一种用于生态修复的生态缓冲带及其构建方法

技术领域

本发明涉及缓冲带技术领域，具体是涉及一种用于生态修复的生态缓冲带及其构建方法。

背景技术

农业面源是水体的主要污染源之一，河湖50％以上的磷氮污染负荷来自农业非点源污染负荷。因此，控制农业面源污染是防治水体富营养化的关键因素之一。滨岸缓冲带能够有效地去除水中的N、P、有机污染物以及重金属等，是截留农业面源污染物、改善河道水质和生态环境的有效手段，同时兼具景观美化、物种多样性保护、水土保持等生态服务功能。在公告号为CN201810609816.2的一种具有复合功效的滨岸生态缓冲带结构专利文件中，其沿农田径流方向依次设置的草本渗透区、灌草净化区、乔草净化区、芦草净化区，在一定程度上实现水质净化、景观美化、生物多样性保护、水土保持等具有复合高效功能；公告号为CN201610200331.9的一种河岸带减污方法中，该方法通过多年生植被带与渗滤强化带相结合，建立渗滤强化带以及多年生草本植物的截污缓冲带，净化水质。

但在实际运行中，尤其是以夏秋多雨之际，贯穿缓冲带的地表径流水流较急，在缓冲带中停留时间较短，依靠绿化植被自然渗透并不实现对地表径流的缓冲吸收作用，仍然导致大量地表径流未经缓冲带充分净化而进入河道，并负载着大量污染物；因此大大消减了缓冲带应当实现的作用；另一个方面是，现有的生态缓冲带没有将地表植物与地下微生物组成的复合修复系统合理设计，导致生态修复功能受到限制；因此，建造具有高效截留、雨洪调蓄、地下地上生物综合修复相结合的生态缓冲带，充分提升滨岸生态缓冲带的生态服务功能仍是目前亟待解决的一大难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种具有高效截留、雨洪调蓄、地下地上生物综合修复相结合的生态缓冲带，有效提升生态缓冲带生态修复的综合性能。

本发明的技术方案是：一种用于生态修复的生态缓冲带，包括设置在河流沿岸10～20m内且沿河流流动方向布置的第一缓冲带，设置在所述第一缓冲带外围与农田连接的第二缓冲带，夹设在所述第二缓冲带、第一缓冲带之间的第三修复带；

所述第一缓冲带包括坡面为30°、水平长度为5～10m的第一坡地，设置在所述第一坡地上方且坡面为45°、水平长度为3～8m的第二坡地，以及水平设置在所述第一坡地、第二坡地连接处的滞留带；

所述第三修复带包括与所述第二缓冲带连通的拦截滞留区，设置在所述拦截滞留区、第二坡地之间的第一修复模块、第二修复模块；

所述第一修复模块、第二修复模块是面积相同的矩形修复块并且交替分布设置；所述第一修复模块、第二修复模块交替连接处垂直插入阻渗层；

所述第一修复块的矩形修复块是表层设有乔木、灌木的植被修复块；

所述第二修复块的矩形修复块为微生物修复块；所述微生物修复块包括设置在地表的拦截渗滤层，铺设在所述拦截渗滤层下层的微生物负载填料，设置在所述微生物负载填料下层的导排层，以及连接相邻导排层的导排管；

所述第二缓冲带包括与所述拦截滞留区连通的地表径流拦截沟，设置在所述地表径流拦截沟与农田之间的消能植草沟；

所述消能植草沟包括宽度为3～5m、表面呈波浪状的种植带，嵌设在种植带表层的固土尼龙网，设置在所述种植带、固土尼龙网上表面的草类植被。

进一步地，所述第一坡地上种植有湿地植物；所述湿地植物包括芦苇、香蒲、美人蕉；

所述第二坡地由边长为50～80cm的矩形方块组成；所述矩形方块内依次交替设有沿阶草、狗牙根、以及马尼拉；

所述滞留带由矩形渗滤区与矩形种植区交替组成；所述矩形渗滤区自上到下依次包括粒径为8～15cm的第一层砾石、粒径为3～8cm的第二层砾石、粒径为0.5～2cm的第三层砾石。

第一坡地邻水采用湿地植物能够起到良好的固土作用、生态修复作用；第二坡地在矩形方块内种植狗牙根等地下茎和根系发达的植被，一方面能够形成致密的地表覆盖，有效减少因雨水冲刷造成的污染物扩散；另一方面此类植被作为草坪植物，不进入食物链，其修复的污染源不进入食物链危害人类；通过矩形渗滤区的设置能够有效缓解吸收地表径流。

