一种流域生态修复系统及方法

技术领域

本发明属于生态修复领域，具体涉及一种流域生态修复系统及方法。

背景技术

流域的养殖废水、生活污水、工业废水等大部分排放废水的达标排放浓度高于地表水环境质量标准，有的达标排放浓度比地表水环境质量标准高出十几倍甚至是上百倍，从而造成流域内营养盐浓度大量提升，为了使流域达到地表水环境质量标准，流域需具备较高的污染自净能力，在流域内利用深潭浅滩是提高流域自净能力的一种可行性方法。

如申请号201810593141.7公开的一种流域深潭浅滩分子流体生态修复的方法，其边坡修复主要通过在边坡铺设生态护坡砖，在生态护坡砖植物种植腔内的耐水湿植物来实现；浅滩修复主要是通过构建植物生态系统、构建微生物生态系统和构建动物生态系统来实现生态系统的构建；深潭修复主要是通过高溶氧技术、微生物消解技术等构建。

该技术方案中需要用到大量的超长管道、礁石及高溶氧结构等结构，特别是在深潭区域，随着水底淤泥界面的上升以及水体流动，各管道及礁石易受到腐蚀、磨损以及水草缠绕等，这就导致礁石及高溶氧结构易被埋没，导致无法使用，各结构后期也不易维护。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种流域生态修复系统及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种流域生态修复系统，包括边坡上设置的基站、与所述基站连通并延伸至深潭或对岸的输送通道、设置于所述输送通道内的生态修复装置、以及设置于所述输送通道外部的高度抬升装置；

所述输送通道包括至少一节波纹管以及将所述波纹管固定于水底的链条和桩体，所述波纹管的褶皱部开设有若干通孔，能够用于水体进入，方便水生生物生存，也阻碍大型动物进入破坏内部生态修复装置等，输送通道的设置可以通行各种水下机器人，使其不受水草等缠绕，畅通无阻，方便对输送通道进行清理、维护，水下机器人也能够运输水底基建所需工具、材料等，一举多得；

所述生态修复装置包括连接于一体的微生物投加器和管式曝气器以及套设于该一体结构外部的浮石筒，浮石筒的设置一方面能够为微生物、动物提供栖息地，形成微生物、动物生态系统，浮石的表面带有正电荷，亲水性强，有利于微生物增长，还可以释放微量的红外线和a射线，对水内生物的生长都有帮助，且浮石具有吸附性，它不仅能够调节水的酸碱度，还可以吸附水中有害的重金属离子和有害细菌，起到净化水质的作用，第二方面能够将微生物投加器和管式曝气器悬浮在输送通道内，减少高度抬升装置负担，也避开淤泥，第三方面能够避免微生物投加器和管式曝气器直接与输送通道碰撞摩擦，第四方面能够使得曝气气泡能够向四周发散，增加溶氧面积；

所述高度抬升装置包括连接于所述输送通道上的气囊、与所述气囊连接的气管、以及声纳传感器，所述声纳传感器基于监测的淤泥界面高度信息控制所述气囊的充气体积，以调节所述输送通道的悬浮高度，这样设置能够将输送通道智能调节在一定的悬浮高度，避免输送通道与底部的淤泥接触，进而影响曝气面积以及堵塞微生物投加器和管式曝气器。

作为本发明的进一步优化方案，所述输送通道一端与一侧的基站连接，另一端延伸至深潭区域或与对岸的基站连接，所述基站远离输送通道的侧面上设置有与输送通道端口对应的活动门，该活动门的设置一方面是为了方便安装生态修复装置，另一方面是为了方便水下机器人的进出，当多个输送通道与基站连接时，水下机器人还能够通过基站进出多个输送通道内。

作为本发明的进一步优化方案，所述波纹管与基站之间以及相邻两个波纹管之间均通过法兰连接，所述法兰底部固定设置有底座，顶部设置有用于限位所述气管的管箍，所述底座底部设置有滚轮和挂环，所述链条顶端通过挂钩与挂环连接，所述声纳传感器固定于法兰上；滚轮的设置能够方便输送通道的路面运输和水下运输。

