一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统及方法与流程

1.本发明涉及一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统及方法，属于水生态修复技术领域。


背景技术：

2.水体富营养化导致沉水植被衰退，蓝藻水华爆发，水质恶化和水生态系统奔溃，这些问题普遍存在于我国湖泊与河流中。我国为控制富营养化及湖泊生态系统恢复与重建进行了大量的研究与实践，主要的目标是消减水体的营养负荷，降低藻类的生物量，提高水体的清洁度，增加生物多样性与水体功能，恢复与重建健康的水生态系统。
3.在河流中，大型沉水植物对生态系统的动态变化有着重要的影响，是水体处于清水状态的关键因素。沉水植物能够稳定沉积物，为具有净化作用的附着生物提供栖息场所，能够降低悬浮颗粒物，减少沉积物磷释放。所以，在实际的生态修复工程中，沉水植物的种植是核心技术之一。
4.但水生植被重建的过程往往比较困难，初步建立的沉水植被的稳定性较差，容易受到外来因素的干扰。这方面的干扰有很多，例如：透明度较低、频繁的水动力扰动、大量悬浮物、营养盐过高、食草型鱼类的捕食等。
5.对于富营养化的水体，水体表面会浮有大量的藻类，同时水体的浊度也会比较高，严重影响沉水植物对光照的吸收；同时，风浪扰动对于沉水植物的生长发育有着一定的干扰作用。因此，沉水植物存活率不高，对水体修复效果不佳。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统及方法，其具体技术方案如下：一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，包括围隔单元、监测单元以及围隔开关单元；所述围隔单元包括并排平行的两列围隔带，两列围隔带之间预留间距，形成独立围蔽区，围隔带的顶部设置有漂浮于水体表面的浮体，中部两侧均设置有高度不等的多层种植带，底部设置有贴合在河道底泥上的底部配重，所述围隔带设置于河道中，朝向岸边弧形包围一块沉水植物修复区域，称沉水植物修复区域内的围隔带为内围围隔带，另一围隔带为外围围隔带；所述监测单元包括若干个水质浊度传感器，若干个所述水质浊度传感器均匀分布在两列围隔带之间的独立围蔽区，在围隔单元的外侧水体也设置监测单元，用于监测河道水体；所述围隔开关单元有两个，分别设置于外围围隔带的始、末位置与河道岸边的连接处；所述围隔开关单元包括开关、过滤装置以及加药装置，在监测单元检测到浊度高于预设值时，围隔开关单元开启，利用水流流动，使上游水体经过过滤装置，流入独立围蔽区，将
水体置换，或者通过加药装置给独立围蔽区，进行加药处理。
7.进一步的，每层所述种植带均包括固定带与人工水草，人工水草的根部固定在围隔带的固定带上，固定的密度在80~120根/m2，所述人工水草呈的绳状，长度为50~70cm，以绳为中心固定有多条丝条，多条丝条以立体结构向四周辐射，辐射长度5~6cm。
8.进一步的，所述围隔带选用高密度耐水化纤织物，高密度耐水化纤织物开口向上对折；所述底部配重选用铁链，铁链置于高密度耐水化纤织物对折的底部。
9.进一步的，所述内围围隔带朝向沉水植物修复区域一侧、外围围隔带朝向外侧区域一侧均设置有锚定装置，所述锚定装置包括固定在河道底部的多个锚桩，每个锚桩均连接锚绳，横跨两列所述围隔带的顶部设置有多个连杆，连杆的两端分别和与其同侧的对应的锚绳连接。
10.进一步的，所述水质浊度传感器悬挂于连杆下方。
11.进一步的，位于河流上游侧的所述围隔开关单元两侧均设置有与水流方向平行的两道混凝土柱，两道混凝土柱的相对面均开设有上下贯通的上游闸门滑轨，还开设有上游网筛槽和下游网筛槽，所述上游闸门滑轨位于上游网筛槽的上游，所述上游网筛槽靠近上游闸门滑轨的底部，下游网筛槽靠近上游闸门滑轨的顶部；当筛网两端的定位杆分别放置于上游网筛槽和下游网筛槽时，使网筛从水流上游到下游倾斜升高；所述两道混凝土柱之间横跨设置有底部挡板，所述底部挡板的水平两侧分别插入对应的上游闸门滑轨；所述过滤装置包括矩形片状的筛网，筛网与水流方向平行的两端分别设置有定位杆，上游的定位杆的两端置于两道混凝土柱的上游网筛槽中，下游的定位杆的两端置于两道混凝土柱的下游网筛槽中，筛网呈迎向上游倾斜状态；所述过滤装置的上游侧设置有闸门，所述闸门的两侧均插在对应侧的混凝土柱的上游闸门滑轨中，两道混凝土柱的上游闸门滑轨上方还横跨设置有固定框架，所述固定框架顶部设置有两个定滑轮，闸门顶部靠近两侧位置分别连接有牵引绳，牵引绳绕过各自垂直上方的定滑轮，连接到卷扬机；所述闸门顶部高度需高于河道丰水期水位30cm以上，底部高度需低于河道枯水期水位30cm以上；当所述闸门下放到底时，其底部压合在底部挡板上；位于下游侧围隔开关单元两侧也均设置有与水流方向平行的两道混凝土柱，两道混凝土柱之间设置有闸门，两道混凝土柱的相对面均开设有上下贯通的下游闸门滑轨，闸门的两侧均插在对应侧的混凝土柱的下游闸门滑轨中。