进一步地，所述拦截渗滤层上层铺设有高度为5～10cm的格栅，所述格栅上表面设置有黑麦草、狗牙根。

通过在格栅内填充表层土壤，在表层土壤上种植狗牙根、黑麦草；由于拦截渗滤层上表面需要保持较好的透水性，因此采用格栅设置；既能够稳固表层植被土壤，又能够保证较好的透水性；通过在表层土壤上种植植被实现高效渗流的同时进行生态修复；在拦截渗滤层上层实现的生态修复包括植物根茎的吸收、以及负载在根茎上微生物群落的修复。

进一步地，所述微生物修复块上还包括通风装置；

所述通风装置包括垂直设置且贯穿拦截渗滤层与微生物负载填料连接的通风管，水平设置在所述通风管下端且环绕在微生物负载填料四周的换气环，设置在所述通风管上端的进气换气口；以及设置在所述通风管与进气换气口连接处的换气扇。

环绕在微生物负载填料四周的换气环能够向微生物负载填料提供均匀的氧气环境，确保微生物负载填料上的好氧微生物分布的均匀性，增强好强微生物的生态处理能力。

进一步地，所述第一修复模块、第二修复模块的矩形修复块纵向深度为0.8～1.5m；矩形修复块水平面为正方形，且边长为1.2m～1.8m；

第一修复块总占地面积与第二修复块总占地面积的比例为1～5:1。

0.8～1.5m的纵向深度能够大大降低整个缓冲带的施工周期，以及施工成本，提高整个缓冲带建造过程的难度，有效确保整个方案的实；合理的占地面积的比例能够使缓冲带兼顾对地表径流水源的高效截留、以及复合修复；有效提高整个缓冲带的综合性能。

进一步地，所述微生物负载填料包括设置在上层且与换气环在同一深度的MBBR生物填料，设置在所述MBBR下层的辫式填料，设置在所述MBBR生物填料上的好氧微生物菌剂，设置在所述辫式填料上的厌氧微生物菌剂。

通过通风装置的设置能够向好氧微生物提供其需要的氧气，确保微生物的良好生长环境，有效增强好氧微生物的生态修复功能。

进一步地，所述拦截渗滤层包括铺设在上层粒径为3～5cm的卵石层，设置在下层的粒径为0.5～1.5cm的陶粒层。

粒径3～5cm的卵石层其透水性较强，能够对地表径流实现快速吸收截留；粒径0.5～1.5cm的陶粒层具有一定的过滤功能。

根据上述生态缓冲带提出的生态缓冲带构建方法，包括以下步骤：

S1：利用卫星遥感影像技术，确定河流覆盖区域的水系边线以及农田等覆盖区域的边线；然后以水系边线向两侧延伸，确定缓冲带的基本位置；

S2：分段检测缓冲带位置内的土壤各项数据，检测地表径流水质各项数据，结合当地最大降水量数据，计算确定缓冲带准确的延伸宽度；计算第一缓冲带、第二缓冲带、第三修复带的宽度比例；

S3：优化设计第三修复带中植被修复块与微生物修复块的分布位置、占地面积比值；对植被修复块、拦截渗滤层、矩形方块上的铺设植被进行设计；

S4：根据S3计算结果铺设植被修复块与微生物修复块；

S5：构建第一坡地、第二坡地、滞留带，以及地表径流拦截沟与消能植草沟，完后整个缓冲带。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于生态修复的生态缓冲带，首先通过沟波浪型消能植草沟，将地表径流的流动路径由直线变为波浪型，大大消减了水流动能；利用尼龙网对消能植草够进行保护，防止在长期冲刷中造成土壤流失；通过表层植被一方面实现对地表径流的第一次吸收、拦截修复，另一方面利用其发达的根系实现对沟波浪型消能植草沟的保护；通过地表径流拦截沟的设置能够对缓冲带形成持续完整保护，通过拦截地表径流，并将其汇入拦截滞留区沉淀后，通过溢流使地表径流通过第一修复模块、第二修复模块；第一修复块能够提供植被修复功能，第二修复模块能够实现优良的渗透吸收功能；通过对第一修复块、第二修复块的合理配置设计，使整个缓冲带具有高效截留、雨洪调蓄、地下地上生物综合修复相结合的复合性能，有效提升生态缓冲带生态修复的综合性能。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1第二修复模块的结构示意图；

