CN110468776B - 一种增强河道潜流交换的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强河道潜流交换的装置,所述的装置安装在河流底部潜流带的位置,包括前后两块与河道横截面平行设置的挡板,所述的挡板与两侧河岸所围成的区域中放置了高传导率结构和位于高传导率结构两侧的低传导率结构,所述的低传导率结构位于高传导率结构和挡板之间,在所围成区域的其它空间为采用原位沉积物填充的原位沉积物区。本发明通过不同传导率结构的安装,促进水体流动引起聚集流与发散流,从而分别引起河水下涌和下层水上涌,增加潜流交换通量,同时促进了对水体中污染物的分解,起到净化的作用。

Description

一种增强河道潜流交换的装置
技术领域
本发明属于河流生态修复与治理领域,具体涉及一种增强河道潜流交换的装置。
背景技术
城市降雨径流污染是重要的非点源污染之一,具有随机性、广泛型、滞后性、不确定性等特点,大量悬浮物质、营养物质、好氧物质、细菌等污染物通过地表径流汇入受纳水体,最终进入河流湖库,造成水体污染等环境问题。
目前,对于治理城市非点源污染主要倾向于减少暴雨流量而忽略了对污染物的削减。同时,用于污染河道治理的主流技术包括人工曝气、底泥疏浚等物理方法,但其安装成本高,运行维护困难,同时底泥疏浚费用昂贵,在短期内虽能起到较好的治污效果,但其破坏了河道原有自然环境,远期经济效益低下;化学方法包括强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等,其虽效果显著,但由于外界投放化学物质,引发各种不确定性因素,易造成水体二次污染;生物修复包括植物修复、微生物修复等,河道种植植物虽然保护了生态环境不受破坏,但其阻碍了河道行洪效果,为城市安全买下隐患,同时微生物的降解效果则与环境因素密切相关,在多数情况下处理效果不佳。
潜流带是一种可以处理非点源污染的溪流中的天然生物反应器。河床和河岸沉积物提供了氧化还原条件、溶质和微生物之间的接触、以及较长停留时间。这种动态环境为许多重要的生物化学反应提供了条件,减少了地表径流中过量的污染物,因此被称为河流肝脏。
综上,潜流带具有减轻威胁城市溪流的非点源污染的潜力,但有限的流量和低效的交换通常会限制其水质改善。因此,开发河流的底质沉积物,增强河道地表水与地下水交换过程,是治理河流污染的一种新思路。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种增强河道潜流交换的装置。
实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
一种增强河道潜流交换的装置,所述的装置安装在河流底部潜流带的位置,包括前后两块与河道横截面平行设置的挡板,所述的挡板与两侧河岸所围成的区域中放置了高传导率结构和位于高传导率结构两侧的低传导率结构,所述的低传导率结构位于高传导率结构和挡板之间,在所围成区域的其它空间为采用原位沉积物填充的原位沉积物区。
作为本发明的进一步改进,所述的低传导率结构的垂直高度高于所述的高传导率结构。
作为本发明的进一步改进,所述的原位沉积物区位于在所述的高传导率结构和所述的低传导率结构所围成的凹槽区,以及所述的挡板和所述低传导率结构的间隙中。
作为本发明的进一步改进,所述的原位沉积物区的顶面与所述的低传导率结构齐平,且位于表面流之下。
作为本发明的进一步改进,还包括设置在装置底部的不透水层。
作为本发明的进一步改进,所述的装置还包括黏土层,所述的黏土层沿河岸铺设,与水流方向平行。
作为本发明的进一步改进,所述的挡板通过可拆卸的方式与两侧河岸之间呈垂直设置。
作为本发明的进一步改进,所述的高传导率结构采用的是混凝土或巨石构建,其空隙率要求为0.01-0.05;所述的低传导率结构采用的是砾石构建,其空隙率为0.4-0.5。
作为本发明的进一步改进,在所述的原位沉积物中还掺入了环境降解生物质,包括木屑或生物炭,其空隙率为0.3-0.4。
一种增强河道潜流交换的设备,包括将10-15个以上所述的装置采用串联的方式安装在河道中。
本发明的有益效果:
1.通过不同传导率结构的安装,促进水体流动引起聚集流与发散流,从而分别引起河水下涌和下层水上涌,增加潜流交换通量。
2.沉积物提供了氧化还原条件、溶质和微生物之间的接触、以及较长停留时间。这种动态环境为许多重要的生物地球化学反应提供了条件,促进各种污染物质充分反应讲解,降低受纳水体的污染负荷。
3.底质沉积物不直接接触表面流,其变化不会对河水流动,沉积物迁移及水生生物迁徙产生影响,并可以通过天然沉积物的覆盖防止河流冲刷引起结构改变。同时采用原位的材料进行结构构建,最大限度地维持了自然环境的现状,避免对当地生态环境产生不利影响。
4.在原位沉积物中掺入木屑及生物炭等无害物质,促进了水体中氮磷污染物的降解,为处理较高浓度氮磷水体提供了一种新思路。
附图说明
图1为本发明装置纵向剖面图;
图2为本发明装置横向剖面图;
图3为本发明河道尺度布置图;
