生态透水丁坝系统的制作方法

本发明属于河道水体生态修复领域，具体涉及生态透水丁坝系统。

背景技术：

河道是水系的载体，同时也是生态系统的重要组成部分。目前国内不少河道出现了黑臭、富营养化、生物多样性锐减等问题，河道的功能修复与健康恢复成为亟待解决的问题。

丁坝是应用广泛的河道整治建筑物，有透水丁坝和不透水丁坝两种形式。丁坝的主要作用是防止或减轻水流对坡岸的冲刷，兼具改善航道的功能。透水丁坝主要通过降低流速以防治河岸侵蚀，目前关于透水丁坝的研究主要集中在水力特性、冲淤效果等保护河岸方面，不具备改善河道水质、生态等方面的功能。

技术实现要素：

为了解决目前存在的河道富营养化及生态问题，本发明提供一种生态透水丁坝系统，其具有净化水质、恢复河道生态的特点。

本发明的目的在于提供一种生态透水丁坝系统。

根据本发明的具体实施方式，生态透水丁坝系统生态包括至少一个透水丁坝，所述透水丁坝自河岸延伸至河道内，且所述透水丁坝包括桩柱单元、富养吸附单元和植物单元，

所述桩柱单元包括多个顺次间隔设置的木桩；

所述富养吸附单元设置于两个相邻的所述木桩之间，所述富养吸附单元包括多种可吸附富集养分的混合填料；

所述植物单元种植于所述富养吸附单元的上部，所述植物单元包括至少一种水生植物。

根据本发明的具体实施方式，所述混合填料包括沸石、钢渣、陶粒、火山岩和/或空心砖。所述沸石的粒径为5～10mm，所述钢渣的粒径为5～10mm。

根据本发明的具体实施方式，所述混合填料砾石、陶粒和沸石，砾石、陶粒、沸石的重量比为6：9：4。

根据本发明的具体实施方式生态透水丁坝系统，两个相邻的所述木桩之间设置有石笼，所述石笼内部填充有所述混合填料。

根据本发明的具体实施方式，所述植物单元种植的植物为鸢尾、香蒲和菖蒲，所述植物种植密度为20～30颗/m²。

根据本发明的具体实施方式，所述生态透水丁坝系统包括延河道上游到下游依次设置的三个透水丁坝，中间的透水丁坝设置在河道弯曲处，两个相邻透水丁坝之间的距离为坝长的1.5～2.5倍。

根据本发明的具体实施方式，每个所述透水丁坝的坝长为河宽的1/4～1/2。

根据本发明的具体实施方式，木桩直径为150mm，两个相邻的木桩之间的距离为500mm。

根据本发明的具体实施方式，每个所述透水丁坝的长度方向与水流方向成90°夹角，从而可以使水流与丁坝充分接触，有利于填料和植物的净化作用。

本发明的有益效果：

本发明将传统透水丁坝中的砾石等主体换成具有吸附作用的填料，使生态透水丁坝对氮磷具有吸附作用，并在填料上种植相应的植物，在生态透水丁坝中形成植物-填料-微生物原位净化水质系统，其主要的净化机理是：填料对水中氮磷具有截留和吸附作用，植物从填料和水中吸收氮磷，并转化为植物体内蛋白质、atp、dna、rna等有机物，从而促进生长，此外，植物根区存在许多好氧和缺氧的微环境，微生物在好氧微环境中通过硝化反应将氨态氮氧化成硝态氮，硝态氮扩散进入根区的缺氧微环境，被反硝化细菌转化为n2和n2o，随着n2逸出，水中的氮得以进一步去除。因此，本发明以水体为媒介，使填料与植物之间形成协同作用，有效去除水体中富集的养分，对cod、总氮、总磷的去除率比传统透水丁坝高约20-40％，从而改善了河道水质状况。

传统的透水丁坝的坝体大多是由砾石或粗砂堆砌而成，对污染物基本没有吸附去除作用。本发明的坝体是由石笼网填充填料构成，常用的填料有陶粒、沸石、火山岩、空心砖、钢渣等，不同的填充材料有差异吸附能力。其中，沸石对氨氮吸附容量最大，钢渣对磷吸附容量最大，空心砖次之。本发明将沸石与钢渣按照质量比1:1混合填充，充分利用沸石、钢渣比表面积大，孔隙率高的特点，截留和吸附河水中的氮磷等污染物。沸石和钢渣对氮磷的吸附效果明显大于传统透水丁坝的砾石或者粗砂。

本发明中常用的水生植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物，其中挺水植物菖蒲、黄花鸢尾、芦苇、水葱、千屈菜等对水体中总氮、总磷均有良好的去除效果，去除率在75-89％之间，其中菖蒲须状根系发达，适应性强、成活率高，无须种植土便可直接生长在填料上，不仅简化了施工过程并避免了河水冲刷导致种植土损失及引起河道局部水体污染的状况，且对总氮、总磷的去除率较高。此外，浮水植物中的睡莲、绿萍、凤眼莲，沉水植物绿菊、狐尾藻等也对cod、总氮、总磷有一定的去除效率。综合考虑环境、水质、景观等因素，植物可单独种植，亦可搭配组合使用。

