一种多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统及运行方法与流程

1.本发明涉及一种多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统及运行方法，属于水体生态净化技术领域。


背景技术：

2.人工湿地技术主要利用系统组成中的填料基质、微生物、湿地植物对水体进行净化提升。人工湿地具备投资低、设计应用灵活、运行管理简便和环境生态价值高的特点，已广泛应用于不同区域和领域的水体生态净化。目前，在城市湖泊水体提升保障过程中，人工湿地作为生态强化净化措施提升水体水质的方式也逐步得到应用和重视，利用构建的滨岸人工湿地能够有效保障湖体水质。
3.通过对国内外已有相关的湖泊水体水质人工湿地应用的工程案例发现，现有的人工湿地技术发挥作用单一，不能有效兼顾湖泊水体水动力改善、雨水净化等其他功能。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的是提供一种多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统，应用于具有陆域地形为坡地特点的湖泊滨岸，对湖泊内水体进行循环和净化提升及生态补水，并能汇集和处理雨水，同时丰富湖泊滨岸生态景观及生境异质性，克服传统旁路净化措施功能单一、生态景观适宜性差的难题，进一步提高人工湿地技术的适应能力和应用范围。
5.为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统，其特征在于，包括平衡补水系统、内循环系统、梯级湿地系统、湿地植物系统，还包括运行控制系统；
7.所述梯级湿地系统包括高度逐级降低的多级湿地系统，水体逐级流经梯级湿地系统得到净化提升，每一级湿地系统均包括布水系统、湿地滤床系统和出水系统；
8.所述平衡补水系统的进水端与城镇污水处理厂尾水系统连接，出水端和第一级湿地系统的布水系统连接，利用城镇污水处理厂尾水对湖泊进行生态补水，保证湖泊水位平衡稳定；
9.所述内循环系统将湖泊内水体提升输送到第一级湿地系统的布水系统，保证梯级跌水湿地系统处理水量稳定，同时改善湖泊水体水动力；
10.第一级湿地系统位于岸坡上，第一级湿地系统的布水系统处于整个湿地系统在陆域的最里侧，保证补水系统和内循环系统出水均匀布水，同时汇集周边雨水；最后一级湿地系统的出水系统位于整个湿地系统衔接水域一侧，保证净化后水体稳定汇入湖泊水体；
11.所述湿地植物系统位于梯级湿地系统各级湿地顶部，提高湿地净化能力，同时丰富湖泊滨岸生态景观；
12.所述运行控制系统包括取水泵开关控制器、布水管道控制阀、补水管道控制阀。
13.在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：
14.所述平衡补水系统包括补水干管、补水支管、调流调压阀、流量计。
15.所述内循环系统包括循环水泵、循环输水管组成，循环水泵的取水口处于远离所述出水系统的湖泊区域。
16.第一级湿地系统的布水系统包括布水干管、布水支管、配水渠、布水石笼、天然砾石；除第一级湿地系统之外的湿地系统的布水系统包括配水渠、布水石笼、天然砾石；后一级湿地系统的布水系统配水渠与前一级湿地系统的出水系统衔接，接收其出水。
17.各级湿地系统的湿地滤床系统由级配碎石区和功能填料区构成；其中，级配碎石区的级配方向为在垂直方向上级配，功能填料区设置在级配碎石区的下游侧。
18.所述出水系统由填装砾石的石笼网箱和松木桩组成。
19.它设置一道或多道隔墙将梯级湿地系统分割为若干个并行的区块，所述隔墙从第一级湿地系统的布水系统配水渠开始隔起一直延伸到最后一级湿地系统的湿地滤床系统，每个湿地系统区块的第一级湿地系统的布水系统配属一段配水渠，每段配水渠分别配属布水支管和补水支管。
20.本发明的第二个目的是提供上述多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统的运行方法。为此，本发明采用以下技术方案：
21.包括如下步骤：启动循环水泵开关控制器，湖泊水体经循环输水管道、第一级湿地系统的布水系统进入梯级湿地系统实现净化提升，湿地出水通过最后一级湿地系统的出水系统稳定汇入湖泊水体。