作为本发明的进一步优化方案，所述微生物投加器包括两个分别通向浅滩区域和深潭区域的投加管、设置于投加管表面的喷头、以及与所述投加管连接并设置于基站内的压力泵和微生物储罐，通向浅滩区域的投加管连接的所述微生物储罐内存储有浅滩水质净化微生物，通向深潭区域的投加管连接的所述微生物储罐内存储有深潭水质净化微生物，其中浅滩水质净化微生物可以为光合细菌、微生物制剂等，深潭水质净化微生物可以为微生物EM菌、微生物制剂等。

作为本发明的进一步优化方案，所述管式曝气器包括曝气管、设置于所述曝气管表面的曝气盘、以及与所述曝气管连接并设置于基站内的鼓风机，所述曝气盘分布密度自浅滩区域至深潭区域依次增大，这样设置使得深潭区溶氧量大于浅滩区，符合实际需要，利用一个鼓风机可以分别给气囊和曝气盘供气，节约设备成本。

作为本发明的进一步优化方案，所述气囊外部设置有气囊保护罩，所述气囊保护罩设置为中空鱼网状球体，所述气囊保护罩由PE材料制成，该材料质轻，不会过于增加气囊负担，能够保护气囊不受碰撞损坏，所述气囊保护罩通过绳索连接在波纹管外部，所述气囊与气管的连接处设置有电磁阀，所述气管一端与设置于基站内的层叠式吹吸两用气泵连接，通过电磁阀能够控制没处气囊的体积，继而控制其连接的波纹管的高度，适用于水底高低不平的情况下使用，避免输送通道与水底淤泥接触。

作为本发明的进一步优化方案，所述浮石筒内外表面均粘接有网罩，所述网罩由合成纤维制成，网罩的设置能够使得浮石筒即使断裂也不会分散，能够继续使用，所述浮石筒两端外表面固定设置有环状的防撞块，防撞块的设置能够避免浮石筒直接与输送通道内壁接触，避免浮石筒碰撞碎裂。

一种采用上述流域生态修复系统进行流域生态修复的方法，所述方法包括以下步骤：

S1.将输送通道一端通过法兰与布置在边坡上的基站连接，另一端拉至水中的深潭区，用绳索将气囊绑扎在输送通道上并开启鼓风机进行充气，直至气囊浮力等于输送通道重力，再采用链条和桩体将输送通道悬浮固定在水底；

S2.将生态修复装置一端穿过活动门进入输送通道内部，直至将其拉至输送通道内腔的远端，再使用安装架固定在远端的法兰上，此时浮石筒带动微生物投加器和管式曝气器悬浮于输送通道内；

S3.启动压力泵，通过投加管和喷头分别向浅滩区域和深潭区域投放浅滩水质净化微生物和深潭水质净化微生物，使得水质净化微生物附着在浮石筒内部的孔隙中，形成微生物生态系统，水生动物通过通孔进入输送通道内并于浮石筒孔隙内生存、繁殖，以形成动物生态系统；

S4.启动鼓风机，通过曝气管和曝气盘向浅滩区域和深潭区域内曝气供氧，位于浮石筒外部的曝气盘所爆出的气体跟随气泡直接穿过通孔进入输送通道外部的水体中，位于浮石筒内部的曝气盘所爆出的气体通过浮石筒孔隙再次分散，再穿过通孔进入输送通道外部的水体中，以增加水质溶解氧，且穿过浮石筒的气泡还能够清理浮石筒孔隙，避免堵塞；

S5.声纳传感器实时探测水底淤泥界面高度，并基于探测的高度信号控制层叠式吹吸两用气泵，以调节气囊的充气体积，进而实现整个输送通道悬浮高度的调节。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S1中所述的另一端拉至水中的深潭区包括：

输送通道另一端单向延伸至深潭区；这样设置安装方便，适用于流域宽度较大的情况下使用；

或输送通道另一端经过深潭区并拉至对岸与对岸的基站连接；这样设置安装方便，适用于流域宽度较小的情况下使用。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S1中，所述输送通道由多个波纹管和法兰连接组成，其安装方法包括：先用气管串联多个波纹管，将充气气囊绑在波纹管上，再将波纹管移动至水深大于波纹管高度的位置，使得波纹管被吊起，气囊悬浮在水面上，此时以气囊分布线路作为波纹管的布置路径，并采用法兰将多个波纹管安装于一体；气囊的设置不仅能够作为输送通道的高度调节结构使用，方便矫正波纹管位置，实现精准安装，还能够在输送通道安装时作为辅助安装结构使用，省时省力。