12.进一步的，所述内围围隔带的始、末两端分别设置有固定在河岸上的混凝土柱。
13.进一步的，所述加药装置包括储药罐、加药泵、输药管和喷头，所述输药管连通储药罐和喷头，加药泵设置于输药管中，喷头竖直向下，输药管与连杆固定。
14.进一步的，两列所述围隔带之间的间距为2~3m。
15.一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔方法，包括以下步骤：步骤一：沿着河道两岸或一侧岸边顺次搭建多个如上述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，相邻的双层围隔系统之间预留间距；步骤二：每个双层围隔系统的独立围蔽区及其上游水域均设置有监测单元，监测单元连接到河岸上的数据中心，数据中心显示监测单元监测的实时数据，根据实时数据与数据中心的预设阈值比较，当实时数据大于预设阈值，判定为水体浊度不达标，当实时数据小于预设阈值，判定为水体浊度达标；步骤三：若围隔外部河流水体浊度达标，本发明自动打开围隔开关，利用河流自身水流，上游水体经过不锈钢网筛去除浮游植物以及大颗粒悬浮物，对独立围蔽区进行冲刷，将独立围蔽区水体置换至浊度达标，围隔开关自动关闭；若围隔外部水体浊度和围隔内部水体浊度一样不达标，本发明自动打开围隔开关和加药设施，利用过滤后上游水体的动力，将生物蛋白絮凝剂与水体进行混合并将其沿着围隔带方向传送，待独立围蔽区浊度达标，围隔开关和加药装置自动关闭。
16.工作原理如下：本发明通过双层围隔带在污染河道内围隔出一个独立的沉水植物修复区域，在沉水植物修复区域中培养沉水植物。在沉水植物种植早期，本发明可以减少外侧河流对沉水植物修复区域的干扰，提高沉水植物存活率；在沉水植物成熟之后，沉水植物修复区对河流水体即可达到净化水体的作用。
17.正常工作时，围隔开关不会打开，此时，本发明可以降低进入沉水植物修复区域水体的浊度，同时大幅减少水动力对沉水植物的扰动。
18.本发明的有益效果是：1.双层围隔提高拦藻效率传统的围隔采用的单个围隔进行拦藻，在风浪较大的条件下，藻类会有可能随着波浪越过围隔，导致围隔拦藻的效果不好。本发明采用的双层围隔带，围隔带之间间距在2~3m,在大风浪的情况下，即使藻类凭借着风浪越过了第一层围隔带，但其动能会被大大削弱，很难再去越过第二层。本发明采用的双层围隔带可大幅提高围隔拦藻的效果。
19.2.人工水草微生物净化本发明在围隔带表面固定人工水草，一方面，人工水草为微生物提供附着基质形成生物膜，通过生物膜上的微生物种群对水中的有机污染物进行降解，同时人工水草还可对水体进行简单过滤，降低水体浊度，从而可以改善水体；另一方面，人工水草对水质和水量的波动有着较强的适应能力，不受到光照、透明度等因素的影响。
20.3.监测处理一体化本发明采用水体浊度实时监测与围隔开关单元联动，自动化操作方便快捷。
21.4.模块化设计本设计过滤装置采用模块化设计，安装、更换、清洗简单快捷。
22.5.环境友好本发明拥有加药装置，可应暴雨天气、河流整体浊度较高等紧急情况。本发明采用的生物蛋白絮凝剂可降解，无二次污染，对环境友好。
附图说明
23.图1为本发明的侧向结构示意图；图2为本发明的平面结构示意图；图3为本发明的单侧围隔竖向结构示意图；图4为本发明的围隔开关单元平面结构示意图；图5为本发明的围隔开关单元竖向结构示意图；图6为本发明的围隔开关单元侧向结构示意图；图中：1、围隔单元；2、监测单元；3、围隔开关单元；4、混凝土柱；11、浮体；12、围隔带；13、种植带；131、固定带；132、人工水草；14、铁链；15、锚定装置；16、连杆；151、锚绳；152、锚桩；21、水质浊度传感器；22、信号传输装置；23、电线；24、电源；31、开关；311、卷扬机；312、牵引绳；313、闸门；314、滑轨；315、定滑轮；316、固定框架；317、底部挡板；32、过滤装置；321、定位杆；322、筛网；323、卡槽；33、加药装置；331、储药罐；332、加药泵；333、输药管；334、喷头。
