一種校園景觀水體生態修復和保持方法

2023-05-29 00:43:11

專利名稱：一種校園景觀水體生態修復和保持方法
技術領域：
本發明屬於一種景觀水體的環境保護領域，特別涉及一種校園景觀水體生態修復和保持的方法。
背景技術：
保持良好的校園景觀水體水質對於營造良好的校園形象和學習環境具有重要的意義。校園景觀水體多為靜止或流動性差的封閉緩流水體，一般具有水域面積較小、水環境容量較小、水體白淨能力低、所處環境相對單一、一般不接納外源汙染物、可能接納實驗室汙廢水等特點，因此有必要處理校園景觀水體以維持良好的水體水質，為學生和教職工創造良好的校園環境。經對現有技術的文獻檢索發現，已有的景觀水體生態修復和保持方法，如CN200810036549.0是一套包括以景觀水體周邊環境綠化、岸邊地形處理和岸邊淺水區高密度水生植物帶、大氣及暴雨徑流汙染控制技術在內的外源汙染控制技術，以營建水生生物群落為主體，輔助以生態駁岸等技術的水質生態保持技術，解決了城市及小區景觀水域水質汙染環境問題和景觀退化問題；CN200610087636.x中利用自然光合作用及水體中菌藻系統將溶解性汙染物合成為有機懸浮固體，再利用潛水式推流器和平流淺層沉澱水槽分離出汙水中的有機懸浮物，適合於城市和風景區景觀水體的水質管理；CN200410031173.6中通過對水體以低強度大劑量紫外線輻射來抑制受汙染水體溶解氧消耗速率和水質酸化。現有技術主要是針對城市景觀水體，基本是採用物理、化學和生物方法治理己被汙染的水域，往往忽視水體循環和水體監測在保持景觀水體水質方面的作用，缺乏關於保持校園景觀水體水量和水質問題的針對性。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種用於校園景觀水體的生態修復和保持方法。本發明以恢復和保持校園景觀水體的生態結構為目的，以生態處理系統為主，將校園水資源合理配置、景觀水體循環系統和水體生態環境保持三個方面有效結合，首先，在分析校園景觀水體可供選擇的水資源的基礎上，綜合各方面因素，進行水資源配置研究；其次，結合景觀水體周邊環境和水質保持的指標要求，進行水體循環與人工溼地系統的研究及設計、岸邊植物布置、水體監測；最後，提出景觀水體生態保持的技術方案。本發明通過如下技術方案予以實現。一種校園景觀水體生態修復和保持方法，具有如下步驟:(一 )校園景觀水資源供需分析與配置(1)調查校區內可用作景觀水補水的水資源，對各種可用的水資源進行定量分析；(2)計算校區景觀水資源需求量，包括景觀水的蒸發量、滲漏量和綠化用水量，其中不考慮冬季蒸發量、冬季綠化用水量；
(3)進行校區景觀水資源供需平衡分析，在滿足補充水總量、各類水源可供水量和水環境質量平衡的約束條件下，尋求水資源配置總費用最小的設計方案；( 二)校園景觀水體循環系統構建(I)分析校園景觀水體結構，對其進行細化分區；(2)由各水體分區的位置和功能構建循環系統，通過水體循環使景觀水體充氧並進入生態處理系統；(二)生態處理系統設置(I)景觀水體正常情況下:景觀水體首先經潛水泵⑴及暗管(2)輸入人工溼地進水格柵⑶以去除水體中懸浮物，經格柵濾後的水通過人工溼地進水廊道(4)被分配進入人工溼地(5)，通過人工溼地(5)的生物淨化作用改善水質，最後淨化後的水通過人工溼地出水口(6)回流到景觀水體中；( 