集水区水土保持生态修复系统的制作方法

1.本发明涉及生态修复技术领域，尤其是涉及一种集水区水土保持生态修复系统。


背景技术：

2.集水区是指雨水汇合与集中的一个地形单位，任一溪流或沟谷都可以成为集水区，仅存在大小不同之分。集水区按照土地利用类型可分为森林集水区、农地集水区、农林混合集水区和多目标集水区。影响集水区水文现象的因子包括地质、地形、气象(能量、降水、蒸发、蒸散)、土壤、植土、动物及人类等，这些因子间相互作用互相影响。地形的影响以坡度为最大，坡度不同的集水区，水文特性有显的差异。土壤是水的主要储蓄场所，也是植物生长的根本。土壤的质地、结构、孔隙管道的大小，植物根系层间之导水度及保水力对水的储滤作用明显。集水区生态系统中的物质和能量流动主要是依靠水循环进行的。水循环过程主要包括地表不同时期的降水量、植被的截留作用、土壤的下渗作用、地表径流的形成以及水在陆地和海洋之间的循环过程等。
3.近年来，集水区内水土流失状况令人堪忧，严重的水土流失一方面造成宝贵的水资源的白白浪费，另一方面大量泥沙淤积水库，水质受到严重污染。因此必须针集水区水土流失状况，加强以保护水源为目的生态环境工程建设。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种集水区水土保持生态修复系统，该生态修复系统能够拦截集水区的降雨径流，降低径流峰值，削弱径流的冲刷能力，增加土壤入渗，提高土壤含水量，减少水土流失，能够解决上述问题中的至少一种。
6.为了解决上述技术问题，特采用以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种集水区水土保持生态修复系统，包括坡、集水沟、植被、谷坊、过滤设施、分流渠和排水沟；
8.所述坡和集水沟覆盖植被；所述集水沟内砌筑谷坊；所述过滤设施、分流渠和排水沟依次相连；所述过滤设施设置在集水区汇流处。
9.作为进一步技术方案，所述集水区采用工程措施平整土地。
10.作为进一步技术方案，所述植被包括乔木、灌木或草本中的至少一种。
11.作为进一步技术方案，所述坡包括陡坡、斜坡、缓坡和坡脚；
12.所述陡坡的坡度为>15
°
～35
°
；
13.所述斜坡的坡度为>5
°
～15
°
；
14.所述缓坡的坡度为>2
°
～5
°
；
15.所述坡脚的坡度为0～2
°
。
16.作为进一步技术方案，所述陡坡上种植水土保持植物；
17.所述水土保持植物包括胡枝子和/或狗牙根；
18.优选地，所述陡坡上设置营养穴，所述营养穴上种植胡枝子和/或撒播狗牙根；
19.优选地，采用土钻打造营养穴。
20.作为进一步技术方案，所述斜坡和缓坡种植水土保持乔灌草；
21.所述水土保持乔灌草包括香樟、苦楝、乌桕、胡枝子、紫穗槐、马棘、山莓、多花木兰或柠条中的至少一种。
22.优选地，所述斜坡上设置水平沟，所述水平沟上种植所述土保持乔灌草和/或撒播上述水土保持草本植物；
23.所述水土保持草本植物为狗牙根、高羊茅、百慕大、早熟禾、黑麦草、天堂草中的至少一种。
24.作为进一步技术方案，所述坡脚和集水沟种植耐干旱又耐水湿植物；
25.所述耐干旱又耐水湿植物包括胡枝子、紫穗槐、旱柳、柽柳、杞柳、海桐、三叶草，百喜草、假俭草、狗牙根或香根草中的至少一种。
26.作为进一步技术方案，所述谷坊主要由透水混凝土砌块砌筑；
27.优选地，所述透水混凝土砌块由建筑垃圾筛选破碎成再生骨料掺加沸石粉制成；
28.所述谷坊内铺设砾石或碎石。
29.作为进一步技术方案，所述过滤设施布设有基质过滤层；
