坡上端设置有河岸，所述生态护坡下端和河道(4)之间设置有阶梯型石笼(9)；所述河岸种植有乔木(2)和灌木(3)，所述生态护坡包括由内而外依次设置的黏土层(13)、反硝化层(12)、吸附层(11)、过滤层(10)和土质层(1)，所述土质层(1)上种植有草本植物，所述生态护坡顶端设置有布水管路(17)；
所述阶梯型石笼(9)上端面设置有感应器控制柜(8)，前端面设置有水位感应器(14)，所述水位感应器(14)设置有DO监测探头，所述河道(4)内设置有曝气泵(18)和污水泵(15)，所述水位感应器(14)、DO监测探头、曝气泵(18)、污水泵(15)均通过控制线与感应器控制柜(8)连接，所述污水泵(15)和布水管路(17)之间通过集水管路(19)连接。
2.根据权利要求1所述的基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，其特征在于，所述生态护坡和河岸交界处设置有拦截堰，所述生态护坡的坡面与水平面呈20°～30°的倾角。
3.根据权利要求1所述的基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，其特征在于，所述反硝化层(12)由陶粒铺设而成，所述吸附层(11)由绿沸石和煤渣的混合物铺设而成，所述过滤层(10)由无烟煤铺设而成，所述草本植物包括慈姑(5)、香蒲(6)和千屈菜(7)。
4.根据权利要求1所述的基于海绵城市的河道多层次智能生态护岸***，其特征在于，所述土质层(1)表面铺设有生态砖(16)，所述生态砖(16)由混凝土制成，生态砖(16)中心圆设置为镂空结构，用于种植草本植物，生态砖(16)表面设置有与中心圆连接的径向凹槽，保证水流在生态砖(16)之间自由流通。
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