2)景觀水體中藻類較多時:關閉人工溼地(5)，首先用撈藻機打撈己大量生長的藻類，然後通過計量泵向水體中投加絮凝劑，經過絮凝後的水進入過濾單元(8)後回流到景觀水體，用回流的景觀水反衝洗過濾單元(8)，反衝洗出水直接排放到系統之外；(3)在岸邊水深0.5m-0.8m水體處種植以挺水植物為主導的水生植物群落來保持水質，避免沿岸死水區發生富營養化，並同時兼有景觀效果；(四)校園景觀水體監測設置(I)在岸邊和主體水域設置水位監測儀或水位標尺，進行豐水期和枯水期的校園景觀水體水量監測；(2)進行校園景觀水體水質監測，包括:設置監測點，確定採樣點、採樣方法、採樣頻率，確定監測指標、監測方法、評價標準；所述步驟(一)(3)的校區景觀水資源供需平衡分析分別對豐水期、枯水期進行，枯水期不包括冬季3個月；所述補充水總量的約束指各種補充水資源的補充水量之和大於或等於景觀水體的總需水量，S卩:Qt= Σ Qi彡Q&，式中:Qt-總補充水量，m3 / d W1-各類水源補充水量，m3 /d;Q,6_總需水量，m3 / d;各類水源可供水量的約束是指QiSQi^式中:Q1-各類水源補充水量，m3 / ChQa-各類水源可供水量，m3 / d;水環境質量平衡的約束是為了保證補充水的水質在可接受範圍之內，即QtXct QiXci,式中:Qt-總補充水量，m3 / ChQ1-各類水源可供水量，m3 / d;ct-標誌汙染物氨氮平均濃度，mg / I ;C1-各類水源的標誌汙染物氨氮濃度，mg / I ；所述步驟(二)(I)的水體分區是對規模較大的校園景觀水體按照主體水域、圍繞建築群的淺水滯留區和輸水渠的三種情況進行細化分區，對規模較小的校園景觀水體可不進行水體分區。所述步驟(二)(2)的循環系統包括潛水泵(I)、管涵系統即暗管(2)和過水涵洞⑵。所述步驟(三)(I)的人工溼地進水廊道⑷尺寸為長2m、寬2m、高1.5m.所述人工溼地(5)選用水平流潛流人工溼地，採用連續、三級串聯、推流式運行方式運行，水力負荷為 0.5m3 / m2.d ;所述步驟(三)(2)的絮凝劑為聚合氯化鋁，縮寫為PAC，其投加量為10 — 20mg /L0所述步驟(三)(2)的過濾單元(8)為雙層濾料濾池，上層濾料為粒徑為2.0 2.5mm的陶粒，其高度為700mm;下層濾料為粒徑為0.6 1.2mm的石英砂，其高度為500mm ;在上層濾料的表層上還均勻地鋪設2.Scm薄層煤濾料，以防止藻類堵塞濾池；濾池濾速為6 IOm / h,反衝洗強度為13—16L / m2.s,反衝洗時間6_Smin,衝洗周期12h。所述步驟(三)(3)的水生植物群落包括香蒲植物群落、水蔥植物群落、美人蕉植物群落、蘆葦植物群落、三稜草植物群落、鳶尾植物群落；香蒲植物群落:以挺水植物香蒲為優勢種群，配置少量水蔥和慈姑，以及漂浮植物浮萍和沉水植物狐尾藻。水蔥植物群落:以挺水植物水蔥為優勢種群，配置少量狹葉香蒲和燈芯草，以及漂浮植物滿江紅和沉水植物苦草。美人蕉植物群落:以溼生觀賞植物美人蕉為優勢種群，配置少量水蔥，漂浮植物以紫萍為主，沉水植物為金魚藻。蘆葦植物群落:以挺水植物蘆葦為優勢種群，配置少量溼生扁杆蔗草，漂浮植物配置睡蓮，沉水植物為篦齒 眼子菜。三稜草植物群落:以挺水植物三稜草為優勢種群，配置少量莎草和蘆葦以及沉水植物馬來眼子菜使其具有野生景觀效果。鳶尾植物群落:以挺水植物鳶尾為優勢種群，配置少量水蔥和燈芯草，漂浮植物選用鳳眼蓮，沉水植物為菹草。所述步驟(四)(I)的景觀水體水量監測為枯水期每季度對景觀水體水位進行1-2次監測，豐水期每月對水體水位進行1-2次監測。