本发明的有益效果在于：

1)本发明利用波纹管组装输送通道，不仅方便收纳，还方便在拉伸后作为生态修复装置安装和使用时的保护结构使用，其拉伸性能在输送通道投入使用时能够缓冲水体流动及外部动物的冲击力，还能作为输送通道后期清理、检修等情况下水下机器人的无障碍行驶通道使用；

2)本发明利用气囊、声纳传感器和层叠式吹吸两用气泵，能够根据水底淤泥界面智能调节输送通道的高度，使得其曝气不受淤泥影响，降低淤泥对生态修复装置使用寿命和修复能力的影响；

3)本发明利用气囊和气管，还能够在多个波纹管安装时对其安装路径作出指示，并降低水内移动波纹管的难度，使得输送通道安装省时省力；

4)本发明通过在微生物投加器和管式曝气器外部设置浮石筒，一方面能够使得微生物投加器和管式曝气器悬浮，减少高度抬升装置负担，也避免底部淤泥的影响，另一方面能够为微生物、动物提供栖息地，实现水质净化等等；

5)本发明通过在基站上开设的活动门，能够方便在输送通道安装完成后轻松的穿过活动门将生态修复装置拉入输送通道内，另外通过浮石筒的设置，在生态修复装置进入输送通道内时能够悬浮起来，使其在输送通道内能够被轻易拉动安装，也便于拉出更换。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的输送通道侧视图。

图3是本发明的生态修复装置布置图。

图4是本发明的浮石筒结构示意图。

图5是本发明的高度抬升装置结构示意图。

图6是本发明的实施例1中输送通道与基站的布置图。

图7是本发明的实施例2中输送通道与基站的布置图。

图中：1、基站；2、输送通道；21、波纹管；22、链条；23、桩体；24、通孔；25、法兰；26、管箍；27、滚轮；3、生态修复装置；31、微生物投加器；311、投加管；312、喷头；313、压力泵；314、微生物储罐；32、管式曝气器；321、曝气管；322、曝气盘；323、鼓风机；33、浮石筒；34、网罩；35、防撞块；4、高度抬升装置；41、气囊；42、气管；43、声纳传感器；44、气囊保护罩；45、电磁阀；46、层叠式吹吸两用气泵；47、绳索；5、活动门。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1-6所示，一种流域生态修复系统，包括边坡上设置的基站1、与所述基站1连通并延伸至深潭或对岸的输送通道2、设置于所述输送通道2内的生态修复装置3、以及设置于所述输送通道2外部的高度抬升装置4。

其中：

所述输送通道2一端与基站1连接，另一端单向延伸至深潭区，安装方便，适用于流域宽度较大的情况下使用；

所述基站1远离输送通道2的侧面上设置有与输送通道2端口对应的活动门5，该活动门5的设置一方面是为了方便安装生态修复装置3，另一方面是为了方便水下机器人的进出，当多个输送通道2与基站1连接时，水下机器人还能够通过基站1进出多个输送通道2内；

所述输送通道2包括至少一节波纹管21以及将所述波纹管21固定于水底的链条22和桩体23，波纹管21数量根据流域宽度设置，所述波纹管21的褶皱部开设有若干通孔24，能够用于水体进入，方便水生生物生存，也阻碍大型动物进入破坏内部生态修复装置3等，输送通道2的设置可以通行各种水下机器人，使其不受水草等缠绕，畅通无阻，方便对输送通道2进行清理、维护，水下机器人也能够运输水底基建所需工具、材料等，一举多得；

所述波纹管21与基站1之间以及相邻两个波纹管21之间均通过法兰25连接，所述法兰25底部固定设置有底座，顶部设置有用于限位所述气管42的管箍26，所述底座底部设置有滚轮27和挂环，所述链条22顶端通过挂钩与挂环连接，所述声纳传感器43固定于法兰25上；滚轮27的设置能够方便输送通道2的路面运输和水下运输。

需要说明的是，本发明利用由波纹管21组装得到输送通道2，一方面能够方便拉伸和收缩，收缩时能够便于收纳并将褶皱部位的通孔24封堵，避免内部进入灰尘等，拉伸时能够适应较长的流域安装，并且其拉伸性能在输送通道2投入使用时能够缓冲水体流动及外部动物的冲击力；

