專利名稱：一種凈化山地小流域水體的多級生態(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生態(tài)透水壩。
背景技術(shù)：
隨著對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)水體非點源污染的主要來源。同時由于非點源污染物多富含氮、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。對于非點源污染的控制和治理，國內(nèi)外已進行了許多的研究工作。常采用的非點源污染控制技術(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)非點源污染問題時，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，無法形成可對進入水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進行吸收降解的微生物和水生植物系統(tǒng)。同時由于山地小流域地區(qū)非點源污染發(fā)生時多伴隨有不同程度的水土流失，對河岸邊的植被帶的沖刷嚴(yán)重加重了非點源污染的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對山地小流域地區(qū)河流水體流速快、水深淺、侵蝕嚴(yán)重，非點源污染多伴隨水土流失發(fā)生的特點，提供一種構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級生態(tài)透水壩。為實現(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；同時在透水壩兩端易發(fā)生侵蝕處構(gòu)建護坦，兩岸護坦長度L =1. 5 (H+h)式中H為壩高，h為溢流水深；2)透水壩級數(shù)的選擇，多級透水壩的級數(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)計凈化后濃度，Cx為單級透水壩去除率，多個透水壩組成得到多級生態(tài)透水壩。所述山地小流域處的多級生態(tài)透水壩由多個生態(tài)透水壩構(gòu)成，每個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。所述多級透水壩間的距離應(yīng)大于等于單級透水壩的控制范圍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。所述多級透水壩建成后在兩級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)河道加強凈化效果。本發(fā)明所具有的優(yōu)點1.本發(fā)明針對山地小流域地區(qū)河流水體流速快、水深淺、侵蝕嚴(yán)重，非點源污染多伴隨水土流失發(fā)生的特點，構(gòu)建適合山地小流域多級生態(tài)的透水壩。通過構(gòu)建多級透水壩的生態(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)明針對山地小流域多級生態(tài)構(gòu)建的透水壩利用河流坡降無需動力運行； 同時采用鐵絲、礫石等建造成本低。3.本發(fā)明針對山地小流域多級生態(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，對磷的凈化效果好于氮的凈化效果。


圖1為山地小流域多級生態(tài)透水壩結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式結(jié)合國家重大科技專項水專項“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)建立多級生態(tài)透水壩及植被攔截帶，組成生態(tài)透水壩多級凈化系統(tǒng)應(yīng)用于該地區(qū)山地小流域的農(nóng)業(yè)非點源污染控制。根據(jù)當(dāng)?shù)睾恿鞯膶嶋H情況，結(jié)合多級透水壩級數(shù)公式η = (C0-Cn) /n -Cx,式中η為透水壩級數(shù)，Ctl為未處理河流水體濃度，Cn為預(yù)計凈化后濃度，Cx為單級透水壩凈化效果 (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)計凈化后濃度達到國家地表水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數(shù)為2的多級透水壩。一號壩選擇山地小流域兩岸具有較強侵蝕潛力的農(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)建透一號水壩。一號透水壩有效壩高0. 8米，壩長 17. 5米，壩底寬度2. 5米，壩頂寬度0. 8米。同時壩體下游兩側(cè)分別設(shè)有護坦，兩岸護坦長度L = 1. 5(H+h)，式中H為壩高1. 0米，h為溢流水深0. 8米，可得護坦2. 7米長。壩底高程為河床硬底高程。一號壩主要起攔截水中漂浮物，降低流速的作用。二號壩二號壩距一號壩的最小距離依據(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)大于等于單級壩的控制范圍L，由此在距一號壩220米處構(gòu)建二號壩，同時二號壩長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、二號組成得到多級生態(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水體中含氧量的提高，減緩流速促進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。多級透水壩建成后可在不影響行洪的情況下，在兩級透水壩間控制區(qū)沿岸下游種植荊條等護坡植物，形成生態(tài)河道加強凈化效果。此外，應(yīng)注意形成的生態(tài)河道沿岸植被的保護可種植護坡能力較強的植被防止水土流失。所述透水壩的一號壩主要起對水中漂浮物、泥沙的阻擋、沉淀作用，對水體中營養(yǎng)物質(zhì)的去除率為15-20%。二號壩利用與一號壩間形成的生態(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。一號壩與二號壩形成的多級透水壩系統(tǒng)對TN 的去除率大于35%，TP的去除率大于70%。多級透水壩剛構(gòu)建完成時，流經(jīng)多級壩體系統(tǒng)的水體中TN實測濃度由1. 8mg/L降低到1. lmg/L,單級透水壩的壩TN去除率15-20%，多級透水壩系統(tǒng)TN去除率38% ；TP濃度由實測0. 04mg/L降低到0. 0lmg/L,單級透水壩的壩 TP去除率20-35%，多級透水壩系統(tǒng)TP去除率75%。運行一段時間(三個月)后，實測TN 濃度由1. 5mg/L下降到0. 98mg/L,多級透水壩系統(tǒng)實測TN去除率TN35% ；TP濃度實測由 0. 044mg/L降低到0. 012mg/L,多級透水壩系統(tǒng)實測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；同時在透水壩兩端易發(fā)生侵蝕處構(gòu)建護坦，兩岸護坦長度L= 1.5(H+h)式中H為壩高，h為溢流水深；2)透水壩級數(shù)的選擇，多級透水壩的級數(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)計凈化后濃度，Cx為單級透水壩去除率，多個透水壩組成得到多級生態(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生態(tài)透水壩，其特征在于所述山地小流域處的多級生態(tài)透水壩由多個生態(tài)透水壩構(gòu)成，每個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生態(tài)透水壩，其特征在于所述多級透水壩間的距離應(yīng)大于等于單級透水壩的控制范圍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生態(tài)透水壩，其特征在于所述多級透水壩建成后在兩級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)河道加強凈化效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及非點源污染治理方法，具體的說是一種構(gòu)建凈化山地小流域水體的多級生態(tài)透水壩。具體為選擇山地小流域兩岸具有較強侵蝕潛力的農(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)建護坦。兩岸護坦長度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；多級透水壩級數(shù)依據(jù)公式n＝(C0-Cn)/n·Cx確定。多級壩形成多級生態(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，強化河流的自凈能力改善流經(jīng)水體水質(zhì)。
文檔編號C02F3/34GK102211817SQ201010138059
公開日2011年10月12日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所