图中附图标记含义:1、高传导率结构,2、原位沉积物区,3、低传导率结构,4、不透水层,5、挡板, 6、粘土层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1和图2所示的本发明用于增强河道潜流交换的装置,该装置主要安装在城市内河或流量小的河道中。所述的装置安装在与河道横截面平行设置的前后两块挡板5所隔绝的区域,在这一隔绝区域中的中心位置放置了高传导率结构1,并在高传导率结构1两侧设置了低传导率结构3,在装置区域的其它空间为采用原位沉积物填充的原位沉积物区2。其中,所述的低传导率结构3的垂直高度高于所述的高传导率结构1。优选的,所述的低传导率结构3的垂直高度为所述的高传导率结构1的两倍。所述的原位沉积物区2位于在所述的高传导率结构1和所述的低传导率结构3所围成的凹槽区,以及所述的挡板5和所述低传导率结构3的间隙中。
所述的高传导率结构1、低传导率结构3和原位沉积物区2采用不同空隙率结构的材料安装,能够促进水体流动引起聚集流与发散流,继而分别引起河水下涌和下层水上涌,增加潜流交换通量,以及水流的停留时间。
在本发明的实施例中,所述的高传导率结构1采用的是混凝土或巨石构建,其空隙率要求为0.01-0.05;所述的低传导率结构3采用的是砾石构建,其空隙率为0.4-0.5。所述的原位沉积物区2中的填充物空隙率要求为0.3-0.4,采用河底中的底质沉积物填充,并在其中加入木屑或生物炭等环境降解生物质调整。由于原位沉积物区2提供了溶质和微生物之间的接触的场所,为许多重要的生物地球化学反应提供了条件,促进各种污染物质充分反应降解,尤其是氮磷污染物,降低水体的污染负荷。
另外,如图1所示,本发明装置中的所述的原位沉积物区2的顶面与所述的低传导率结构3齐平,且位于表面流之下。这样该装置不会对河水流动,沉积物迁移及水生生物迁徙产生影响,并可以通过天然沉积物的覆盖防止河流冲刷引起结构改变。
在本发明装置底部的还设置了不透水层4,在装置侧面,即沿河岸铺设的黏土层6。用于防止水流在缺乏流动的边界区域绕过装置内各结构,保证潜流交换的进行。
本装置的具体安装方式为:在河流枯水期时进行装置安装或更换,若水流流量过大则在上游安装简易拦水石坝控制流量,确保安装区域段的河流的水深不高于1m。在河流底部潜流带的位置开挖长3 m,宽度横跨河道,深度为装置高度的立方体坑,将挡板5按与河道横截面平行的方向放入坑中,前后挡板5之间的距离为3m,另外一组沿河岸的一面铺设粘土,并在坑的底面用不透水材料铺设。之后在坑中用混凝土或巨石构建高传导率结构1,用砾石构建低传导率结构3,之后用原位沉积物填平坑中空隙,恢复河道原状,并控制河道坡度为1%-2%,便于水流通过并进行潜流交换。装置安装完成后拆除挡板5。
如图3所示,在河道中以适当间隔串联安装10-15个本装置,以达到更好的污染物去除效果。
经验证,在一条长约50 m,宽3 m,平均水深1 m的小型河道内连续安装10个本发明的装置,每个装置的下行流的流量平均可达到0.51 L/s,总下行流流量可达5.65 L/s。每个装置平均水力停留时间可达3.7 h,最高总水力停留时间时间可达19 h。平均每隔装置对硝态氮的去除率达到30%,对PO4 -去除率达到20%,同时对铜、汞、铬等重金属离子有一定去除效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种增强河道潜流交换的装置,所述的装置安装在河流底部潜流带的位置,其特征在于:包括前后两块与河道横截面平行设置的挡板(5),所述的挡板(5)与两侧河岸所围成的区域中放置了高传导率结构(1)和位于高传导率结构(1)两侧的低传导率结构(3),所述的低传导率结构(3)位于高传导率结构(1)和挡板(5)之间,在所围成区域的其它空间为采用原位沉积物填充的原位沉积物区(2);
所述的低传导率结构(3)的垂直高度高于所述的高传导率结构(1);所述的原位沉积物区(2)位于在所述的高传导率结构(1)和所述的低传导率结构(3)所围成的凹槽区,以及所述的挡板(5)和所述低传导率结构(3)的间隙中;所述的原位沉积物区(2)的顶面与所述的低传导率结构(3)齐平,且位于表面流之下。
2.根据权利要求1所述的一种增强河道潜流交换的装置,其特征在于:还包括设置在装置底部的不透水层(4)。
3.根据权利要求1所述的一种增强河道潜流交换的装置,其特征在于:所述的装置还包括黏土层(6),所述的黏土层(6)沿河岸铺设,与水流方向平行。
4.根据权利要求1所述的一种增强河道潜流交换的装置,其特征在于:所述的挡板(5)通过可拆卸的方式与两侧河岸之间呈垂直设置。
5.根据权利要求1所述的一种增强河道潜流交换的装置,其特征在于:所述的高传导率结构(1)采用的是混凝土或巨石构建,其空隙率要求为0.01-0.05;所述的低传导率结构(3)采用的是砾石构建,其空隙率为0.4-0.5。
6.根据权利要求1所述的一种增强河道潜流交换的装置,其特征在于:在所述的原位沉积物中还掺入了环境降解生物质,包括木屑或生物炭,其空隙率为0.3-0.4。
7.一种增强河道潜流交换的设备,其特征在于:包括将10-15个权利要求1-6任一项所述的装置采用串联的方式安装在河道中。
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