一種消浪且促進泥沙沉積的湖濱帶生態改良技術的製作方法

2023-06-09 14:33:31

一種消浪且促進泥沙沉積的湖濱帶生態改良技術的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種消浪且促進泥沙沉積的湖濱帶生態改良技術。在綜合已有的湖濱帶生態修復相關技術基礎上，針對湖濱帶特點，改善底質、降低水流流速，擴大大型水生高等植物生長、繁殖的基礎環境條件；採用生態改良的主要構件包括在湖濱帶布設水下攔沙埂和在其頭部區域布設竹排浮床；水下攔沙埂主要攔控湖底流動的推移質泥沙，降低其流速，實現泥沙的較快沉降；竹排浮床，主要起到消浪促淤和保護攔沙埂的作用。本發明設計水下攔沙埂及其竹排浮床的組合可以降低水流流速、促進泥沙沉積，利於水生高等植物紮根生存，創建一個有利於泥沙沉積、藻類捕獲、和使氮磷等營養元素累積淨化的物理環境，從而更好地穩定湖濱帶生態系統，實現水質改善的目標。
【專利說明】一種消浪且促進泥沙沉積的湖濱帶生態改良技術

【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種湖濱帶生態修復技術，尤其是一種消浪且促進泥沙沉積的湖濱帶生態改良技術。

【背景技術】
[0002]湖濱溼地以攔截來自陸地的分散的各種汙染為主要目的，但人為幹擾造成湖濱帶沉積物和水生高等植物均比較少。湖濱帶往往缺乏植物能紮根的鬆軟底質，且風浪造成湖岸侵蝕，鬆軟泥沙難以停留和堆積，高等植物難以紮根；浮遊藻類和風浪引起的底泥再懸浮使水下光能不足，植物不能進行光合作用，無法正常生長和繁殖。因此，必須採取措施，促進底泥淤積，為湖濱帶水生高等植物的恢復創建良好的環境。
[0003]基於湖濱帶的環境背景，湖濱帶修復需要從改變底質，擴大大型水生高等植物生長、繁殖的條件入手，恢復水生植物，從而增加消浪、固沙，減少再懸浮，形成良性循環，逐步提高水體自淨能力。因此，實施湖濱帶生態工程，改變湖流的原有水動力學條件，創造湖流挾帶泥沙的理想沉積環境；利用自然水動力勢能運送泥沙到湖濱帶，強化泥沙在湖灣預定沉積區內的淤積，降低底泥再懸浮，增加浮遊植物的競爭力，抑制藻類的生產力，提高水體中有機質、營養鹽遷移轉化和輸出量，從而提高水體的透明度，為湖濱帶的水生高等植物生長發育提供一個良好的環境，加速健康湖濱帶形成。
[0004]改良後的湖濱帶，將成為湖區水體懸浮顆粒物、有機汙染物的沉積淨化「匯」和藍藻及其殘體等的捕獲區，其湖濱植物帶還能夠有效滯留以及去除這些汙染物，可以有效改善湖濱帶的水質，減輕飲用水源地水質淨化壓力。
[0005]然而，目前為止，未見提出一種具有實際可操作性，且修復效果顯著的技術方案。


【發明內容】

[0006]本發明的目的即在於針對湖濱帶的生態恢復，提供一種促進泥沙沉積的湖泊硬質駁岸帶的生態改良技術。在綜合已有的湖濱帶生態修復相關技術基礎上，針對湖濱帶特點，改善底質、降低水流流速，擴大大型水生高等植物生長、繁殖的基礎環境條件；以切實起到恢復生態的作用。
[0007]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種促進泥沙沉積的湖泊硬質駁岸帶的生態改良技術，具體在鄰近湖濱帶的一側布設多個水下攔沙埂，同時在每個水下攔沙埂的外圍區域遠離湖濱帶的一側布設竹排浮床。
[0008]其中，水下攔沙埂主要攔控湖底流動的推移質泥沙，降低其流速，實現泥沙的較快沉降；竹排浮床則主要起到消浪促淤和保護水下攔沙埂的作用。本發明特異性設計水下攔沙埂及其竹排浮床的組合可以降低水流流速、促進泥沙沉積，利於水生高等植物紮根生存，從而更好地穩定湖濱帶生態系統，實現水質改善的目標。
