城镇河道生态护坡材料筛选及其生态健康评价研究

摘要

随着我国城市化进程的加快和社会经济的发展,人们对城镇河道工程改造的步伐也逐渐加快,如截弯取直、对河床和河岸材料的硬质化等工程。这种传统的护坡形式虽然达到了城市排洪和护坡结构稳定性的要求,却破坏了河流生境的多样性,造成城镇河流水质和生态系统的进一步恶化。因此,传统的护坡形式正逐渐被一种新型的、与自然环境景观相适应的生态护坡形式取代,生态护坡成为城镇河道治理发展的必然趋势。 本研究依托河流主题海河流域水污染治理技术研究与集成示范项目,徒骇河、马颊河流域水污染防治与水质改善技术集成与综合示范(2012ZX07209-004)子课题8河流生态修复与自净能力强化技术与示范,在综合分析国内外河道生态护坡的应用研究的基础上,对晏黄沟河道进行实地调查与分析,筛选出生态护坡最佳材料组合,并采用层次分析法优化护坡方案,为课题的研究和工程的实施提供参考和技术支撑。研究内容主要包括: (1)护坡基质材料的筛选。选取页岩陶粒、沸石、石英砂和火山岩四种基质材料,进行吸附解吸实验,并运用Freundlich和Langmuir吸附等温曲线模型分析和描述吸附过程,对比分析不同基质材料吸附氨氮和正磷酸盐的能力,筛选出最佳的护坡材料。实验结果表明,Freundlich吸附等温方程和Langmuir吸附等温方程都能较好的拟合实验所得的吸附数据。不同的基质材料对氨氮和正磷酸盐的吸附解吸能力是不同的,其中沸石对氨氮和正磷酸盐的吸附能力最强,其次是页岩陶粒,火山岩和石英砂相对较差;火山岩对氨氮和正磷酸盐的解吸能力最强。因此进行护坡设计时,可考虑在铺设土壤、砾石和砂子的同时,掺杂一定比例的沸石和页岩陶粒进行配置优化,提高河流水体的自净能力。 (2)护坡植被的筛选。本文结合国内外关于水生植物的资料文献,从植物的特性、应用价值、对污染物去除能力等方面,对芦苇、香蒲、美人蕉、黄花鸢尾、荷花、水葱和凤眼莲进行了综合对比分析,筛选出芦苇、香蒲、美人蕉、黄花鸢尾、荷花五种代表性强的水生植物进行水质净化实验,研究结果表明芦苇对TN的去除率高达77.4%,黄花鸢尾对TP的去除率高达78.2%。由于芦苇、香蒲、黄花鸢尾具有较强的耐寒性,且能很好的对污染物进行吸附、富集、降解,可在适宜的种植条件下,与当地植被进行合理搭配,改善河流水质。美人蕉和荷花的耐寒性相对较差,在北方寒冷的冬季可能无法露天过冬,但由于两者具有高景观性,可进行适当的种植,增加河道的景观欣赏价值。 (3)生态护坡健康评价体系的建立。综合我国学者对河道护坡生态健康评价的研究经验,全面分析影响护坡健康的因素,运用层次分析法基本原理,从4个大指标(经济性、生态性、景观性和安全性)和12个小指标(建造成本、维护成本、使用年限、植被覆盖率、生物多样性、土壤透水性、亲水性、与周围环境的协调性、美感程度、结构稳定性、抗冲刷能力和对防洪排涝影响力)建立评价体系,并对护坡方案进行综合性评价,同时设计专家调查问卷,邀请相关领域的专家对各个指标进行综合打分。 (4)指标权重及最优方案的确定。将收回的专家调查问卷进行综合统计,运用相关数学方法计算出建造成本、维护成本、使用年限、植被覆盖率、生物多样性、土壤透水性、亲水性、与周围环境的协调性、美感程度、结构稳定性、抗冲刷能力和对防洪排涝影响力12个指标的权重依次为0.020,0.055,0.086,0.093,0.255,0.040,0.042,0.007,0.020,0.242,0.089,0.051。针对晏黄沟河道的自身特点,本文选取自然型护坡、土工网复合型生态护坡和植被混凝土生态护坡进行优化分析,将专家对每套方案中各项指标的打分分值乘以各指标的权重,最终得出三套护坡方案的综合评分为:自然型护坡3.613分,土工网复合型生态护坡3.452分,植被混凝土生态护坡3.896分。数据表明,植被混凝土生态护坡为最优方案,可为晏黄沟生态修复实际工程提供参考。

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第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 研究背景与意义

1.3 国内外生态护坡技术研究现状及发展趋势

1.4 我国城镇河道生态护坡构建技术

第二章 研究内容及方法

2.1 研究内容

2.2 研究方法及技术路线

第三章 城镇河道生态护坡材料筛选

3.1 护坡基质材料净化效果对比分析实验

3.2 关于水生植物净化能力的研究对比分析

第四章 城镇河道生态护坡健康评价研究

4.1 我国河道生态护坡健康评价的研究现状

4.2 层次分析法分析体系确定

第五章 基于层次分析法的晏黄沟生态护坡方案评价

5.1 晏黄沟污染现状调查分析

5.2 基于晏黄沟自身特点的可行性护坡方案

5.3 层次分析法优化最佳护坡方案

5.4 层次分析法优化护坡方案的局限性

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

附录

攻读硕士期间参与的课题

致谢