具体实施方式
24.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
25.如图1和2所示，可宏观看出本发明的整体结构，其为包围在河道岸边的围隔装置，在实际应用中，可沿着河道单侧河岸或双侧河岸设置多个本发明装置，当双侧河岸均设置时，可两侧河岸的本发明装置错位分布，以减小对河流水流的影响，增加可围挡空间，以及增加河道两侧的扰流。
26.下面具体介绍本发明每个独立的围挡系统的结构：本发明包括围隔单元1、监测单元2以及围隔开关单元3。
27.围隔单元1包括并排平行的两列围隔带，两列围隔带之间预留2~3m的间距，形成独立围蔽区，围隔带设置于河道中，朝向岸边弧形包围一块沉水植物修复区域，称沉水植物修复区域内的围隔带为内围围隔带，另一围隔带为外围围隔带。
28.内围围隔带的始、末两端分别设置有固定在河岸上的混凝土柱。外围围隔带的始、末两端分别设置有两道平行的混凝土柱，两道平行的混凝土柱形成水流通道，水流通道中设置有围隔开关单元3，位于上游的围隔开关单元3包括开关31、过滤装置32以及加药装置33，位于下游的围隔开关单元3包括开关31以及加药装置33。
29.围隔带选用高密度耐水化纤织物，最好设置两层高密度耐水化纤织物，其形态可为开口向上对折形状。
30.围隔带的顶部设置有漂浮于水体表面的多节浮体11，相邻的浮体11首尾顺次相连。
31.围隔带两侧面均设置有高度不等的多层种植带13，每层所述种植带13均包括固定带131与人工水草132，人工水草132的根部固定在围隔带的固定带上，固定的密度在80~120根/m2，所述人工水草132呈直径为10cm的细绳状，长度为50~70cm，以细绳为中心固定有多条丝条，多条丝条以立体结构向四周辐射。
32.围隔带底部设置有贴合在河道底泥上的底部配重，底部配重14选用铁链，铁链置
于高密度耐水化纤织物对折的底部。
33.为了固定两列围隔带，内围围隔带朝向沉水植物修复区域一侧、外围围隔带朝向外侧区域一侧均设置有锚定装置15，所述锚定装置15包括固定在河道底部的多个锚桩152，每个锚桩152均连接锚绳151，横跨两列所述围隔带的顶部设置有多个连杆16，连杆16的两端分别和与其同侧的对应的锚绳151连接。连杆16可选用钢筋，与微带带垂直连接。锚桩152插入地下1m，锚绳151采用不锈钢材质，其极限拉力为2t。
34.监测单元2包括多个悬挂于连杆16下方、固定于水下0.5m水深处的水质浊度传感器21，多个所述水质浊度传感器21均匀分布在两列围隔带之间的独立围蔽区；水质浊度传感器21可对水体浊度进行较高精度的连续测量。水质浊度传感器21连接有信号传输装置22，信号传输装置22将水体浊度信号传输至围隔开关单元3。信号传输装置固定于内围围隔带的浮体11上方，并且做好防水措施；电线23连接水质浊度传感器21、信号传输装置22与电源24。所述电线23固定于内围围隔带的浮体11上方，并在接口处做好防水措施；电源24以太阳能充电方式安装于岸边，通过电线23为水质浊度传感器21、信号传输装置22与围隔开关单元3供电。
35.位于上游侧围隔开关单元3的结构为：两道混凝土柱的相对面均开设有上下贯通的上游闸门滑轨，还开设有上游网筛槽和下游网筛槽，所述上游闸门滑轨位于上游网筛槽的上游，所述上游网筛槽靠近上游闸门滑轨的底部，下游网筛槽靠近上游闸门滑轨的顶部。
36.所述两道混凝土柱之间横跨设置有底部挡板317，所述底部挡板317的水平两侧分别插入对应的上游闸门滑轨。
37.所述过滤装置32包括矩形片状的筛网322，筛网322与水流方向平行的两端分别设置有定位杆321，上游的定位杆321的两端置于两道混凝土柱的上游网筛槽中，下游的定位杆321的两端置于两道混凝土柱的下游网筛槽中，筛网322呈迎向上游倾斜状态。
38.所述过滤装置32的上游侧设置有闸门313，所述闸门313的两侧均插在对应侧的混凝土柱的上游闸门滑轨中。
39.位于下游侧围隔开关单元3的结构为：两道混凝土柱之间设置有闸门313，两道混凝土柱的相对面均开设有上下贯通的下游闸门滑轨，闸门313的两侧均插在对应侧的混凝土柱的下游闸门滑轨中。两道混凝土柱之间横跨设置有底部挡板317，所述底部挡板317的水平两侧分别插入对应的下游闸门滑轨。