[0009]本發明所述水下攔沙埂及竹排浮床的數量可依具體情況而定，通常竹排浮床的數量不小於水下攔沙埂，以獲得更理想的處理效果。
[0010]本發明所述的水下攔沙埂為水下潛體，其外圍布設竹排浮床，採用潛體加竹排浮床的組合構建。
[0011]本發明所述的水下攔沙埂沿平行於湖濱帶的方向構建，水下攔沙埂布設在鄰近湖濱帶一側，竹排浮床布設在其外圍區域遠離湖濱帶一側的水面。
[0012]其中，水下攔沙埂的布設位置為距離湖濱帶8-15m，竹排浮床的布設位置為距離水下攔沙埂l-2m。
[0013]本發明竹排浮床長度長於攔沙埂的長度40-60cm (竹排浮床的長度一般為2000-2500m)。任意相對設置的水下攔沙埂和竹排浮床的間距為2_5m，以獲得更好的促進泥沙沉積的效果。每組水下攔沙埂/竹排浮床之間的間距可依具體應用環境而定，通常可選在相當於水下攔沙埂或竹排浮床平均長度的2-3%。
[0014]其中，所述的竹排浮床由多個竹排單體構成，所述竹排單體寬度為2-2.5 m，長度為15-20 m，竹排單體用竹直徑為20-30cm。
[0015]本發明所述的水下攔沙埂剖面結構為梯形，主體部分按1:4-1:3的坡度比進行修建，所述的水下攔沙埂中央區域為挺水植物種植區(一般以蘆葦為主)，其頂部高程為水位減去挺水植物所能承受水深上限。此外，在攔沙埂的底部和側面分別為20 cm厚的塊石層，塊石選用20-25cm直徑的塊石，起加固和防護作用；挺水植物種植區垂直區域與塊石層之間以碎石填充。
[0016]本發明所述挺水植物種植區的表層覆以5 cm厚的碎石(直徑2-5 cm);表層碎石之下是種植土壤，層厚40-50 cm，主要取自當地蘆葦種植區或者其它耕層土壤；土壤下面墊以10-15 cm厚的豆石(直徑5 mm);豆石層之下是15_25cm的碎石層(直徑5 cm)。
[0017]其中，所述的水下攔沙埂的種植土壤裝於竹筐或柳簍中(規格70 X 40 X 45 cm3，壁厚I cm)，且設於挺水植物種植區的中央，挺水植物長向與水下攔沙埂的延伸方向垂直，竹筐或柳簍外圍以土填實。
[0018]本發明在水下攔沙埂底座外圍釘竹樁(或木樁)形成施工區(以更好地界定水下攔沙埂的伸展方向)。竹樁直徑10 Cm，間距2 m，平均高度3 m。底部釘入湖底30 cm，頂部露出水面50-100 cm。
[0019]本發明所述的竹排漂浮於湖面，竹排四角用地錨(鋼筋混凝土澆灌)或鋼筋(釘入湖底硬底約I m深)進行牽引固定。
[0020]其中，每個地錨塊規格為0.8 πΓΟ.8 m0.5 m，每根鋼筋(直徑16 mm)平均長度為1.2 m,牽引繩索直徑為16 mm。
[0021]本發明的優點及效果:在湖濱帶運用融合丁字壩和水下潛體為一體的水下攔沙埂技術，改變湖流的原有水動力學條件，創造湖流挾帶泥沙的理想沉積環境；利用自然水動力勢能運送泥沙到湖濱帶，強化泥沙在湖灣預定沉積區內的淤積，降低底泥再懸浮，抑制藻類的生產力，減緩了湖濱帶的侵蝕，促進底泥淤積，為湖濱帶水生高等植物的恢復創建良好的環境條件；水下攔沙埂技術改善了湖濱帶生境，為高等植物從湖濱帶向水體繁衍，進行生態恢復提供了一條新的途徑；通過在水廠附近構築長有植物的水下攔沙埂工程，創建了一個有利於泥沙沉積、藻類捕獲、和使氮磷等營養元素累積淨化的物理環境，並在岸邊進行消化降解，改善水源地水質。