22.进一步地，所述梯级湿地系统不同区块进水通过布水管道控制阀进行控制调整；检修维护工况下，关闭对应湿地系统区块的布水管道控制阀和补水管道控制阀，停止该区块进水，对该湿地系统区块进行检修维护，检修维护工作完成后重新开启对应湿地系统区块的布水管道控制阀，湖泊水体重新进入该湿地系统区块。
23.进一步地，晴天运行工况下，打开布水管道控制阀启动循环水泵，湖泊水体通过布水系统均匀进入梯级湿地系统，实现对湖泊水体的循环和净化；当湖泊水体水位明显下降时，需要打开补水管道控制阀，通过调节补水管道调流调压阀控制补水水量，恢复湖泊常水位后关闭补水管道控制阀；雨天运行工况下，关闭循环水泵暂停对湖泊水体的循环和净化，第一级湿地系统的布水系统配水渠汇集周边雨水，利用梯级湿地系统对汇集的雨水进行净化提升。由此，本发明在晴天运行工况下，湖泊水体通过布水系统均匀进入湿地滤床，实现对湖泊水体的循环和净化，持续稳定保持对湖泊水体水质及水动力的改善；此外，能够对平衡补水系统的污水厂尾水补水进一步进行净化提升。本发明在雨天运行工况下，关闭循环水泵暂停对湖泊水体的循环和净化，布水系统主要汇集周边雨水，利用梯级湿地对周边区域汇集的雨水进行有效净化提升。实现梯级湿地不同功能转换，充分发挥湿地净化功能。
24.综上，本发明提供的多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统及运行方法，能够应用于具有陆域地形为坡地特点的湖泊滨岸，利用现状湖泊滨岸高差地形采用生态性构造方法，能够兼顾湖泊水体净化、水动力改善、雨水净化以及湖泊生态景观提升等综合功能，对湖泊内水体进行循环和净化提升，并能汇集和处理雨水，同时丰富湖泊滨岸生态景观及生境异质性，克服传统旁路净化措施功能单一、生态景观适宜性差的难题，进一步提高人工湿地技术的适应能力和应用范围。并且，本发明湿地系统通过梯级湿地系统，不仅能够有效利用湖岸周边难以被利用的坡地，并且，通过梯级特点更好地使顶部植物系统与周边环境融合，更
好地收集雨水、更均匀地净化处理水。本发明尤为适用于面积较小、湖弯岸坡为坡地、生态系统极易受到破坏而难以恢复的小型湖泊，比如城市公园湖泊、住宅小区中湖泊。
附图说明
25.图1为本发明的多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统组成平面图；
26.图2为本发明的多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统组成断面图；
具体实施方式
27.参照附图。本发明提供的多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统包括平衡补水系统1、内循环系统2、梯级湿地系统4、湿地植物系统6和运行控制系统。
28.所述梯级跌水湿地系统设置在湖湾处，从湖湾的坡地高处一直设置到湖湾的湖面内，可以有效增加汇集雨水的能力及与周围环境融合。在梯级跌水湿地系统设置区域，其表面土地均被置换为黏土300，其厚底可以为300mm。
29.所述梯级湿地系统4包括高度逐级降低的二级湿地系统，第一级湿地系统100在上而第二级湿地系统200在下，需净化的水逐级而下，流经各级湿地系统得到净化、提升水质，每一级湿地系统均包括布水系统、湿地滤床系统和出水系统。每一级湿地系统的处理能力大致相同，并且能够针对不同浓度的水体和特征污染物构建相适宜的微生物群落。
30.所述平衡补水系统1包括补水干管11、补水支管12、调流调压阀13、流量计14以及补水管道控制阀15，补水干管11的进水端与城镇污水处理厂尾水系统连接，补水支管12的出水端和第一级湿地系统的布水系统3a连接，利用城镇污水处理厂尾水对湖泊进行生态补水，保证湖泊水位平衡稳定；
31.所述内循环系统包括循环水泵21、循环输水管22组成。循环水泵11的取水口处于远离最后一级湿地系统的出水系统的湖泊区域。
32.第一级湿地系统100的布水系统包括布水干管31、布水支管32、配水渠36a、布水石笼34、天然砾石35,配水渠36a的底部铺设所述天然砾石35，配水渠36a靠陆域这一侧壁为原状岸坡，另一侧渠壁为所述的布水石笼34，布水支管32以及补水支管12均通入到所述配水渠36a中；第二级湿地系统200的布水系统包括配水渠36b、布水石笼34、天然砾石35；第二级湿地系统200的布水系统配水渠36b与前一级湿地系统的出水系统衔接，接收其出水,除第一级湿地系统之外的其余级湿地系统的配水渠的一侧侧壁为上一级湿地系统的出水石笼，另一侧侧壁为布水石笼，底部铺设所述天然砾石。
