一种以弧形生态导流坝为特征的湖口前置库处理系统

摘要

本发明公开了一种以弧形生态导流坝为特征的湖口前置库处理系统，其包括了弧形生态导流坝、生态拦截区、强化净化区和生态稳定区；入湖进水经弧形生态导流坝导流后，先经过生态拦截区，再进入强化净化区，最后达到生态稳定区；该弧形生态导流坝位于“T”型湖口交汇处，一端与河岸相连、另一端以弧形方式伸向河槽，通过该弧形生态导流坝与前置库系统其他组成有机结合，解决库区进水所需要的动力问题，提高其处理效率，最终达到消减入湖污染物目的。通过该系统处理系统后，可以实现去除37.8%的COD、30%-40%的TN和TP、50%的SS的目标，经处理后的大部分水质指标优于国家地表水环境质量Ⅳ类标准。

说明书

技术领域

本发明涉及一种导流坝，具体涉及一种以弧形生态导流坝为特征的湖口前置 库处理系统，应用于前置库处理系统。

背景技术

随着经济的高速发展，人口的急剧增长以及工业化和城市化进程的加快，氮、 磷营养物质向水体的排放量日益增多，湖泊富营养化程度加剧，当污染水体流入 到大面积水域时，治理富营养化难度将进一步增大，因此，在入湖河口设置污水 处理系统非常必要。

导流坝是河道整治建筑物中常见的一种，是一端与河岸相连、另一端伸向河 槽的建筑物。现有的导流坝主要是改变水流流速和方向，更注重应用于水利方面， 通过导流坝束窄河槽、束水攻沙而满足航深，通过导流坝挑流、导流以保护河岸 免受冲刷。如中国专利号CN102094404A，公开了一种在顺直河道中构建深潭浅 滩的方法发明专利，在河的两岸各设置潜水导流墙，利用丁坝缩小河道过水面积 以增加水流流速，对丁坝下游潜水导流墙之间河段的河床底部不断冲刷自然形成 深潭，潜水导流墙与河岸之间死水区长期积累形成浅滩，深潭为水生动物提供避 难场所，浅滩种植植物，为生物提供栖息地。又如有学者研究圆弧型或直线型导 流坝对河沙导流效果，结果表明圆弧形导流坝导沙效果更为理想。（董先勇等， 导沙潜坝对双出口水道的分沙效果研究，水利学报，2011，42（1）：56-60。）虽 然这些导流坝在河道整治中发挥了一定的作用，但是没有利用导流坝净化水质， 在应用治理湖泊富营养化水体中相对很少。

在以往前置库系统研究中，主要是集中在丘陵地带，利用天然坡降，来实现 泥沙和N、P营养物有效去除，由于需要特殊的地理条件，此技术应用受到了一 定的限制。近年来在我国此技术得到了一定的改进，如在专利公开号 CN1621622A，公开了一种平原网河地区面源污染强化净化前置库系统，有效解 决了地表径流污染物，但只能用于面源污染控制；另外湖口区天然能源驱动的前 置库系统（专利公开号CN102134140A）专利，提出在前置库处理系统中增加天 然能源驱动装置，利用风能和太阳能驱动技术解决库区的进水和强化净化所需要 的动力问题，由于湖口区特殊的地理条件，天然能源驱动装置会存在安装条件苛 刻、导入水量有限、造价相对较高等缺点，因此该技术应用范围受到一定的限制。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对湖口区污染物的处理上一直未有很好的解决办法，直接排放到湖泊中不 仅会加重湖泊富营养化程度，也会增加处理难度，同时现有的导流坝功能单一， 不能对水质起到净化效果，进入前置库区的水体相对困难，天然能源驱动装置存 在安装条件苛刻、导入水量有限、造价相对较高等缺点，本发明提供一种以弧形 生态导流坝为特征的湖口前置库处理系统，来减轻水体富营养化程度，实现了对 上述问题的解决。

2.技术方案

一种以弧形生态导流坝为特征的湖口前置库处理系统，包括弧形生态导流 坝、生态拦截区、强化净化区和生态稳定区；进水经弧形生态导流坝，先经过生 态拦截区，再进入强化净化区，最后达到生态稳定区。该前置库处理系统的面积 应根据污染物负荷进行设计，面积为10000-20000m²。