[0022]下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述。本發明的保護範圍並不以【具體實施方式】為限，而是由權利要求加以限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1水下攔沙埂及竹排浮床設置點位置圖；其中，I為水下攔沙埂，2為竹排浮床； 圖2水下攔沙埂的結構示意圖；
圖3水下攔沙埂剖面結構示意圖；其中，3為塊石層；4為豆石層；5為蘆薈；6為竹筐；7為種植土壤層；8為其他水生植物；
圖4竹排與地錨的排布位置示意圖，其中9為地錨。

【具體實施方式】
[0024]以下實施例僅舉一具體應用實例以說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0025]通過室內模擬實驗和野外調查結果，發現在太湖梅梁灣工程示範區實施以水下攔沙埂為主的生態工程，能夠創建一個有利於泥沙沉積、藻類捕獲、和使氮磷等營養元素累積淨化的物理環境。同時，該工程可以進一步加大已有的蘆葦面積，結合其它水生高等植物種植和湖濱帶陸向部分整治，可以在示範區形成一種健康、穩定和良性持續發展的湖濱帶生態系統。
[0026]1.水下攔沙埂的工程結構
太湖湖濱帶生態系統構建、穩定和保護技術示範工程於太湖梅梁灣湖濱帶進行(圖1)。太湖梅梁灣水源地附近的湖濱帶主要是由巖石、山體組成，陡峭山坡型湖盆，湖濱帶水生高等植物種類比較簡單。湖濱帶內基巖裸露區較多，湖灣灘地狹窄分散，湖濱帶岸邊以衝刷侵蝕為主。因此，實施水下攔沙埂工程，可以攔控湖底流動的推移質泥沙，使之流速降低，從而實現泥沙的較快沉降。因此，湖濱帶修復工程中以水下攔沙埂為主，同時在其外側增設消浪竹排浮床。攔沙埂加竹排浮床的組合，可以起到消浪促淤和保護攔沙埂的作用，並有利於其它水生高等植物紮根生存，從而更好地穩定湖濱帶生態系統。
[0027]2.水下攔沙埂的構築
如圖1所示，湖濱帶生態工程主體-水下攔沙埂主體為長方形，平行於湖濱帶的方向構建，水下攔沙埂I布設在靠近湖濱帶一側(距離湖濱帶為8-15m)，竹排浮床2在其外圍水面，靠向湖心的一側，與水下攔沙埂的距離為2-5m。
[0028]水下攔沙埂的剖面結構為梯形，如圖3。由於人工調控，太湖水位一般不會超過3.5m(以吳淞口高程為基準)，超過此水位即對湖水進行放流。太湖多年平均水位為3.0-3.1 m,隨季節有少許波動。蘆葦生長所能忍受的水深上限為40-60 cm。因此，設計攔沙埂結構的頂部達到高程2.7 m。主體部分按1:3的坡度比進行修建。圖3為高度為I m的剖面結構示意圖。
[0029]在攔沙埂的底部和側面分別為20 cm厚的塊石層3，塊石選用20 cm直徑左右的塊石，起加固和防護作用。攔沙埂中央區域為蘆葦種植區，表層覆以5 cm厚的碎石(直徑2-5cm)，以減少泥土散失。表層碎石之下是蘆葦培養基-種植土壤層7，層厚45 cm，主要取自當地蘆葦種植區或者其它耕層土壤。採取原位土壤連同蘆葦5作為一體，裝於竹筐6 (或柳簍)(規格70X40X45 cm3，壁厚I cm)，然後用持重繩打包下放。竹筐6位於蘆葦種植區的中央，長向與攔沙埂的延伸方向垂直。竹筐外圍以土填實。整個土層(包括竹筐)外面鋪墊土工合成材料，防止土壤被波浪衝刷而散失。在土壤下面墊以10 Cm厚的豆石層4 (直徑5mm)。豆石層4之下是20 cm的碎石層(直徑5 cm)。在蘆葦種植區垂直區域外和塊石層之間仍以碎石填充(水下攔沙埂的坡面上還可種植其他水生植物8)。
[0030]為界定水下攔沙埂的伸展方向以及便於施工，在水下攔沙埂底座外圍釘竹樁(或木樁)形成施工區。竹樁直徑10 cm，間距2 m，平均高度3 m。底部釘入湖底30 cm，頂部露出水面50-100 cm。