40.闸门313下降到底时，闸门313顶部高度需高于河道丰水期水位30cm以上，底部高度需低于河道枯水期水位30cm以上； 当所述闸门313下放到底时，其底部压合在底部挡板317上。
41.闸门313和底部挡板317可选用厚度不小于1cm的不锈钢板。筛网322选用20~30目的不锈钢网筛，不锈钢网筛两侧边缘用橡胶带夹紧。定位杆321选用不锈钢管，利用重力可卡扣于卡槽323中。不锈钢管321与不锈钢网筛322组成模块化单元，可直接进行拆卸，方便更换与清洗。模块化单元与水平面的夹角为30~60度。
42.为了实现闸门313升降：两道混凝土柱的上/下游闸门滑轨上方还横跨设置有固定框架316，所述固定框架316顶部设置有两个定滑轮315，闸门313顶部靠近两侧位置分别连接有牵引绳312，牵引绳312绕过各自垂直上方的定滑轮315，连接到卷扬机。卷扬机受控于监测单元2，牵引绳312通常选用钢丝牵引绳。
43.下面介绍加药装置33的具体结构：加药装置33 包括储药罐331、加药泵332、输药管333和喷头334，所述输药管333连通储药罐331和喷头334，加药泵332设置于输药管333中，喷头竖直向下，输药管333 与连杆16固定。储药罐331中储存配置一定浓度的生物蛋白絮凝剂。加药装置33可在浊度较高的紧急情况下，进行加药处理，所述絮凝剂为生物蛋白絮凝剂。
44.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：包括围隔单元(1)、监测单元(2)以及围隔开关单元(3)；所述围隔单元(1)包括并排平行的两列围隔带，两列围隔带之间预留间距，形成独立围蔽区，围隔带的顶部设置有漂浮于水体表面的浮体(11)，中部两侧均设置有高度不等的多层种植带(13)，底部设置有贴合在河道底泥上的底部配重，所述围隔带设置于河道中，朝向岸边弧形包围一块沉水植物修复区域，称沉水植物修复区域内的围隔带为内围围隔带，另一围隔带为外围围隔带；所述监测单元(2)包括若干个水质浊度传感器（21），若干个所述水质浊度传感器（21）均匀分布在两列围隔带之间的独立围蔽区，在围隔单元(1)的外侧水体也设置监测单元(2)，用于监测河道水体；所述围隔开关单元(3)有两个，分别设置于外围围隔带的始、末位置与河道岸边的连接处；所述围隔开关单元(3)包括开关(31)、过滤装置(32)以及加药装置(33)，在监测单元(2)检测到浊度高于预设值时，围隔开关单元(3)开启，利用水流流动，使上游水体经过过滤装置(32)，流入独立围蔽区，将水体置换，或者通过加药装置(33)给独立围蔽区，进行加药处理。2.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：每层所述种植带(13)均包括固定带(131)与人工水草(132)，人工水草(132)的根部固定在围隔带的固定带上，固定的密度在80~120根/m2，所述人工水草(132)呈的绳状，长度为50~70cm，以绳为中心固定有多条丝条，多条丝条以立体结构向四周辐射，辐射长度5~6cm。3.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：所述围隔带选用高密度耐水化纤织物，高密度耐水化纤织物开口向上对折；所述底部配重(14)选用铁链，铁链置于高密度耐水化纤织物对折的底部。4.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：所述内围围隔带朝向沉水植物修复区域一侧、外围围隔带朝向外侧区域一侧均设置有锚定装置（15），所述锚定装置（15）包括固定在河道底部的多个锚桩(152)，每个锚桩(152)均连接锚绳(151)，横跨两列所述围隔带的顶部设置有多个连杆（16），连杆（16）的两端分别和与其同侧的对应的锚绳(151) 连接。5.根据权利要求4所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：所述水质浊度传感器（21）悬挂于连杆（16）下方。6.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：位于河流上游侧的所述围隔开关单元(3)两侧均设置有与水流方向平行的两道混凝土柱，两道混凝土柱的相对面均开设有上下贯通的上游闸门滑轨，还开设有上游网筛槽和下游网筛槽，所述上游闸门滑轨位于上游网筛槽的上游，所述上游网筛槽靠近上游闸门滑轨的底部，下游网筛槽靠近上游闸门滑轨的顶部；所述两道混凝土柱之间横跨设置有底部挡板（317），所述底部挡板（317）的水平两侧分别插入对应的上游闸门滑轨；所述过滤装置(32)包括矩形片状的筛网（322），筛网（322）与水流方向平行的两端分别