一种以弧形生态导流坝为特征的湖口前置库处理系统，所述的弧形生态导流坝 结构尺寸一般符合以下要求：（1）坝身结构：梯形横断面，迎水坡（内坝坡）可 取3:1至2:1，背水坡（外坝坡）可取1:1至1:3,（坡度是地表单元陡缓的程度， 通常把坡面的垂直高度和水平距离的比叫做坡度）；（2）坝顶纵坡：坝顶宽可取 1至5m，流速大的地区可取偏大值；坝顶应平整；（3）坝尾结构：坝尾与坝头 的弧度可取30°～40°即弧形生态导流坝的弧度为30°～40°，坝尾不超过支流 河宽中心延长线。导流坝的坝长L由具体整治河段的河宽而定，坝高H与河道 的常水位保持相同高度，通常坝长为10-5000m，坝高为1-10m。

所述弧形生态导流坝的构建土质主要是粘土，在坝体底部种植芦苇、菖蒲等 挺水植物，水限以上部分种植狗牙根和黑麦草，在坝顶种植蔷薇、桃树等灌木。

所述的生态拦截区，面积可在3000-6000m²，种植芦苇、荷花等挺水植物， 形成拦截屏障。

所述的强化净化区，面积可在4000-7000m²，该区主要有生态浮床，在生态 浮床上面种植挺水植物，在生态浮床下悬挂组合填料。

所述的生态稳定区，面积可在3000-7000m²，该区主要种植沉水植物，放置 螺、蚌等。

3、有益效果

本发明通过弧形生态导流坝与湖口区前置库系统有机结合具有以下显著优 点：

（1）由于弧形生态导流坝具有弧度，更有利于把入湖河水导入前置库处理 系统且耐水体冲击，构造弧形生态导流坝的原料是粘土，其比表面积大，颗粒上 带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，具有与其他阳离子交换 的能力，可以去除污水中重金属离子和铵根离子，并对来水有一定的净化效果、 截留泥沙，达到一定的预处理效果。

(2)不同的坝体弧度对水体导流效果不同，在引导水流走向的同时，又延缓 流速，既能保证水力停留时间，增强对污染物的去除效果，从而控制进库水体污 染物负荷；可根据水体污染负荷设置坝体弧度，来控制进库污水负荷。

（3）坝体迎水面能拦截污水中泥沙和悬浮物，去除率能达20%，可以减少 前置库系统处理悬浮物负荷，同时坝体上梯形的植物布置能净化水质，营养盐去 除率可达到5%-10%。

（4）弧形生态导流坝缩小了河道过水截面，增大水流速度，对坝体下游冲 刷而形成深潭，上下游自然形成水的位差可以增强曝气，增加水体溶解氧。

（5）通过弧形生态导流坝和前置库系统的生态拦截区、强化净化区和生态 稳定区联合作用，可实现去除30%左右的COD、30%-40%的TN和TP、50%的 SS的目标，经处理后的大部分水质指标能达到国家地表水环境质量 （GB2002-3838）Ⅳ类标准。

附图说明

图1是“T”型湖口的弧形生态导流坝在湖口区前置库系统的平面结构示意 图；

图2分别是弧形生态导流坝横截面示意图；

图中1是入湖进水，2是弧形生态导流坝，3是水草植物，4是水流，5是生 态拦截区，6是生态浮床，7是强化净化区，8是沉水植物，9是生态稳定区，10 是迎水坡，11是背水坡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

实施例1

在苏南某湖口区构建了一种以弧形生态导流坝为特征的湖口前置库处理系 统。湖口区进入湖泊大量的N、P等营养盐是该湖泊富营养化的主要原因之一。 本发明利用弧形生态导流坝将入湖水导流至前置库系统，设计水力负荷为 0.20m³/m²/d(立方米/平方米/日)，前置库水面面积为12000m²，容积为14000m³， 进水量为4000m³/d，水力停留时间为5d。前置库外围主要为土质构造，各区域 之间相互贯通，形状近似长方形，弧形生态导流坝与前置库分别在“T”型湖口 两侧，如图1所示，以弧形生态导流坝为特征的湖口前置库处理系统，由弧形生 态导流坝2、生态拦截区5、强化净化区7和生态稳定区9构成，入湖进水1经 弧形生态导流坝，先经过生态拦截区5，再进入强化净化区7，最后达到生态稳 定区9。

弧形生态导流坝：该弧形生态导流坝位于“T”型湖口交汇处，一端与河岸 相连、另一端以弧形方式伸向河槽，其弧度为30°，长度为河道宽的1/2，坝高 与该湖泊的常水位保持一致，坝身结构采用梯形横断面，迎水坡3:1，背水坡1:3， 坝顶平整且宽为5m，坝尾不超过支流河宽中心延长线，构建坝体土质主要是粘 土，坝体底部种植芦苇、菖蒲挺水植物，水限以上部分种植狗牙根和黑麦草，在 坝顶种植蔷薇、桃树灌木。