所述步驟(四)(2)的監測點為人工溼地進水口監測點(9)、人工溼地出水口監測點(10)、A湖監測點(11)和B湖監測點(12)；所述的採樣點布設在每個監測點水深0.5m處；若水深不足Im時，在I / 2水深處取樣；若水體封凍時，米樣點布設在冰下水深0.5m處；所述的採樣方法按《水環境監測規範》SL219—98執行；所述的採樣頻率:理化指標一水文年六次，即枯水期、豐水期、平水期各二次；生物指標一水文年三次，即枯水期、豐水期和平水期各一次；冬季3個月不進行監測；夏季3個月適當增加監測頻次；對於不能達到水質要求的監測項目或者發生汙染事故時應加強監測，直至水質恢復正常；所述的監測指標:理化指標為水溫、pH、溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷和總氮共8項，其他監測項目如:透明度、陰離子表面活性劑為選擇監測；生物指標為糞大腸菌群、總大腸菌群和葉綠素a ；所述的監測方法按《地表水環境質量標準》GB3838-2002和《水環境監測規範》SL219—98要求的方法執行；所述的評價標準採用《城市汙水再生利用景觀環境用水水質》GB / T 18921—2002觀賞性景觀環境用水湖泊類水體水質標準。
本發明與現有技術相比，解決了既保證校園景觀水體水量又保證水體水質的問題，並顯著美化了校園環境，增加了校園景觀水體水環境容量，提高了其水體白淨能力，不僅在校園水環境生態保持與資源利用方面具有較高的研究意義，而且對此類教育園區的規劃與建設具有一定參考價值。本發明技術簡單、易於操作和管理、運行成本低，是修復和保持校園景觀水體水質的切實可行的方法。


圖1為本發明具體實施例的校園景觀水體生態修復和保持方法示意圖。I——潛水泵2——暗管3—人工溼地進水格柵4—人工溼地進水廊道5——人工溼地6——人工溼地出水口7——過水涵洞8——過濾單元9——人工溼地進水口監測點10——人工溼地出水口監測點11——A湖監測點12——B湖監測點
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明的保護範圍不限於下述具體實施例。具體實施例以北方某校園的景觀水體為處理對象，實施本發明。一、校園景觀水資源供需分析與配置，實施步驟如下:1，分析得知雨水、 再生水可用於該校區內景觀水補水，雨水可供量73.2萬m3 /年(七、八月份7931.56m3 / d，其餘各月1220.19m3 / d，不考慮冬季三個月的降水)、再生水可供量3萬m3 / d ;2，計算得校區景觀水資源需求量:景觀水蒸發量528.89m3 / d (不包括冬季蒸發量)、滲漏量136.93m3 / d和綠化用水量707.2m3 / d(不包括冬季綠化用水量)；3，分別對豐水期、枯水期(不包括冬季3個月)進行校區景觀水資源供需平衡分析，在滿足補充水總量、各類水源可供水量和水環境質量平衡的約束條件下，尋求水資源配置總費用最小的設計方案。水資源配置方案(不考慮冬季補水)詳見表I的水資源配置表。所述補充水總量的約束指各種補充水資源的補充水量之和大於或等於景觀水體的總需水量，S卩:Qt= Σ Qi彡Q&，式中:Qt-總補充水量，m3 / d W1-各類水源補充水量，m3 /d;Q,6_總需水量，m3 / d;各類水源可供水量的約束是指QiSQi^式中:Q1-各類水源補充水量，m3 / ChQa-各類水源可供水量，m3 / d;水環境質量平衡的約束是為了保證補充水的水質在可接受範圍之內，即QtXct QiXci,式中:Qt-總補充水量，m3 / ChQ1-各類水源可供水量，m3 / d;ct-標誌汙染物氨氮平均濃度，mg / I ;C1-各類水源的標誌汙染物氨氮濃度，mg / 10表I
權利要求
