一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法与流程

1.本发明涉及一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法及装置。


背景技术：

2.我国自2016年启动黑臭水体整治工作，经过几年的治理，截止至2020年底，我国黑臭水体消除比例达到了98.2％。近年来，地级及以上城市逐渐从黑臭水体治理转变为水环境持续改善、断面达标。河道水质的持续改善需依靠水体的自净能力，恢复自净能力的前提就是构建水生态系统。
3.我国目前的城市河道大多兼具防洪排涝功能，在城市的建设过程中，自然河流底部被推平，以混凝土覆盖了原始的土质河底，以直立挡墙取代了自然驳岸，使河道成为了三面光的排水沟，这种做法剥夺了水生生物赖以生存和繁衍的空间，汛期河道流速大，水生植物生长固着困难，水生动物无可避难繁衍的场所，水生态系统几近丧失。
4.完善的水生态系统内容丰富，包含分解者、生产者和消费者，三者在物质循环和能量传递中承担着不可或缺的作用，在系统运转过程中，能将水中的氨氮、tp等污染物分解转化，从而起到清除水体污染物的作用。沉水植物是水下重要的生产者，其吸收水体中的氮磷等元素用于自身生长，为多种可降解污染物的微生物提供附着的空间，也为水生动物提供食物来源；水生动物主要包括底栖动物、浮游动物和鱼类，是消费者，底栖动物可过滤悬移质，摄食生物碎屑，浮游动物可摄食藻类，鱼类可摄食沉水植物、浮游动物等，水生动物通过摄食作用降低水体中悬浮质含量，提升水体透明度。沉水植物和水生动物构成水下食物链，在构建水生态系统中，完整的食物链是水生态系统正常运转的前提。
5.目前有关城市硬质河道水质净化方法的专利很多，但大多集中在依靠浮床种植挺水植物，或者采用人工水草的形式净化水体。前者仅依靠挺水植物对水体的净化效果非常有限，且汛期流速较大，浮床很容易被冲散；后者净化水体的原理是依靠人工水草挂膜，但生物膜附着后很容易就变黑显脏，景观性极差。另有一些专利侧重于构建多样的河道生境，例如构建多样驳岸、建造河底导流结构等。营造多样生境对水生态系统的构建有一定效果，但这些方法的应用性有限，因为很多城市河道两侧就是人行道，没有空间或很难改造现有的直立挡墙，河道导流结构也存在阻碍行洪的风险。