生态拦截区：面积为60m×50m=3000m²，在该区前半部40m×50m种植芦苇， 后半部40m×50m种植荷花等挺水植物，水面覆盖率达到80%。

强化净化区：面积为100m×50m=5000m²，该区域内设生态浮床，浮床植物 为旱伞草和水生美人蕉以1:1比例混种，种植密度为10株/m²，在生态浮床下悬 挂组合填料，浮床水面覆盖率70%，在剩下区域种植芦苇，水面覆盖率20%。

生态稳定区：面积80m×50m=4000m²，该区主要种植沉水植物苦草，种植密 度为4丛/m²；种植伊乐藻和菖蒲密度为4丛/m²；投放鲢、鳙、鲴鱼各2000尾， 环棱螺和三角帆蚌各80kg；经过生态稳定区的水流出系统。

经过本工程净化后，主要常规水质指标均得到改善，污水经弧形生态导流坝 后，TN、TP略有下降，SS却降低明显。具体见下表。

水质指标 TN TP SS COD_Mn来水浓度/mg.L^-14.16±0.56 0.22±0.10 38.56±0.89 6.53±0.76

经导流坝后浓度/mg.L^-13.92±0.47 0.21±0.11 31.47±0.84 6.37±0.68 前置库出水浓度/mg.L^-12.85±0.73 0.13±0.12 18.73±0.89 4.06±0.63 平均去除率/% 31.4% 39.3% 50.1% 37.8%

实施例2

在某湖口建设了一种弧形生态导流坝前置库工程，利用弧形生态导流坝将入 湖水导流至前置库系统，提高原有的前置库系统处理污水效率。设计水力负荷为 0.40m³/m²/d，前置库水面面积为16000m²，容积为20000m³，进水量为7000m³/d， 水力停留时间为4d。

弧形生态导流坝：该弧形生态导流坝位于湖口区，一端与河岸相连、另一端 以弧形方式伸向河槽，其弧度为40°，长度为河道宽的1/2，坝高与该湖泊的常 水位保持一致，坝身结构采用梯形横断面，迎水坡3:1，背水坡1:1.5，坝顶平整 且宽为6m，坝尾不超过支流河宽中心延长线，构建坝体土质主要是粘土，在坝 体底部种植芦苇，护坡种植狗牙根和黑麦草，在坝顶种植菖蒲。

经过弧形生态导流坝工程净化后，主要常规水质指标均得到改善，具体见下 表。

水质指标 TN TP SS COD_Mn来水浓度/mg.L^-13.92±0.46 0.21±0.17 44.36±0.89 7.13±0.56 经导流坝后浓度/mg.L^-13.77±0.47 0.20±0.11 37.27±0.69 6.97±0.68 前置库出水浓度/mg.L^-12.65±0.73 0.13±0.10 21.73±0.89 4.25±0.53 总平均去除率/% 33% 38% 51% 40%

实施例3

其他参数如实施例1，不同在于所述的弧形生态导流坝，其弧度为35°，其 长度为河道宽的1/3左右；导流坝迎水坡的坡度为2.5:1，背水坡的坡度为1:2； 系统面积为10000m²，所述生态拦截区，面积在3000m²；所述强化净化区，面 积在4000m²所述生态稳定区面积在3000m²。

经过弧形生态导流坝工程净化后，主要常规水质指标均得到改善，具体见下 表。

水质指标 TN TP SS COD_Mn

来水浓度/mg.L^-13.83±0.39 0.26±0.13 53.28±0.67 8.21±0.37 经导流坝后浓度/mg.L^-13.51±0.44 0.22±0.14 41.31±0.49 7.37±0.54 前置库出水浓度/mg.L^-12.71±0.63 0.15±0.16 28.72±0.54 4.95±0.55 总平均去除率/% 29% 42% 46% 39%

实施例4

其他参数如实施例1，不同在于所述的弧形生态导流坝，其弧度为38°，其 长度为河道宽的0.4左右；如图2，导流坝迎水坡10的坡度为2:1，背水坡11 的坡度为1:1；系统面积为20000m²，所述生态拦截区面积在6000m²；所述强 化净化区，面积在7000m²所述生态稳定区面积在7000m²。

经过弧形生态导流坝工程净化后，主要常规水质指标均得到改善，具体见下 表。

水质指标 TN TP SS COD_Mn来水浓度/mg.L^-14.31±0.32 0.25±0.18 59.32±0.79 6.63±0.36 经导流坝后浓度/mg.L^-14.12±0.37 0.22±0.11 48.43±0.29 6.07±0.62 前置库出水浓度/mg.L^-12.82±0.58 0.17±0.12 28.73±0.89 3.75±0.55 总平均去除率/% 35% 32% 52% 43%