1.一種校園景觀水體生態修復和保持方法，具有如下步驟: (一)校園景觀水資源供需分析與配置 (1)調查校區內可用作景觀水補水的水資源，對各種可用的水資源進行定量分析； (2)計算校區景觀水資源需求量，包括景觀水的蒸發量、滲漏量和綠化用水量，其中不考慮冬季蒸發量、冬季綠化用水量； (3)進行校區景觀水資源供需平衡分析，在滿足補充水總量、各類水源可供水量和水環境質量平衡的約束條件下，尋求水資源配置總費用最小的設計方案； (二)校園景觀水體循環系統構建 (1)分析校園景觀水體結構，對其進行細化分區； (2)由各水體分區的位置和功能構建循環系統，通過水體循環使景觀水體充氧並進入生態處理系統； (三)生態處理系統設置 (1)景觀水體正常情況下: 景觀水體首先經潛水泵(I)及暗管(2)輸入人工溼地進水格柵(3)以去除水體中懸浮物，經格柵濾後的水通過人工溼地進水廊道(4)被分配進入人工溼地(5)，通過人工溼地(5)的生物淨化作用改善水質，最後淨化後的水通過人工溼地出水口(6)回流到景觀水體中； (2)景觀水體中藻類較多時: 關閉人工溼地(5)，首先用撈藻機打撈己大量生長的藻類，然後通過計量泵向水體中投加絮凝劑，經過絮凝後的水進入過濾單元(8)後回流到景觀水體，用回流的景觀水反衝洗過濾單元(8)，反衝洗出水直接排放到系統之外； (3)在岸邊水深0.5m-0.8m水體處種植以挺水植物為主導的水生植物群落來保持水質，避免沿岸死水區發生富營養化，並同時兼有景觀效果； (四)校園景觀水體監測設置 (1)在岸邊和主體水域設置水位監測儀或水位標尺，進行豐水期和枯水期的校園景觀水體水量監測； (2)進行校園景觀水體水質監測，包括:設置監測點，確定採樣點、採樣方法、採樣頻率，確定監測指標、監測方法、評價標準。
2.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(-)(3)的校區景觀水資源供需平衡分析分別對豐水期、枯水期進行，枯水期不包括冬季3個月； 所述補充水總量的約束指各種補充水資源的補充水量之和大於或等於景觀水體的總需水量,即:Qt= Σ Qi彡Q&，式中: -總補充水量，m3 / d W1-各類水源補充水量，m3 / d ；Q& -總需水量，m3 / d;各類水源可供水量的約束是指QiSQi^式中=Q1-各類水源補充水量，m3 / ChQd-各類水源可供水量，m3 / d;水環境質量平衡的約束是為了保證補充水的水質在可接受範圍之內，即QtXct QiXci,式中:Qt-總補充水量，m3 / ChQ1-各類水源可供水量，m3 / d;ct-標誌汙染物氨氮平均濃度，mg / I ;Ci_各類水源的標誌汙染物氨氮濃度，mg / 10
3.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(二)(I)的水體分區是對規模較大的校園景觀水體按照主體水域、圍繞建築群的淺水滯留區和輸水渠的三種情況進行細化分區，對規模較小的校園景觀水體可不進行水體分區。
4.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(二)(2)的循環系統包括潛水泵(I)、管涵系統即暗管(2)和過水涵洞(7)。
5.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(三)(I)的人工溼地進水廊道(4)尺寸為長2m、寬2m、高1.5m.所述人工溼地(5)選用水平流潛流人工溼地，採用連續、三級串聯、推流式運行方式運行，水力負荷為0.5m3 / m2 *(1。
6.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(三)⑵的絮凝劑為聚合氯化鋁，縮寫為PAC，其投加量為10 — 20mg / L。
7.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(三)(2)的過濾單元 (8)為雙層濾料濾池，上層濾料為粒徑為2.0 2.5mm的陶粒，其高度為700mm ;下層濾料為粒徑為0.6 1.2mm的石英砂，其高度為500mm ;在上層濾料的表層上還均勻地鋪設2.5em薄層煤濾料，以防止藻類堵塞濾池；濾池濾速為6 IOm / h，反衝洗強度為13 — 16L / m2.S，反衝洗時間6 — 8min，衝洗周期12h。