设置有定位杆（321），上游的定位杆（321）的两端置于两道混凝土柱的上游网筛槽中，下游的定位杆（321）的两端置于两道混凝土柱的下游网筛槽中，筛网（322）呈迎向上游倾斜状态；所述过滤装置(32)的上游侧设置有闸门（313），所述闸门（313）的两侧均插在对应侧的混凝土柱的上游闸门滑轨中；闸门下放到底时，所述闸门（313）顶部高度需高于河道丰水期水位30cm以上，底部高度需低于河道枯水期水位30cm以上；当所述闸门（313）下放到底时，其底部压合在底部挡板（317）上；位于下游侧围隔开关单元(3) 两侧也均设置有与水流方向平行的两道混凝土柱，两道混凝土柱之间设置有闸门（313），两道混凝土柱的相对面均开设有上下贯通的下游闸门滑轨，闸门（313）的两侧均插在对应侧的混凝土柱的下游闸门滑轨中；两道混凝土柱的上/下游闸门滑轨上方还横跨设置有固定框架（316），所述固定框架（316）顶部设置有两个定滑轮（315），闸门（313）顶部靠近两侧位置分别连接有牵引绳（312），牵引绳（312）绕过各自垂直上方的定滑轮（315），连接到卷扬机。7.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：所述内围围隔带的始、末两端分别设置有固定在河岸上的混凝土柱。8.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：所述加药装置(33) 包括储药罐(331)、加药泵(332)、输药管(333)和喷头(334)，所述输药管(333)连通储药罐(331)和喷头(334)，加药泵(332)设置于输药管(333)中，喷头竖直向下，输药管(333) 与连杆（16）固定。9.根据权利要求1所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，其特征在于：两列所述围隔带之间的间距为2~3m。10.一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：沿着河道两岸或一侧岸边顺次搭建多个如上述任一权利要求所述的适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统，相邻的双层围隔系统之间预留间距；步骤二：每个双层围隔系统的独立围蔽区及其上游水域均设置有监测单元(2)，监测单元(2)连接到河岸上的数据中心，数据中心显示监测单元(2)监测的实时数据，根据实时数据与数据中心的预设阈值比较，当实时数据大于预设阈值，判定为水体浊度不达标，当实时数据小于预设阈值，判定为水体浊度达标；步骤三：若围隔外部河流水体浊度达标，本发明自动打开围隔开关，利用河流自身水流，上游水体经过不锈钢网筛去除浮游植物以及大颗粒悬浮物，对独立围蔽区进行冲刷，将独立围蔽区水体置换至浊度达标，围隔开关自动关闭；若围隔外部水体浊度和围隔内部水体浊度一样不达标，本发明自动打开围隔开关和加药设施，利用过滤后上游水体的动力，将生物蛋白絮凝剂与水体进行混合并将其沿着围隔带方向传送，待独立围蔽区浊度达标，围隔开关和加药装置自动关闭。
技术总结
本发明涉及一种适用于河流生态修复预处理的双层围隔系统及方法，包括围隔单元、监测单元以及围隔开关单元；围隔单元包括并排平行的两列围隔带，两列围隔带之间为独立围蔽区，围隔带的顶部设置有漂浮于水体表面的浮体，中部两侧均设置有多层种植带，底部设置有底部配重，围隔朝向岸边弧形包围一块沉水植物修复区域，围隔开关单元设置于外围围隔带的始、末位置与河道岸边的连接处；围隔开关单元包括开关、过滤装置以及加药装置。本方法为根据独立围蔽区内和上游水体浊度控制加药或换水。本发明利用人工水草对水体进行净化，同时可利用河道水流对独立围蔽区的水体进行置换，从而达到降低独立围蔽区浊度的作用，避免高浊度水体进入沉水植物修复区域。入沉水植物修复区域。入沉水植物修复区域。


技术研发人员：张文龙 周鹏程 李轶 杨雪梅 余峰
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2021.03.24
技术公布日：2021/6/29