[0031]3.水下攔沙埂加竹排浮床的組合
在水下攔沙埂外側架設竹排浮床。所述竹排浮床由多個竹排單體構成，每組竹排單體寬度為2 m，長度為20 m，竹排單體用竹直徑為20-30cm，所構建的竹排浮床長度長於水下攔沙埂40-60cm (竹排浮床的長度為2000-2500m)。架設好的竹排漂浮於湖面，竹排四角用地錨9 (鋼筋混凝土澆灌)或鋼筋(釘入湖底硬底約I m深)進行牽引固定(圖4)。每個地錨9塊規格為0.8 0.8 πΓ0.5 m，每根鋼筋(直徑16 mm)平均長度為1.2 m，牽引繩索直徑為
16mm。
[0032]4.水下攔沙埂工程實施效果
經過三年的工程示範和研究，水下攔沙埂形成的沉積區，較構築攔沙埂前有較明顯的增加，在攔沙埂群間隔區域以及攔沙埂頭部向湖方向7-8 m範圍內，顆粒物沉降明顯，淤泥沉積區面積增加了 50%以上；沉積區內泥沙沉降速率，在攔沙埂可增加為原先的2倍以上，具體數值超過了根據太湖水體顆粒物中值粒徑計算的10 kg/m2.a的水平。水生高等植物的生長範圍季節性地增加約I倍左右，岸邊已有蘆葦帶向湖方向拓展約為0.1 m/a。湖濱帶水生生物種類有所增加，出現了薦草、苔草、螺螄等自然繁衍的生物。岸邊來源的汙染物有80 %以上在示範工程區內被截留淨化。湖濱帶示範區基本無侵蝕現象發生。
[0033]攔沙埂的影響泥沙沉積量增大，隨著泥沙顆粒物及藻類殘體的沉降，其中所攜帶的氮、磷、有體碳等也隨之沉積下來。在攔沙埂群的保護下，岸邊相鄰的已有蘆葦帶沒有侵蝕，相反每年向湖方向拓展約0.1 m。湖濱帶恢復區域在年內可季節性地達到25 m。
[0034]實施例2
本實施例提供了一種促進泥沙沉積的湖泊硬質駁岸帶的生態改良技術，具體如下:在鄰近湖濱帶的一側布設多個水下攔沙埂，同時在每個水下攔沙埂的外圍區域遠離湖濱帶的一側布設竹排浮床。
[0035]其中，水下攔沙埂沿平行於湖濱帶的方向構建，水下攔沙埂的布設位置為距離湖濱帶8-15m，竹排浮床的布設位置為距離水下攔沙埂l-2m。單體攔沙埂的長度為2000m，竹排浮床長度長於攔沙埂40-60cm (竹排浮床長度為2000-2500m)，任意相對設置的水下攔沙埂和竹排浮床的間距為2-5mm。每組水下攔沙埂/竹排浮床之間的間距為攔沙埂/竹排浮床長度的2-3%，以獲得更好的促進泥沙沉積的效果。所述的竹排浮床由多個竹排單體構成，所述竹排單體寬度為2 m,長度為15m,竹排單體用竹直徑為20cm。
[0036]其中，所述水下攔沙埂剖面結構為梯形，主體部分按1:4的坡度比進行修建，所述的水下攔沙埂中央區域為挺水植物種植區(一般以蘆葦為主)，其頂部高程為水位減去挺水植物所能承受水深上限。此外，在攔沙埂的底部和側面分別為20 cm厚的塊石層，塊石選用20-25cm直徑的塊石，起加固和防護作用；挺水植物種植區垂直區域與塊石層之間以碎石填充。
[0037]本實施例中，挺水植物種植區的表層覆以5 cm厚的碎石(直徑2-5 cm);表層碎石之下是種植土壤，層厚40-50 cm，主要取自當地蘆葦種植區或者其它耕層土壤；土壤下面墊以10-15 cm厚的豆石(直徑5 mm);豆石層之下是15_25cm的碎石層(直徑5 cm)。
[0038]其中，所述的水下攔沙埂的種植土壤裝於竹筐或柳簍中(規格70X40X45 cm3,壁厚I cm)，且設於挺水植物種植區的中央，挺水植物長向與水下攔沙埂的延伸方向垂直，竹筐或柳簍外圍以土填實。