33.各级湿地系统的湿地滤床系统由级配碎石区41和功能填料区42构成；其中，级配碎石区41的级配方向为在垂直方向上级配，上部碎石颗粒大，下部碎石颗粒下，功能填料区42设置在级配碎石区41的下游侧。功能填料可采用火山岩、沸石、陶粒等。
34.所述出水系统由填装砾石的出水石笼51和松木桩52组成，由松木桩52对出水石笼进行定位，所述布水石笼34两侧也可由松木桩52进行定位，第一级湿地系统的配水渠36a的原状岸坡渠壁也可由松木桩52进行支护。
35.所述梯级湿地系统4设置一道隔墙33将梯级湿地系统分割为两个并行的区块，所述隔墙43从第一级湿地系统的布水系统配水渠36a开始隔起一直延伸到第二级湿地系统的湿地滤床系统，每个湿地系统区块的第一级湿地系统的布水系统配属一段配水渠36a，每段
配水渠分别配属布水支管32和补水支管12。
36.所述湿地植物系统6主要由种植基质61、挺水植物62由下而上依次构成。所述湿地植物系统6位于湿地滤床系统3顶部，提高湿地系统净化能力，通过湿地系统的体积布置，不仅增加了湿地滤床的水力流动能力，同时使其上的湿地植物能够与陆上植物更好地衔接，丰富湖泊滨岸生态景观。
37.所述运行控制系统包括取水泵开关控制器、布水管道控制阀33、补水管道控制阀15。
38.所述多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统的运行方式如下：
39.按照图1所示构建多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统。基本运行控制步骤，启动循环水泵开关控制器，湖泊水体经循环输水管道、布水干管和布水支管进入梯级湿地系统实现净化提升，湿地出水通过第二级湿地系统的出水系统稳定汇入湖泊水体。梯级湿地系统不同区块进水可通过布水管道控制阀进行控制调整。检修维护工况下，关闭对应湿地滤床区块的布水管道控制阀，停止该区块进水，对湿地滤床系统进行检修维护，工作完成后重新开启对应湿地滤床区块的布水管道控制阀，湖泊水体重新进入湿地滤床系统，恢复对水体的净化功能和湖泊水体循环。晴天运行工况下，打开布水管道控制阀启动循环水泵，湖泊水体通过布水干管和布水支管均匀进入梯级湿地系统，实现对湖泊水体的循环和净化。此外，当湖泊水体水位明显下降时，需要打开补水管道控制阀，通过调节补水管道调流调压阀控制补水水量，恢复湖泊常水位后关闭补水管道控制阀。雨天运行工况下，关闭循环水泵暂停对湖泊水体的循环和净化，布水系统主要汇集周边雨水，利用梯级湿地对周边区域汇集的雨水进行净化提升。
40.实施例1
41.深圳某街道管辖区域内的一个小型湖塘，水域面积约5万公顷，局部岸坡空间受限，坡度和高差较大。该湖泊周边主要为居住区，湖泊周边区域以配套建设基本的休闲游憩设施，方便周边居民休闲活动。湖泊水体主要以雨季周边降雨汇水为主，缺乏持续稳定水源补给相对封闭。旱季水位下降明显，造成一定程度湖岸消落带现象。通过构建多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统，面积约2000平米，将湖泊水体进行内循环净化和水动力改善。同时，利用污水厂尾水应对旱季湖泊水位下降问题，保证水位基本稳定，抑制消落带的形成。雨季湖泊周边区域汇集的雨水也能通过滨岸梯级跌水湿地进行净化，降低湖泊水体污染负荷。实现湖泊水体水质的显著提升，进一步改善周边居民的生活环境。
42.实施例2
43.杭州市某设计公司园区内的一个小型人工湖，水域面积约5000平米。该湖泊周边主要休闲步道，方便公司员工日常休闲活动。湖泊水体主要以园区雨季降雨汇水为主，缺乏持续稳定水源补给相对封闭。旱季水位下降明显，造成一定程度湖岸消落带现象。通过构建多功能湖泊滨岸梯级跌水湿地系统，面积约400平米，将湖泊水体进行内循环净化和水动力改善。雨季园区汇集的雨水也能通过滨岸梯级跌水湿地进行净化，降低湖泊水体污染负荷。实现湖泊水体水质的显著提升，促进湖体水生态健康系统构建，丰富园区生态景观，改善公司员工的工作生活环境。
44.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。