图3是本发明实施例1格栅安装位置的结构示意图；

图4是本发明实施例2通风装置的结构示意图；

其中，1-第一缓冲带、10-第一坡地、11-第二坡地、110-矩形方块、12-滞留带、120-矩形渗滤区、121-矩形种植区、2-第二缓冲带、20-地表径流拦截沟、21-消能植草沟、210-种植带、211-固土尼龙网、212-草类植被、3-第三修复带、30-拦截滞留区、31-第一修复模块、32-第二修复模块、320-拦截渗滤层、321-微生物负载填料、322-导排层、323-导排管、324-格栅、33-阻渗层、34-通风装置、340-通风管、341-换气环、342-进气换气口、343-换气扇。

具体实施方式

实施例1：

一种生态缓冲带构建方法，包括以下步骤：

S1：利用卫星遥感影像技术，确定河流覆盖区域的水系边线以及农田等覆盖区域的边线；

然后以水系边线向两侧延伸，确定缓冲带的基本位置；

S2：分段检测缓冲带位置内的土壤各项数据，检测地表径流水质各项数据，结合当地最大降水量数据，计算确定缓冲带准确的延伸宽度；

计算第一缓冲带1、第二缓冲带2、第三修复带3的宽度比例；

S3：优化设计第三修复带3中植被修复块与微生物修复块的分布位置、占地面积比值；

S4：根据S3计算结果铺设植被修复块与微生物修复块；

S5：构建第一坡地10、第二坡地11、滞留带12，以及地表径流拦截沟20与消能植草沟21，完后整个缓冲带。

如图1所示，具体构建的生态缓冲带，包括设置在河流沿岸10m内且沿河流流动方向布置的第一缓冲带1，设置在第一缓冲带1外围与农田连接的第二缓冲带2，夹设在第二缓冲带2、第一缓冲带1之间的第三修复带3；

其中，第二缓冲带2、第三修复带3、第一缓冲带1宽度比例为1：3：1；

第一缓冲带1包括坡面为30°、水平长度为5m的第一坡地10，设置在第一坡地10上方且坡面为45°、水平长度为3m的第二坡地11，以及水平设置在第一坡地10、第二坡地11连接处的滞留带12；

第三修复带3包括与第二缓冲带2连通的拦截滞留区30，设置在拦截滞留区30、第二坡地11之间的第一修复模块31、第二修复模块32；

第一修复模块31、第二修复模块32是面积相同的矩形修复块并且交替分布设置；第一修复模块31、第二修复模块32交替连接处垂直插入阻渗层33；

第一修复块31的矩形修复块是表层设有乔木、灌木的植被修复块；

如图2所示，第二修复块32的矩形修复块为微生物修复块；微生物修复块包括设置在地表的拦截渗滤层320，铺设在拦截渗滤层320下层的微生物负载填料321，设置在微生物负载填料321下层的导排层322，以及连接相邻导排层322的导排管323；

第二缓冲带2包括与拦截滞留区30连通的地表径流拦截沟20，设置在地表径流拦截沟20与农田之间的消能植草沟21；

消能植草沟21包括宽度为3m、表面呈波浪状的种植带210，嵌设在种植带210表层的固土尼龙网211，设置在种植带210、固土尼龙网211上表面的草类植被212。

第一坡地10上种植有湿地植物；湿地植物为芦苇；

第二坡地11由边长为50cm的矩形方块110组成；矩形方块110内依次交替设有沿阶草、狗牙根、以及马尼拉；

滞留带12由矩形渗滤区120与矩形种植区121交替组成；矩形渗滤区120自上到下依次包括粒径为8cm的第一层砾石、粒径为3cm的第二层砾石、粒径为0.5cm的第三层砾石。