技术实现要素：

6.为克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法。
7.为达到上述目的，本发明应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法，所述的方法包括下述步骤：
8.1)搭建微生态装置，所述装置的框架是由竹制材料制作而成的正方体、长方体或圆柱形，所述装置的顶部有一个由渔网围成的喇叭状开口，所述装置的底部是一个种植槽，所述装置的外围由小网孔的渔网布包覆；
9.2)在种植槽内铺设植物种植基质，所述种植基质采用人工湿地中常见的基质填料和底泥，分层铺设，基质上层选择中等粒径的砾石；
10.3)在微生态装置内构建微型生态系统，所述构建微型生态系统包括在基质上种植沉水植物，在装置内放养多类型的水生动物。
11.进一步的，所述的微生态装置的框架是由竹筒、竹片制作而成，所述的竹筒一分为二，若干个1/2竹筒构成了装置垂直于河底的棱，竹筒内凹的结构可为水生动物提供避难繁衍的场所，避免汛期被冲走；所述的竹片宽度5～10cm，固定在相邻的1/2竹筒上，构成了平行于河底的棱。进一步的，所述的微生态装置的框架外围由2层小网孔的渔网包覆，渔网直径不大于3mm。小网孔的渔网可减缓汛期水流速度，保护装置内的沉水植物和水生动物不被水流冲散。
12.进一步的，所述的微生态装置的顶部有一个由小网孔渔网围成的喇叭状开口，所述的喇叭口头部为竹片构成的圆形，直径需不小于20cm，最大直径由微生态装置的长宽尺寸确定。
13.进一步的，所述的喇叭状开口为内陷式，该设计既可为微生态装置内的鱼类提供一个出口，又避免汛期水流对微生态装置内部的冲刷。所述的为微生态装置内的鱼类设计出口的目的在于，防止由生产者沉水植物所吸收的氮磷物质在食物链内传递到最高级消费者鱼类后，因分解者的数量不足而引起氮磷物质的蓄积，该出口是氮磷物质由水体转出的一种途径。
14.进一步的，所述的微生态装置的底部为种植槽，所述的种植槽是由竹篾编织而成，其长度和宽度与微生态装置的尺寸匹配，高度不小于50cm。其作用有二，一是沉水植物定植生长的容器，二是不小于50cm的高度可减轻汛期水流对沉水植物根系部位的冲刷。
15.进一步的，用于固定竹片、竹筒和竹篾的固定扎带可选择麻绳，也可选择细线型的竹片、藤条等植物茎叶组织。
16.进一步的，所述的种植槽内铺设沉水植物种植基质，所述的种植基质由上到下依次为砾石、底泥、沸石和碎石，基质主要用来固定沉水植物，为其根系的生长提供固着条件。所述的砾石、沸石和碎石均是人工湿地中常见的基质填料，它们对水体的中氨氮和tp有很好的去除效果。砾石选择中等粒径(8
‑
64mm)，主要是避免水流对底泥的冲刷，保护沉水植物的根系。
17.进一步的，所述的种植基质厚度由微生态装置的高度决定，基质厚度需不小于35cm，其中底泥厚度不小于20cm，砾石、碎石和沸石垫层厚度均需不小于5cm。
18.进一步的，所述的微生态装置内部放养水生动物，底部种植沉水植物。所述的沉水植物可选择金鱼藻、轮叶黑藻、狐尾藻、菹草等；所述的水生动物包括：螺、蚌等底栖动物，虾、蚤等浮游动物，以及鱼类；所述的鱼类包括：鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类，草鱼、鳊鱼等草食性鱼类，鲤鱼、鲫鱼等杂食性鱼类，黑鱼、鲶鱼等肉食性鱼类。
19.进一步的，根据生态系统中各营养级能量流动规律，所述的微生态装置内部沉水植物和水生动物的配置需满足食物链各营养级的生物量呈现急剧的、阶梯般的递减，初始的放养比例可参照以下比例，即沉水植物：鱼类＝2～3:1，底栖：浮游：滤食鱼：草食鱼：杂食鱼：肉食鱼＝15:15:2:2:1:1。
20.进一步的，所述的微生态装置尺寸可根据河道现场实际进行设计，为达到较好的
水体净化效果和景观效果，其高度h需满足以下要求：1.5m≤h≤河道旱季水深的1.5倍，本发明附图尺寸为长*宽*高＝2m*2m*2m。
21.为达到上述目的，本发明一种应用于城市硬质河道的微生态装置，所述装置包括由竹制材料制作而成的正方体、长方体或圆柱形框架；所述框架的顶部设置有一个由渔网围成的喇叭状开口，所述框架的外围由小网孔的渔网布包覆；
22.所述框架的底部设置有种植槽，在种植槽内铺设植物种植基质；
23.在基质上种植沉水植物，在装置内放养多类型的水生动物。
24.本发明提出一种适用于该类河道的微生态系统构建方法及装置，可为沉水植物定植生长、水生动物繁衍避难提供场所，最终目的是构建河道水生态系统，提升水体自净能力。
附图说明
25.图1是本发明一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法及装置的框架图；
26.图2是本发明一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法及装置的外围渔网图；
27.图3是本发明一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法及装置的侧视图；
28.图4是本发明一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法及装置的俯视图；
29.图5是本发明一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法及装置的沉水植物种植基质。其中：1—框架竹筒，2—框架竹片，3—沉水植物种植槽，4—喇叭状开口，5—沉水植物，6—水生动物，7—沉水植物种植基质，8—外围渔网，9
‑
砾石，10
‑
底泥或土壤，11
‑
沸石，12
‑
碎石。
具体实施方式
30.下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
31.如图1
‑
4所示，本发明提供一种应用于城市硬质河道的微生态系统构建方法，图1是微生态装置的框架，由框架竹筒1、框架竹片2和沉水植物种植槽3组成，长*宽*高＝2m*2m*2m，其中，框架竹筒1是一个1/2竹筒，构成了装置垂直于河底的棱；框架竹片2宽度7.5cm，固定在相邻的框架竹筒1上，构成了平行于河底的棱。
32.如图2所示，微生态装置的框架由外围渔网8包覆，外围渔网8是由2层网孔直径3mm的渔网组成，小网孔的渔网可减缓汛期水流速度；微生态装置的顶部有一个由小网孔渔网围成的喇叭状开口4，喇叭口头部为竹片构成的圆形，直径50cm，喇叭状开口4为内陷式，该设计既可为微生态装置内的鱼类提供一个出口，又避免汛期水流对微生态装置内部的冲刷。
33.图3是微生态装置的侧视图，沉水植物种植槽3是由竹篾编织而成，长*宽*高＝2m*2m*0.6m，其作用有二，一是沉水植物定植生长的容器，二是60cm的高度可减轻汛期水流对沉水植物根系部位的冲刷；沉水植物种植槽3内铺设沉水植物种植基质7，总厚度为35cm，基质由上到下依次为砾石9、底泥10、沸石11和碎石12，其中，砾石9选择中等粒径(8
‑
64mm)。
34.沉水植物种植基质7各层铺设厚度如图5所示，砾石厚度为5cm，底泥厚度为20cm，碎石和沸石垫层厚度均为5cm。
35.如图3所示，微生态装置内部放养水生动物6，底部种植沉水植物5。沉水植物5可选择金鱼藻、轮叶黑藻、狐尾藻、菹草等；水生动物6包括：螺、蚌等底栖动物，虾、蚤等浮游动物，以及鱼类，其中，鱼类包括：鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类，草鱼、鳊鱼等草食性鱼类，鲤鱼、鲫鱼等杂食性鱼类，黑鱼、鲶鱼等肉食性鱼类。
36.图4是微生态装置的俯视图，框架竹筒1内凹的结构，竹筒内凹的结构可为水生动物6提供避难繁衍的场所，避免汛期被冲走；喇叭状开口4为内陷式设计，既可为鱼类提供一个出口，又避免汛期水流对微生态装置内部的冲刷，设计鱼类出口的目的在于，防止由生产者沉水植物所吸收的氮磷物质在食物链内传递到最高级消费者鱼类后，因分解者的数量不足而引起氮磷物质的蓄积，该出口是氮磷物质由水体转出的一种途径；装置底部满布沉水植物5，沉水植物既是微生态系统的生产者，又可为水生动物提供栖息、繁衍的场所。由沉水植物为基础构建而成的生态系统能起到较好的水质净化效果，进而提升水体的自净能力。
37.以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。