一种基于系统耦合模式修复河流水质的方法

摘要

本发明属于环保技术领域，具体是涉及一种基于系统耦合模式修复河流水质的方法。本发明实现了河岸植被带系统、多功能塘系统、河道滩地微地形改造系统的有机耦合，形成形成耦合配套系统，较之单个的子系统具有更为复杂的内部组织和更为合理的结构，具有强化系统整体功能，放大系统整体效益的作用；有效地改善了河流水质、河流生态系统结构、生物栖息环境质量及其生态环境整体现状，增强了河流生态系统物理、化学及生物的完整性，是一种“近自然、多功能、高效益、可持续”的河流修复模式。充分利用水资源增加经济收益可以有效地缓解广大农村地区环境保护与经济发展之间的矛盾。

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体是涉及一种基于系统耦合模式修复河流水质的方法。

背景技术

污染是导致河流生态系统受损的重要原因之一。目前，在我国随着对点源污染控制的重视及治理能力的提高，面源污染已成为影响水环境质量的重要因素。尤其是在广大农村地区，人们为了生存需要，大肆开垦河流两岸滩地从事农业生产活动；为增加经济收入逐渐提高农业生产的投入，未被利用的杀虫剂、除草剂以及氮磷营养物质随地表径流进入河道污染水质。为被利用的其生产过程中基本被开垦成农田。因此，面源污染的控制是河流水质恢复的首要条件。现阶段采用的人工湿地、前置库、生态沟渠、缓冲带及农业生态工程等方法，虽在一定程度上控制了农业面源污染物的输出量，降低了对河流水质的影响，但由于其未能充分考虑经济收益问题，致使其控污效果难以维持，对面源污染的控制一直未形成有效的技术方案。

针对河流水体污染的生态修复，目前多注重河流生态系统结构调整，侧重微生境的营建，如通过丁坝等措施构建深潭、浅滩，为水生生物提供栖息空间；通过建跌水设施提高水体流速、增加曝氧能力；或拆除硬质护岸，提高河流与河岸带间的水力连通性等，这些措施都在不同程度上提高了河流水体的自净能力，同时改善了河流生态系统的结构，一定程度上恢复了河流生态系统的健康。但是河流生态系统有其特殊性，它是连接陆地各生态系统的纽带，通过水分的运动将流域内不同的生态系统连接起来，形成一个复杂、开放、动态的系统。当前，很多恢复性研究往往忽略了这一特点，没有考虑各系统间的联合作用，这在一定程度上限制了河流自净能力的发挥。 

 发明内容

本发明针对以上河流水质修复技术方面的不足，依据河流生态系统的特殊性，提出一种基于系统耦合模式修复河流水质的方法。具体是将河岸植被缓冲带系统、多功能塘系统和河道滩地上的微地形改造系统有机耦合在一起，通过系统间水力联系实现对两岸面源污染的截留与上游河道污染物的净化，改善河流生态系统结构，强化其水质净化的功能，并增加系统的经济收益。 

本发明采用的技术方案：

河岸植被带系统是陆地系统与水生系统之间的交错地带，该子系统设计功能主要为过滤、截留两岸农田面源污染物、同时维持河岸稳定、防止河岸侵蚀而导致水土流失；多功能塘系统是以生物操纵为工作原理，能够实现河道水质净化、鱼产品生产、蔬菜与水果产出等诸多功能的子系统。微地形调整系统是利用自然河道内形成的大面积滩地，通过微地形调整技术，将河道滩地内自然形成的水泡、沼塘等连接起来，构筑相互具有水力联系的浅滩、深潭等湿地生境，在增加河道水体滞留时间，提高河流自净能力的同时，可为鱼类等水生生物提供多样的生境。将此三个系统耦合在一起，形成耦合配套系统。可实现对面源污染的截留与上游河道污染物的净化，改善生物栖息地环境质量，强化水质净化功能及河流生态系统完整性的同时，促进并增加耦合系统的经济效益。具体实施方案如下： 

1 选择河流两岸条带状区域作为河岸植被带区域，在区域内从靠近河流处开始向两侧依次按照水生或湿生植物、灌木、乔木、经济型灌木的顺序进行单纯或混合种植。具体为水生或湿生植物，如由芦苇、香蒲、菖蒲、菰、薹草、雨久花、水莎草、泽泻中的一种或几种的组合，灌木主要是柳灌丛，如蒿柳、细柱柳、卷边柳、杞柳的组合，由此构成的水生或湿生植物和灌木带的宽度在左岸平均为16 m，右岸为10 m；由紫穗槐、小叶杨按1:2比例混合种植的乔木带，左岸平均宽度为5 m，右岸平均宽度为7 m；由李子、杏树、樱桃、山楂树按1:1:1:1比例组合构成的经济型灌木带，右岸平均宽度为20 m，左岸呈块状配置。