本发明仅需要在河床上打木桩，工程量开挖量小，施工方便，造价低廉，而现有的丁坝拦截河道、工程量大，施工困难，严重影响了河道通航。本发明改变了河流原有的流场，降低河水流速，截留泥沙，改善水环境质量，为水生生物的生长和栖息创造条件，促进生物交流，营建与恢复河道局部生态环境，丰富了河道的生物多样性。

附图说明

图1为本发明的三级生态丁坝系统的结构示意图；

图2为图1的a-a方向剖视图；

图3为图1中b-b方向的剖视图；

图4显示本发明对水体中不同污染物的去除率；

其中，1-木桩；2-混合填料；3-水生植物。

具体实施方式

实施例1透水丁坝系统的结构

如图1～3所示，本发明的生态透水丁坝系统包括至少一个透水丁坝，所述透水丁坝自河岸延伸至河道内，且所述透水丁坝包括桩柱单元、富养吸附单元和植物单元，所述桩柱单元包括多个顺次间隔设置的木桩1；所述富养吸附单元设置于两个相邻的所述木桩之间，所述富养吸附单元包括多种可吸附富集养分的混合填料2；所述植物单元种植于所述富养吸附单元的上部，所述植物单元包括至少一种水生植物3。

本发明的生态透水丁坝可以是由一个透水丁坝组成的一级生态透水坝，或者是三个透水丁坝组成的三级生态透水丁坝。三个透水丁坝沿着河岸线自上游到下游依次设置，中间的透水丁坝设置在河道弯曲处，两端的透水丁坝与中间透水丁坝的间距为1.5～2.5倍的坝长。每个丁坝的长度根据河道的具体情况设置成河宽的1/4～1/2；长度方向与水流方向成90°夹角。

生态透水丁坝的桩柱单元建好后，在两个木桩的间隔处填充能够吸附水中富养的填料，再在此填料的顶部种植水生植物，即得本发明的生态透水丁坝系统，具体施工方法如下：

(1)在河道弯曲处，将若干直径为150mm的木桩1打在河床上，木桩的间隔距离为500mm，丁坝的长度，即首个木桩至最后一个木桩之间的距离，在1/4河宽到1/2河宽之间，丁坝的长度方向与水流方向成90°夹角。

(2)用铅丝将孔径为5mm×5mm石笼固定在木桩1上，石笼内部装混合填料2，填料由沸石和钢渣组成，两者按照质量比1:1混合，沸石和钢渣的粒径均为5mm-10mm。

(3)石笼上层栽种根系发达对水质有良好净化效果的水生植物3，水生植物3根系上覆盖填料，覆盖厚度约100～150mm；水生植物按照25颗/m²密度种植，即形成一级生态透水丁坝。

(4)其余两个透水丁坝等距设置于一级生态透水丁坝的两侧，即河道弯曲外侧，坝间距为2倍坝长，即得到三级透水丁坝。

实施例2透水丁坝的水体净化效果

1.比较三级生态透水丁坝和一级生态透水坝的水体净化效果

将预制的三个生态透水丁坝等距置于模拟河道中，水位为5cm，坝长为1/4或1/2河宽，一级生态透水坝的坝长与河宽相同，人工模拟河水在模拟河道中一次性流过。取样断面设置在各级丁坝的坝前和坝后5cm处，出水口距离最后一个断面1米。取样间隔时间为12小时，取样结束后24小时之内完成分析。

具体结果如图4所示，一级生态透水坝对tn、tp、氨氮和cod的去除率与坝长为1/4河宽的三级生态透水丁坝的去除率相差不大。1/2河宽的三级生态透水丁坝对各污染物的去除率高于一级生态透水坝，其中tp的去除率提高了22.2％，tn的去除率提高了10.8％。

2.比较不同填料、植物的水体净化效果

经实验证实，当透水丁坝填料以砾石：陶粒：沸石为6：9：4铺设，以鸢尾、香蒲、菖蒲为种植植物时，对tn、tp、氨氮和cod的去除效果良好，其去除率分别达到cod40％、tn60％、tp50％、氨氮45％左右，比单独填料的去除效果分别提高了cod5-10％、tn10-15％、tp10-15％、氨氮5-10％，比单独植物的去除效果分别提高了cod10％-15％、tn20-25％、tp10-20％、氨氮15-20％。

本发明的生态透水丁坝系统不但可以起到原有丁坝的作用，改变河流原有的流场，保护河岸不被侵蚀，同时减缓河流流速，延长河水的水力停留时间，河水与石笼网格的填料充分接触，石笼网格中的沸石对氨氮有良好的去除效果，钢渣可以有效地吸附和截留磷。