30.所述基质过滤层由上至下依次布设植被层、种植土层、沸石层、陶粒层和砾石层，或者所述基质过滤层延水流方向依次布设砾石层、陶粒层、沸石层。
31.作为进一步技术方案，还包括蓄水池；
32.优选地，所述分流渠将流经过滤设施的水分流流入蓄水池或排水沟。
33.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
34.本发明提供的集水区水土保持生态修复系统包括坡、集水沟、植被、谷坊、过滤设施、分流渠和排水沟，其中坡和集水沟覆盖植被，能够提高土壤含水量；集水沟内可以采用掺加沸石粉的透水混凝土砌块砌筑谷坊，降低径流速度，且透水混凝土砌块中掺加的沸石粉对径流雨水中的含氮污染物能够起到很好的去除作用；过滤设施、分流渠和排水沟依次相连，过滤设施设置在集水区汇流处，以减少水土流失，净化水质。该集水区水土保持生态修复系统能够拦截集水区的降雨径流，增加土壤入渗，提高土壤含水量，提高水资源的利用率，同时绿化植被覆盖率提高，增加了下垫面糙度，降低径流速度，土壤入渗性能提高，降低径流峰值，削弱径流的冲刷能力，提高水源涵养能力，减少水土流失，经过截滤作用减轻面源污染。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明提供的集水区水土保持生态修复系统示意图；
37.图2为对照区及修复区土壤容重箱图；
38.图3为对照区及修复区土壤导水率箱图；
39.图4为对照区及修复区坡面、沟道各土层土壤容重；
40.图5为对照区及修复区坡面、沟道各土层土壤导水率；
41.图6为不同修复措施各土层土壤容重；
42.图7为不同修复措施各土层土壤导水率。
具体实施方式
43.下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
44.第一方面，本发明提供了一种集水区水土保持生态修复系统，包括坡、集水沟、植被、谷坊、过滤设施、分流渠和排水沟；
45.所述坡和集水沟覆盖植被，能够提高土壤含水量；所述集水沟内砌筑谷坊，降低径流速度；所述过滤设施、分流渠和排水沟依次相连；所述过滤设施设置在集水区汇流处，以减少水土流失。
46.本发明中，集水区中水流的流动方向例如可以为，一场降雨后，雨水会沿着集水沟由坡上向坡下流动，依次流经谷坊、过滤设施和排水沟后流出。其中，集水沟是因地形因素，径流由高处流向低处自然形成的。
47.本发明提供的集水区水土保持生态修复系统能够拦截集水区的降雨径流，增加土壤入渗，提高土壤含水量，提高水资源的利用率，同时绿化植被覆盖率提高，增加了下垫面糙度，降低径流速度，土壤入渗性能提高，降低径流峰值，削弱径流的冲刷能力，提高水源涵养能力，减少水土流失，经过截滤作用减轻面源污染。
48.在一些优选的实施方式中，所述集水区采用工程措施平整土地，经过平整后的土地有利于后续施工改造。
49.在一些优选的实施方式中，植被措施包括乔灌草多层植被和群落多元化优化组合。所述植被包括乔木、灌木或草本中的至少一种，例如可以为乔木、灌木、草本、乔木 灌木、乔木 灌木 草、灌木 草等。
50.在一些优选的实施方式中，所述坡包括陡坡、斜坡、缓坡和坡脚；
51.所述陡坡的坡度为>15
°
～35
°
；
52.所述斜坡的坡度为>5
°
～15
°
；
53.所述缓坡的坡度为>2
°
～5
°
；
54.所述坡脚的坡度为0～2
°
。
55.在一些优选的实施方式中，所述陡坡上种植水土保持植物；
56.所述水土保持植物包括但不限于胡枝子和/或狗牙根，或者本领域技术人员所熟知的其他水土保持植物。