8.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(三)(3)的水生植物群落包括香蒲植物群落、水蔥植物群落、美人蕉植物群落、蘆葦植物群落、三稜草植物群落、鳶尾植物群落； 香蒲植物群落:以挺水植物香蒲為優勢種群，配置少量水蔥和慈姑，以及漂浮植物浮萍和沉水植物狐尾藻； 水蔥植物群落:以挺水植物水蔥為優勢種群，配置少量狹葉香蒲和燈芯草，以及漂浮植物滿江紅和沉水植物苦草； 美人蕉植物群落:以溼生觀賞植物美人蕉為優勢種群，配置少量水蔥，漂浮植物以紫萍為主，沉水植物為金魚藻； 蘆葦植物群落:以挺水植物蘆葦為優勢種群，配置少量溼生扁杆蔗草，漂浮植物配置睡蓮，沉水植物為篦齒眼子菜； 三稜草植物群落:以挺水植物三稜草為優勢種群，配置少量莎草和蘆葦以及沉水植物馬來眼子菜使其具有野生景觀效果； 鳶尾植物群落:以挺水植物鳶尾為優勢種群，配置少量水蔥和燈芯草，漂浮植物選用風眼蓮，沉水植物為菹草。
9.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(四)(I)的景觀水體水量監測為枯水期每季度對景觀水體水位進行1-2次監測，豐水期每月對水體水位進行1-2次監測。
10.根據權利要求1的一種校園景觀水體生態修復和保持方法，其特徵在於，所述步驟(四)(2)的監測點為人工溼地進水口監測點(9)、人工溼地出水口監測點(10)、A湖監測點(11)和B湖監測點(12)； 所述的採樣點布設在每個監測點水深0.5m處；若水深不足Im時，在I / 2水深處取樣；若水體封凍時，米樣點布設在冰下水深0.5m處； 所述的採樣方法按《水環境監測規範》SL219-98執行； 所述的採樣頻率:理化指標一水文年六次，即枯水期、豐水期、平水期各二次；生物指標一水文年三次，即枯水期、豐水期和平水期各一次；冬季3個月不進行監測；夏季3個月適當增加監測頻次；對於不能達到水質要求的監測項目或者發生汙染事故時應加強監測，直至水質恢復正常； 所述的監測指標:理化指標為水溫、pH、溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷和總氮共8項，其他監測項目如:透明度、陰離子表面活性劑為選擇監測；生物指標為糞大腸菌群、總大腸菌群和葉綠素a ； 所述的監測方法按《地表水環境質量標準》GB3838-2002和《水環境監測規範》SL219—98要求的方法執行； 所述的評價標準採用《城市汙水再生利用景觀環境用水水質》GB / T 18921-2002觀賞性景觀環境用水湖泊類水體 水質標準。
全文摘要
本發明涉及一種校園景觀水體生態修復和保持方法，包括校園景觀水資源供需分析與配置、校園景觀水體循環系統構建、生態處理系統設置、校園景觀水體監測設置四部分。首先，在分析校園景觀水體可供選擇的水資源的基礎上，綜合各方面因素，進行水資源配置研究；其次，結合景觀水體周邊環境和水質保持的指標要求，進行水體循環與人工溼地系統的研究及設計、岸邊植物布置、水體監測；最後，提出景觀水體生態保持的技術方案。本發明解決了既保證校園景觀水體水量又保證水體水質的問題，美化了校園環境，增加了校園景觀水體水環境容量，提高了其水體白淨能力，對類似教育園區的規劃與建設具有一定參考價佰。
文檔編號C02F9/14GK103172178SQ20131011975
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者王曉歐, 彭森, 鄭毅, 沈萍, 趙新華 申請人:天津大學, 天津市泛亞工程機電設備諮詢有限公司