如图3所示，拦截渗滤层320上层铺设有高度为5cm的格栅324，格栅324上表面设置有黑麦草、狗牙根。

第一修复模块31、第二修复模块32的矩形修复块纵向深度为0.8m；矩形修复块水平面为正方形，且边长为1.2mm；

第一修复块31总占地面积与第二修复块32总占地面积的比例为1:1。

拦截渗滤层320包括铺设在上层粒径为3cm的卵石层，设置在下层的粒径为0.5cm的陶粒层。

实施例2：

一种生态缓冲带构建方法，包括以下步骤：

S1：利用卫星遥感影像技术，确定河流覆盖区域的水系边线以及农田等覆盖区域的边线；

然后以水系边线向两侧延伸，确定缓冲带的基本位置；

S2：分段检测缓冲带位置内的土壤各项数据，检测地表径流水质各项数据，结合当地最大降水量数据，计算确定缓冲带准确的延伸宽度；

计算第一缓冲带1、第二缓冲带2、第三修复带3的宽度比例；

S3：优化设计第三修复带3中植被修复块与微生物修复块的分布位置、占地面积比值；

对植被修复块、拦截渗滤层320、矩形方块110上的铺设植被种类进行设计；

S4：根据S3计算结果铺设植被修复块与微生物修复块；

S5：构建第一坡地10、第二坡地11、滞留带12，以及地表径流拦截沟20与消能植草沟21，完后整个缓冲带。

具体构建的生态缓冲带，包括设置在河流沿岸20m内且沿河流流动方向布置的第一缓冲带1，设置在第一缓冲带1外围与农田连接的第二缓冲带2，夹设在第二缓冲带2、第一缓冲带1之间的第三修复带3；

其中，第二缓冲带2、第三修复带3、第一缓冲带1宽度比例为1：5：1；

第一缓冲带1包括坡面为30°、水平长度为10m的第一坡地10，设置在第一坡地10上方且坡面为45°、水平长度为8m的第二坡地11，以及水平设置在第一坡地10、第二坡地11连接处的滞留带12；

第三修复带3包括与第二缓冲带2连通的拦截滞留区30，设置在拦截滞留区30、第二坡地11之间的第一修复模块31、第二修复模块32；

第一修复模块31、第二修复模块32是面积相同的矩形修复块并且交替分布设置；第一修复模块31、第二修复模块32交替连接处垂直插入阻渗层33；

第一修复块31的矩形修复块是表层设有乔木、灌木的植被修复块；其中乔木、灌木种植面积比例为2：1；

第二修复块32的矩形修复块为微生物修复块；微生物修复块包括设置在地表的拦截渗滤层320，铺设在拦截渗滤层320下层的微生物负载填料321，设置在微生物负载填料321下层的导排层322，以及连接相邻导排层322的导排管323；

第二缓冲带2包括与拦截滞留区30连通的地表径流拦截沟20，设置在地表径流拦截沟20与农田之间的消能植草沟21；

消能植草沟21包括宽度为5m、表面呈波浪状的种植带210，嵌设在种植带210表层的固土尼龙网211，设置在种植带210、固土尼龙网上表面的草类植被212。

第一坡地10上种植有湿地植物；湿地植物包括芦苇、香蒲、美人蕉；其中芦苇、香蒲、美人蕉按照种植面积3：5：2的比例混合种植。

第二坡地11由边长为80cm的矩形方块110组成；矩形方块110内依次交替设有沿阶草、狗牙根、以及马尼拉；其中沿阶草、狗牙根、马尼拉覆盖面积比例为1：3：1；

滞留带12由矩形渗滤区120与矩形种植区121交替组成；矩形渗滤区120自上到下依次包括粒径为15cm的第一层砾石、粒径为8cm的第二层砾石、粒径为2cm的第三层砾石。

拦截渗滤层320上层铺设有高度为5～10cm的格栅324，格栅324上表面设置有种植面积比例为1:1的黑麦草、狗牙根。

第一修复模块31、第二修复模块32的矩形修复块纵向深度为1.5m；矩形修复块水平面为正方形，且边长为1.8m；

第一修复块31总占地面积与第二修复块32总占地面积的比例为5:1。

拦截渗滤层320包括铺设在上层粒径为5cm的卵石层，设置在下层的粒径为1.5cm的陶粒层。

如图4所示，微生物修复块上还包括通风装置34；

通风装置34包括垂直设置且贯穿拦截渗滤层320与微生物负载填料321连接的通风管340，水平设置在通风管340下端且环绕在微生物负载填料321四周的换气环341，设置在通风管340上端的进气换气口342；以及设置在通风管340与进气换气口342连接处的换气扇343。

微生物负载填料321包括设置在上层且与换气环341在同一深度的MBBR生物填料，设置在所述MBBR生物填料下层的辫式填料，设置在所述MBBR生物填料上的好氧微生物菌剂，设置在所述辫式填料上的厌氧微生物菌剂。

其中，好氧微生物菌剂、厌氧微生物菌剂、换气扇343均采用现有产品，并且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。