本发明利用输送通道2不仅能够对内部的生态修复装置3进行保护，避免其受到水草等影响，影响曝气等效果，还能够作为输送通道2后续检修、水底基建等情况下的输送通道使用；

输送通道2进入水中后，水体和小于通孔24孔径的生物均可通过通孔24进入输送通道2内，其与生态修复装置3协作，能够更好地对水体进行净化。

如图2-4所示，所述生态修复装置3包括连接于一体的微生物投加器31和管式曝气器32以及套设于该一体结构外部的浮石筒33；

所述微生物投加器31包括两个分别通向浅滩区域和深潭区域的投加管311、设置于投加管311表面的喷头312、以及与所述投加管311连接并设置于基站1内的压力泵313和微生物储罐314，通向浅滩区域的投加管311连接的所述微生物储罐314内存储有浅滩水质净化微生物，通向深潭区域的投加管311连接的所述微生物储罐314内存储有深潭水质净化微生物，其中浅滩水质净化微生物可以为光合细菌、微生物制剂等，深潭水质净化微生物可以为微生物EM菌、微生物制剂等；

所述管式曝气器32包括曝气管321、设置于所述曝气管321表面的曝气盘322、以及与所述曝气管321连接并设置于基站1内的鼓风机323，所述曝气盘322分布密度自浅滩区域至深潭区域依次增大，这样设置使得深潭区溶氧量大于浅滩区，符合实际需要，利用一个鼓风机323可以分别给气囊41和曝气盘322供气，节约设备成本。

需要说明的是，在生态修复装置3使用时，微生物投加器31和管式曝气器32均由控制终端控制，可以再结合其他水质检测的仪器，对浅滩水质净化微生物和深潭水质净化微生物进行智能控量投加，微生物和水体中的一些水生生物能够附着在浮石筒33孔隙内产卵繁殖，从而实现微生物、动物生态净化；

浮石筒33的设置一方面能够为微生物、动物提供栖息地，形成微生物、动物生态系统，浮石的表面带有正电荷，亲水性强，有利于微生物增长，还可以释放微量的红外线和a射线，对水内生物的生长都有帮助，且浮石具有吸附性，它不仅能够调节水的酸碱度，还可以吸附水中有害的重金属离子和有害细菌，起到净化水质的作用，第二方面能够将微生物投加器31和管式曝气器32悬浮在输送通道2内，减少高度抬升装置4负担，也避开淤泥，第三方面能够避免微生物投加器31和管式曝气器32直接与输送通道2碰撞摩擦，第四方面能够使得曝气气泡能够向四周发散，增加溶氧面积，最后还能够在生态修复装置3进入输送通道2内时能够悬浮起来至中部或上方，使其在输送通道2内能够被轻易拉动安装，也便于拉出更换；

所述浮石筒33内外表面均粘接有网罩34，所述网罩34由合成纤维制成，网罩34的设置能够使得浮石筒33即使断裂也不会分散，能够继续使用，所述浮石筒33两端外表面固定设置有环状的防撞块35，防撞块35可以为泡沫或橡胶垫，防撞块35的设置能够避免浮石筒33直接与输送通道2内壁接触，避免浮石筒33碰撞碎裂。

如图1和图5所示，所述高度抬升装置4包括连接于所述输送通道2上的气囊41、与所述气囊41连接的气管42、以及声纳传感器43，所述声纳传感器43基于监测的淤泥界面高度信息控制所述气囊41的充气体积，以调节所述输送通道2的悬浮高度，这样设置能够将输送通道2智能调节在一定的悬浮高度，避免输送通道2与底部的淤泥接触，进而影响曝气面积以及堵塞微生物投加器31和管式曝气器32；

所述气囊41外部设置有气囊保护罩44，所述气囊保护罩44设置为中空鱼网状球体，所述气囊保护罩44由PE材料制成，该材料质轻，不会过于增加气囊41负担，能够保护气囊41不受碰撞损坏，所述气囊保护罩44通过绳索47连接在波纹管21外部，所述气囊41与气管42的连接处设置有电磁阀45，所述气管42一端与设置于基站1内的层叠式吹吸两用气泵46连接，通过电磁阀45能够控制每处气囊41的体积，继而控制其连接的波纹管21的高度，适用于水底高低不平的情况下使用，避免输送通道2与水底淤泥接触。

