[发明专利]一种面向人类与环境需求的滨海湿地生态护岸技术系统

摘要

一种面向人类与环境需求的滨海湿地生态护岸技术系统的工艺方法，包含生态堤坝、人工湿地系统、净化水塘、数据监测与自动控制系统，其中的主要工艺流程步骤为：A)修筑堤坝；B)对堤坝边坡留有开孔，连接人工湿地，人工湿地内形成自然的湿地生态系统，在上面保持滨海人工湿地生态系统群落结构；C)若存在污染事件，可将污水引入净化水塘，并经过净水池然后排出，预计每隔500米海堤长度加设一个净化水塘；D)若无污染事件的发生，净化水塘上的阀门打开可以联通人工湿地，使得人工湿地生态系统联通自然湿地区域和海洋；E)在人工湿地引入生物，为其提供良好的生长空间，形成完整的交错带生态系统食物网；F)利用自动控制系统实时监测相关环境参数。

主权项

1.一种面向人类与环境需求的滨海湿地生态护岸技术系统的构建方法，包含生态堤坝系统、人工湿地系统、净化水塘系统、数据监测与自动控制系统，其中的主要工艺流程步骤为：A)对风速影响较小同时城市化显著的滨海湿地沿海区域修筑堤坝，纳潮量，边坡坡度，坝高，坝宽，允许越浪量、堤线布置、堤顶高程设计参数，参考《中华人民共和国海堤工程设计规范》(GB/T51015‑2014)，并且具有基本的防潮消波功能，生态堤坝采用阶梯式设计方式，还在边坡种植盐水湿地水生植被以增大边坡粗糙系数，以消减波浪动能为主，防止堤坝构筑物侵蚀；B)对堤坝边坡留有一定的开孔，增加堤坝孔隙率，使得海水缓慢渗透入堤坝内部，在堤坝内部设置有围挡的人工湿地区域，通过水泵调节湿地内部水量，围挡采用可透水滤层，垂向设置，将人工湿地与滨海自然湿地相连接，生态堤坝也设置进出水调节阀门，用以控制进出水量，将人工湿地自然净化的水体排入海洋，人工湿地内种植芦苇，碱蓬滨海湿地特有植被，形成自然的湿地生态系统，通过管道与海洋相连接，起到维持自然湿地生态系统与海洋生态系统的纽带作用，将人工湿地区域作为交错人工湿地生态系统的缓冲地带，在上面保持自然湿地生态系统特有群落结构，但是仍保持和海洋生态系统的连通性和完整性；C)若存在污染事件发生，将污水引入人工湿地净化水塘，此时堤坝上阀门关闭，污水经过净化后流入沉淀池并经过净水池然后得以排入大海，以达到将周边污水进行处理的效果，因此整个系统需要有数据监测与自动控制系统来控制生态防护区域的水质水量变化，需要安装净化设备，并直接通过管渠将周边水体引入净化水塘，利用湿地本身的自净作用除去氮磷污染物质，每隔500米海堤长度加设一个净化水塘，去除20％的污水杂质，并通过数据监测与自动控制系统在线监测；D)若无污染事件的发生，净化水塘上的阀门打开与周边的人工湿地联通，此时堤坝上阀门开启，使得人工湿地生态系统得以恢复，并联通自然湿地和海洋，这样起到生态缓冲的效果；E)在人工湿地中，引入耐盐植物，浮游生物，底栖生物，湿地鱼类生物群落，为其提供良好的生长空间，形成完整的交错带生态系统食物网，对恢复自然湿地生态系统有重要意义；F)在堤坝上设置小型气象站，监测太阳辐射、湿度、风速气象参数，在人工湿地中的阀门附近安装流速仪，在净化水塘中安装多参数水质分析仪，以定期检测DO，浊度，水温，TDS，TP，TN，ORP常规水质指标，在人工湿地中安装相关仪器监测土壤理化指标，叶绿素a，光合效率，二氧化碳含量生态指标，利用数据监测与自动控制系统实时监测相关环境参数；步骤A采用台阶式自然护岸方式，是在自然型护岸的基础上采用混凝土或钢筋混凝土材料加强抗冲能力的一种生态护岸型式，具体采用植被型生态混凝土法：主要由多孔混凝土、保水材料、难溶性肥料和表层土组成，表层土铺设在多孔混凝土表面，形成植被发芽空间，同时提供植被发芽初期的养分，由于海潮的波动，因此需要种植附着能力较强的海藻海洋型植被，在堤坝靠近水面的部分设置带有坑洞的混凝土地面，为虾蟹海洋底栖生物提供生活空间；步骤B中的人工湿地区域，引入自然湿地物种，培育半个月时间，将链接湿地和堤坝的阀门采用可抵御高压强条件下的钢制平开闸门，每隔500m开设一处闸门，并留有孔径500mm的回水管道；湿地平均高程要高出堤坝底坡，通过重力自流的方式将湿地水汇入海洋，泵站设置在湿地内部，通过提升泵将海水引入湿地内部，以调节湿地水量；步骤C中设置净化水塘，将净化水塘分为三个调节池，分别为好氧塘、厌氧塘和曝气塘，以厌氧‑曝气‑好氧的顺序，用以对湿地周边区域产生的污染进行净化处理，其中厌氧塘只能作预处理，常置于氧化塘系统的首端，以承担较高的BOD₅负荷；好氧塘全塘皆为好氧区，为使阳光能达到塘底，好氧塘的深度较浅，设计深度在0.3～0.5m，而高负荷好氧塘的BOD₅设计负荷较高，因而水分停留时间短；曝气塘中安装两台小型曝气机，曝气塘水深3～4m，曝气塘采用水面叶轮曝气或鼓气供氧；曝气塘有机负荷和去除率较高，BOD₅去除率平均在70％以上，TP与TN的去除率也在80％以上；污水通过净化水塘之后通过管道将净水输送至净水池，并将净水储存以便利用于堤坝周边景观，绿化市政设施的用水需求；步骤D中阀门的开关通过数据监测与自动控制系统进行控制，当人工湿地水量较高时，开启堤坝闸门联通人工湿地；当湿地水量较低时，关闭堤坝闸门并通过提升泵将海水注入湿地以调节水量；当没有污染事件时，净化水塘也与人工湿地联通，当潮位较低时；同时人工湿地围挡的水阀通过明渠链接自然湿地，也起到对自然湿地进行生态补水与生物联通的作用；步骤E中对人工湿地区域引入滨海湿地特有的生物，将堤坝外围海洋生态系统所包含的生物与堤坝内侧湿地生态系统生物进行生态联通，以保护自然生态系统的完整性，防止生态阻隔现象的发生；步骤F中安装相关检测仪器，对气象条件、水文要素、生态行为、水质状况四方面进行实时监测，并控制相关要素变化。