57.优选地，所述陡坡上设置营养穴，所述营养穴上种植胡枝子和/或撒播狗牙根。
58.优选地，采用土钻打造营养穴。用土钻挖营养穴，有利于减小挖穴过程中对土壤表
层的扰动，避免破坏土壤表层。
59.在一些优选的实施方式中，所述斜坡和缓坡种植水土保持乔灌草；
60.所述水土保持乔灌草包括但不限于香樟、苦楝、乌桕、胡枝子、紫穗槐、马棘、山莓、多花木兰或柠条中的至少一种。
61.优选地，所述斜坡上设置水平沟，所述水平沟上种植所述土保持乔灌草和/或撒播所述水土保持草本植物；
62.所述水土保持草本植物为狗牙根、高羊茅、百慕大、早熟禾、黑麦草、天堂草中的至少一种。
63.在一些优选的实施方式中，所述坡脚和集水沟种植耐干旱又耐水湿植物。
64.所述耐干旱又耐水湿植物包括但不限于胡枝子、紫穗槐、旱柳、柽柳、杞柳、海桐、三叶草，百喜草、假俭草、狗牙根或香根草中的至少一种。
65.优选地，所述谷坊主要由建筑垃圾筛选破碎成再生骨料掺加沸石粉制成的透水混凝土砌块砌筑。
66.所述谷坊内铺设砾石或碎石，透水不透沙。
67.在一些优选的实施方式中，所述过滤设施布设有基质过滤层，用于拦截土壤，避免水土流失。
68.所述基质过滤层由上至下依次布设植被层、种植土层、沸石层、陶粒层和砾石层，或者所述基质过滤层延水流方向依次布设砾石层、陶粒层、沸石层。
69.在一些优选的实施方式中，还包括蓄水池，用于收集存储雨水进行再利用。
70.优选地，所述分流渠根据集水区大小采用二分之一、四分之一分流等，将流经过滤设施的水分流流入蓄水池或排水沟。
71.下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
72.实施例1
73.一种集水区水土保持生态修复系统，包括坡和集水沟，植被，谷坊，过滤设施，分流渠，排水沟及蓄水池，如图1所示。
74.本实施例中，集水区采用工程措施平整土地，坡面绿化土质条件相应的植被措施栽树种草，所述植被措施包括乔灌草多层植被和群落多元化优化组合，大于15
°
的坡面用土钻打营养穴种植小灌木胡枝子，撒泼狗牙根，小于等于15
°
的斜坡和缓坡挖水平沟种植灌木 草本，包括胡枝子、紫穗槐、狗牙根等，集水沟内采用掺加沸石粉的透水混凝土砌块筑谷坊，谷坊内铺设砾石碎石透水不透沙。集水沟和坡脚种植有既耐干旱又耐水湿的植物，乔木 灌木 草本模式，香樟、苦楝、乌桕、胡枝子、紫穗槐、海桐、三叶草、百喜草、假俭草、狗牙根、香根草等。
75.本实施例中，过滤设施布设有基质过滤层，由上至下布设植物(三叶草、百喜草、假俭草等既耐干旱又耐水湿的植物)、种植土层、沸石层、陶粒层、砾石层。
76.本实施例中，分流渠根据集水区大小采用四分之一分流，分流径流流入蓄水池，其余流入排水沟。
77.本实施例中，蓄水池收集存储雨水进行再利用。
78.对比例1
79.一种未采用修复措施的集水区。
80.试验例1
81.本实施例的修复集水区(修复区)如图1所示，对本实施例的修复集水区(修复区)与对比例1提供的对照集水区(对照区)分别采集土样，按坡上、坡中、坡下、沟上、沟中、沟下选择典型代表性采样点进行采样，对照集水区6个样点每个样点采集一组样共6个样点；修复集水区坡上、坡中、坡下、沟上、沟中、沟下分别采集3组样，选取18个样点，对照集水区与修复集水区总共24个样点。每个样点分3个层次(0
‑
20cm、20
‑
40cm、40
‑
60cm)用环刀(直径5cm，高5cm)采集原状土样共72个，用于测定土壤饱和导水率(ks)、容重。土壤容重采用烘干法测定，土壤饱和导水率(ks)采用定水头法测定。