[0039]本實施例在水下攔沙埂底座外圍釘竹樁(或木樁)形成施工區(以更好地界定水下攔沙埂的伸展方向)。竹樁直徑10 Cm,間距2 m,平均高度3 m。底部釘入湖底30 cm,頂部露出水面50-100 cm。
[0040]本實施例中，竹排漂浮於湖面，竹排四角用地錨(鋼筋混凝土澆灌)或鋼筋(釘入湖底硬底約I m深)進行牽引固定。其中，每個地錨塊規格為0.8 πΓΟ.8 πΓ0.5 m，每根鋼筋(直徑16 mm)平均長度為1.2 m，牽引繩索直徑為16 mm。
[0041]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種能夠消浪且促進泥沙沉積的湖濱帶生態改良技術，其特徵在於，在鄰近湖濱帶的一側布設多個水下攔沙埂，同時在每個水下攔沙埂的外圍區域遠離湖濱帶的一側布設竹排浮床。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的水下攔沙埂為水下潛體，完全浸沒在水下，竹排浮床布設在其外圍區域遠離湖濱帶一側的水面。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:所述的水下攔沙埂沿平行於湖濱帶的方向構建，距離岸邊8-15m ;竹排浮床布與水下攔沙埂垂直距離為l-2m。
4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於:所述的竹排浮床由多個竹排單體構成，所述竹排單體寬度為2-2.5 m，長度為15-20 m，竹排單體用竹直徑為20-30cm。
5.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於:竹排浮床長度長於攔沙埂的長度40-60cm ;任意相對設置的水下攔沙埂和竹排浮床的間距為2-5m。
6.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於:所述的水下攔沙埂的剖面結構為梯形，主體部分按1:4-1:3的坡度比進行修建；所述水下攔沙埂中央區域為挺水植物種植區，其頂部高程為水位減去挺水植物所能承受的水深上限。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於:所述挺水植物種植區表層覆以5-7cm厚的碎石；碎石之下為層厚40-50 cm的種植土壤；土壤下方墊以10-15 cm厚的豆石；豆石層之下為15-25cm的碎石層。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於:所述的水下攔沙埂的種植土壤裝於竹筐或柳簍中，且設於挺水植物種植區的中央，挺水植物長向與水下攔沙埂的延伸方向垂直，竹筐或柳簍外圍以土填實。
9.根據權利要求7-8任一項所述的方法，其特徵在於:在水下攔沙埂底座外圍釘樁形成施工區，所述樁直徑10 cm，間距2 m，平均高度3 m ;底部釘入湖底30 cm，頂部露出水面50-100 cm。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於:所述的竹排浮床漂浮於湖面，竹排浮床四角用地錨或鋼筋進行牽引固定。
【文檔編號】A01G1/00GK104314041SQ201410511111
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】秦伯強, 董百麗 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所