需要说明的是，由于城市污水排放、水土流失等原因，会造成流域中深潭内的淤泥越来越多，这样若输送通道2高度位置不对，则会被淤泥埋没，导致曝气困难，也影响内部生态修复装置3的曝气盘322、喷头312等结构堵塞，减少使用寿命，因此需要根据水底深度，即淤泥界面，对输送通道2的高度进行调整，调整方式为增加气囊41体积，使其带动输送通道2上移，上移至一定距离后再缩小气囊41体积，使其浮力等于输送通道2重力，即可实现输送通道2的再次悬浮；

当发生强降雨等，会影响水底水体浑浊度时，也可以通过控制终端控制输送通道2高度，减小底部淤泥对生态修复装置3的影响。

采用上述流域生态修复系统进行流域生态修复的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、输送通道2组装；

先用气管42穿过法兰25上的管箍26以将多个波纹管21串联，用绳索将充气气囊41绑在每个波纹管21上或是每组通过法兰25相连接的波纹管21段上，并开启鼓风机323进行充气，直至气囊41浮力等于输送通道2重力，再将波纹管21移动至水深大于波纹管21高度的位置，使得波纹管21被吊起，气囊41悬浮在水面上；

每个气囊41漂浮位置的下方即为对应连接的波纹管21位置，此时根据气囊41位置移动波纹管21，使其呈一字型分布并延伸至深潭区域，最后采用法兰25将多个波纹管21安装于一体；此时气囊41的设置不仅能够作为输送通道2的高度调节结构使用，还能够在输送通道2安装时作为辅助安装结构使用，省时省力；

步骤二、输送通道2安装；

将组装好的输送通道2一端通过法兰25与布置在边坡上的基站1连接，再通过控制终端(可以为手机、电脑、遥控器等)控制层叠式吹吸两用气泵46，使得气囊41放气减小体积，即气囊41浮力小于输送通道2重力，此时输送通道2下降，当声纳传感器43探测到输送通道2下降至一定深度后，再控制层叠式吹吸两用气泵46给气囊41充气使得气囊41浮力等于输送通道2重力，输送通道2处于悬浮状态，再采用链条22和桩体23将输送通道2悬浮固定在水底；

步骤三、生态修复装置3安装；

根据微生物投加器31和管式曝气器32的重量设置浮石筒33数量，将浮石筒33套在微生物投加器31和管式曝气器32外部，得到一体的生态修复装置3；

将生态修复装置3一端穿过活动门5进入输送通道2内部，直至将其拉至输送通道2内腔的远端，再使用安装架固定在远端的法兰25上，此时浮石筒33带动微生物投加器31和管式曝气器32悬浮于输送通道2内；

步骤四、流域生态修复；

启动压力泵313，通过投加管311和喷头312分别向浅滩区域和深潭区域投放浅滩水质净化微生物和深潭水质净化微生物，使得水质净化微生物附着在浮石筒33内部的孔隙中，形成微生物生态系统，水生动物通过通孔24进入输送通道2内并于浮石筒33孔隙内生存、繁殖，以形成动物生态系统；

启动鼓风机323，通过曝气管321和曝气盘322向浅滩区域和深潭区域内曝气供氧，位于浮石筒33外部的曝气盘322所爆出的气体跟随气泡直接穿过通孔24进入输送通道2外部的水体中，位于浮石筒33内部的曝气盘322所爆出的气体通过浮石筒33孔隙再次分散，再穿过通孔24进入输送通道2外部的水体中，以增加水质溶解氧，且穿过浮石筒33的气泡还能够清理浮石筒33孔隙，避免堵塞。

上述方法中，利用声纳传感器43实时探测水底淤泥界面高度，并基于探测的高度信号控制层叠式吹吸两用气泵46，以调节气囊41的充气体积，进而实现整个输送通道2悬浮高度的调节。

实施例2

如图7所示，本实施例与实施例1基本相同，不同的是，本实施例的输送通道2一端与一侧基站1临街，另一端与对岸侧的基站1连接，整个输送通道2跨越流域宽度两端，经过深潭区，这样设置安装方便，输送通道2稳定性强，适用于流域宽度较小的情况下使用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。