82.需要说明的是，在修复区采集坡上、坡中、坡下、沟上、沟中、沟下的18个样点中根据修复集水区植被覆盖情况分3种类型采样：1)乔木稀疏没有郁闭生长灌木处为灌草采样点；2)乔木附近没有灌木的样点为乔草采样点；3)乔木下有灌木分布且布设谷坊的样点为乔灌草 谷坊采样点。选取样点时避开乔木尽量减少树根的影响。
83.定水头法：将采回的土样称重，放于托盘浸泡48小时使水分饱和，浸泡时水位位于环刀高度的1/2处。实验开始前调整好水头，将饱和土样放入测定仪的土室内并开始测定。待水流稳定流出后开始计时，每三分钟测定一次出水量，共测定三次，求平均值，测定完成后对饱和导水率进行计算。
84.试验结果如表1
‑
表7和图2
‑
图7所示。
85.表1对照区及修复区土壤容重、导水率
[0086][0087]
表2对照区及修复区坡面、沟道土壤容重、导水率
[0088][0089][0090]
表3不同修复措施土壤容重、导水率
[0091][0092]
分别将对照区和修复区样本的数据取平均值，结果如表1和图2和图3所示。可以看到，修复集水区的土壤容重(1.28g/cm3)总体上小于对照区(1.36g/cm3)，修复集水区平均饱和导水率ks为2.49mm/min，相比对照区平均饱和导水率ks(1.82mm/min)提高了36.81％(表1，图2，图3)，尤其在修复区沟道(平均ks为2.79mm/min)(表2)和乔灌草 谷坊部位(平均ks为2.96mm/min)的土壤饱和导水率提高最为显著(表3)。修复集水区样地内不同类型样点的ks排序为乔灌草 谷坊(2.96mm/min)>乔草(2.60mm/min)>灌草(2.19mm/min)(表3)，说明乔灌草 谷坊对土壤渗透性具有显著的改善作用。
[0093]
表4对照区及修复区坡面、沟道各土层土壤容重
[0094][0095]
表5对照区及修复区坡面、沟道各土层土壤导水率
[0096][0097]
表6不同修复措施各土层土壤容重
[0098][0099]
表7不同修复措施各土层土壤导水率
[0100][0101]
对比修复前后对照区和修复区各土层容重(表4，图4)，修复区坡面土壤容重与对照区相比变化较小，修复区沟道土壤容重显著减小，随土壤深度的增加容重逐渐增大。对比修复前后对照区和修复区各土层饱和导水率而言(表5，图5)，总体上表层至60cm深度处土壤ks逐渐减小，修复区与对照区相比ks提高，修复区沟道ks提高显著。恢复区各层次ks差异较小，修复区各层次较对照区显著提高，且修复区的沟道各层次的土壤ks高于坡面土壤的ks，可能是由于沟道里枯枝落叶多土壤有机质含量相对较高(表5，图5)。且从不同修复措施看(图6，表6)修复区的土壤容重较对照区减小，主要体现在0
‑
20cm土层，乔灌草 谷坊模式土壤容重降低显著，表明修复措施可以改善土壤的物理特性，表层土壤效果较为显著，同时乔灌草 谷坊模式土壤ks提高也最显著(图7，表7)，主要表现在0
‑
20cm土层，与对照区、灌草和乔草相比分别提高67.74％、30.94％、24.66％，说明乔灌草复合模式结合工程措施对土壤渗透性具有显著的改善作用，修复措施能够拦截集水区的降雨径流，增加土壤入渗，提高土壤含水量，提高水资源的利用率，同时绿化植被覆盖率提高，增加了下垫面糙度，降低径流速度，修复后的土壤入渗性能提高30％以上，降低径流峰值，削弱径流的冲刷能力，提高水源涵养能力，减少水土流失，经过截滤作用减轻面源污染。
[0102]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。