2多功能塘系统主要由进、出水系统及塘中生物操纵工程构成。进、出水系统控制引入的河水在塘内水力停留时间约为20 d。进水系统将河水引入塘中，修建宽0.7 m，深0.3-0.7 m的进水渠，渠底呈阶梯状，以形成跌水来增加入塘水体的含氧量。出水系统将塘中利用后的水排入河道，为强化净化塘排水的水质，在出水系统内设置50m²的芦苇人工湿地、高为20 cm的溢流堰及10 m²的香蒲植物栅。利用引入塘中的河水按2:2:3:2的比例放养是鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼，并采用面积为500 m²，27-45株/m²空心菜及黄花鸢尾的植物浮床及太阳能动水机2台，在增加水中含氧量、控制水质恶化的同时，为鱼类等水生生物提供栖息场所，并提高系统整体的经济收益，增强系统景观的可观瞻性。

3微地形调整系统主要由砾石堆溢流堰和与河道主流水力连通的滩地泡沼构成。将地表水力联系隔离的滩地泡沼用沟渠进行连通形成蜿蜒河道，增大水润面积，延长河水滞留时间，强化对水体污染物的净化。连通用沟渠的修建依具体地形地貌进行实施。砾石堆溢流堰主要是由粒径在200-400 mm的砾石堆砌而成的构造物。

 

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1 本发明实现了河岸植被带系统、多功能塘系统、河道滩地微地形改造系统的有机耦合，因而形成的耦合系统较之单个的子系统具有更为复杂的内部组织和更为合理的结构，具有强化系统整体功能，放大系统整体效益的作用； 

2 系统耦合模式有效地改善了河流水质、河流生态系统结构、生物栖息环境质量及其生态环境整体现状，增强了河流生态系统物理、化学及生物的完整性，是一种“近自然、多功能、高效益、可持续”的河流修复示范模式；

3系统耦合模式实现了在充分利用水资源增加经济收益的同时，还可削减河流污染负荷，从而有效地缓解了广大农村地区环境保护与经济发展之间的矛盾。 

附图说明

附图为基于系统耦合模式修复河流水质的方法的示意图

图中：1.塘，2.太阳能动水机，3.植物浮床，4.人工湿地，5.出水系统，6.农田，7.溢流堰，8.泡沼，9.砾石堆溢流堰，10.微地形改造系统，11.湿生植物，12.河道，13.水生植物与灌木，14.乔木，15.经济型灌木，16.泵，17. 进水系统，18.植物栅，19.集水槽，20. 进水渠，21.垂钓平台 

 具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案进一步描述：

河岸植被带系统从靠近河流水体处向两侧依次配置水生或湿生植物与灌木13，乔木14和经济型灌木15。其中左岸水生或湿生植物与灌木13所用植物为芦苇、香蒲、菖蒲、菰、薹草、雨久花、水莎草、泽泻、蒿柳、细柱柳、卷边柳、杞柳中几种的组合，其带宽从上游到下游逐渐减小，平均宽度16 m，右岸则是中间宽，两头窄，平均宽度为10 m；乔木14按1:2比例、株行距3 m×3 m 种植紫穗槐和小叶杨，左岸各种植一行，右岸种植两行紫穗槐一行小叶杨，且紫穗槐靠近河流侧种植；经济型灌木15按1:1:1:1比例、株行距3 m×3 m种植李子、杏树、樱桃和山楂树，右岸宽度为20 m，在左岸除了乔木14及其内侧、出水系统5、农田6、集水槽19及进水渠20外进行栽植。同时在乔木14、经济型灌木15的地表辅以草本植物，如早熟禾、黑麦草、紫羊茅。由此构成的河岸植被带系统在有效过滤、截留农田6面源污染物的输出量，改善河道12水质的同时，提高了生物多样性及农民的经济收益。

多功能塘系统主要由进水系统17、出水系统5及塘1所构成。利用进水系统17中的泵16、集水槽19和进水渠20将河道12中的部分水体引入塘1中，在塘1中放养比例为2:2:3:2的鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼，安放面积为500 m²，种植27-45株/m²空心菜及黄花鸢尾的植物浮床3及太能动水机2，设置垂钓平台21，经塘1利用后的出水经由出水系统5中的人工湿地4、植物栅18及溢流堰7强化净化后排入河道12中。为提高对水资源的利用效率，将进水渠20修建成宽0.7 m，深0.3-0.7 m，底部呈阶梯状的渠道，以形成跌水来增加入塘水体的含氧量；在出水系统5内设置50m²的芦苇人工湿地4、高为20 cm的溢流堰7及10 m²的香蒲植物栅18。多功能塘系统成功的实现了在充分合理利用水资源的同时，可有效控制被利用水体水质的恶化现象，提高系统整体的经济收益及其景观可观瞻性。

微地形调整系统10主要由砾石堆溢流堰9和与河道主流水力连通的滩地泡沼8构成。利用200-400 mm的大粒径砾石堆砌而成的溢流堰9将河道12上游来水引入由渠道相连泡沼8构造的微地形改造系统10中，增加系统水力停留时间，创造多样化的生境，提高净化效能。同时，通过河道12与微地形改造系统10间的上水生植物11和河岸带植被带系统中的水生或湿生植物与灌木13的吸收、吸附及其根际效应，可强化净化效能。

上述系统相互作用耦合在一起形成一个耦合系统，此耦合系统的形成有助于提高对两岸面源污染截留和对上游河道污染物的净化效能，改善整体环境质量，增加生境多样性的同时，提高农民的经济收入水平，有效地缓解了经济社会发展与环境保护间的矛盾问题，并提供了一种资源可持续利用的发展模式。