净水护岸技术与应用
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前言

在发达国家,点源污染基本得到有效控制,雨水径流带来的非点源污染已成为水体污染的主要因素。我国雨水径流引起的污染问题也很严重,按目前的发展趋势,城市降雨径流污染必将成为我国城市水体污染的主要因素。由于其随机性和不稳定性,以及城市地表的复杂性,使得城市降雨径流的控制和处理成为改善城市水环境的难点。

目前,国内外有很多净化径流雨水技术和河流强化净化技术,如果能将这些技术引入到护岸工程中,使护岸工程在满足人们对防洪、航运、景观和生态等需求的前提下,同时具有净化径流污染功能,使护岸成为低维护成本的净水廊道,即“净水型护岸”,实现护岸功能的“一专多能”,不仅可以减少资金投入,同时也不占用市区宝贵的土地资源,将会取得事半功倍的效果,并成为城市径流污染控制措施的有益补充。

本书由中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室资助。通过对净水护岸理念进行研究,为城市规划设计者在护岸结构设计工作中提供参考和借鉴,并通过对具有推广价值的净水护岸方案的提出、探讨和研究,以期促进其在我国城市护岸建设中的推广和应用,取得良好的社会效益和环境效益。特别考虑到我国加快城镇化进程和提高城镇化水平已成为一项基本国策,另一方面,我国正在掀起滨水景观建设开发的热潮,本研究的开展更具有重要的现实意义。

综合分析国内外同类研究的现状及其进展情况,本书的主要创新之处概括为以下几点:

1.提出了较完整的净水护岸理念和技术体系

将净水型护岸(water-purifying revetment)定义为:“净水型护岸是一种通过生物-生态技术来强化了净水功能的生态型护岸,即净水型护岸是以生物-生态技术为切入点,以护岸结构为载体,以强化护岸对水体尤其是径流污水净化能力为主要目的的生态型护岸。”

指出净水型护岸应属于“生态水工学”范畴,略有不同的是,净水护岸作为一项学科交叉的研究方向,在融合水利工程学和生态学原理和知识的同时,更突出环境工程学和景观美学。结合净水护岸设计方案归纳了净水护岸的设计原则:满足安全性、景观性(亲水性)、生态性的生态护岸设计原则;生物-生态修复技术与工程结构结合的设计原则;建设、运行和维护的经济性原则;因地制宜原则。

设计开发了三种已获得发明专利权的净水护岸结构,初步形成了可适用于多种运行条件的净水护岸技术体系:净水石笼护岸适用于净化已入河的径流污染物;柔性排护岸和净水箱护岸适用于净化入河前的径流雨水,柔性排护岸用于岸坡坡度小于45°的缓坡情况,净水箱护岸用于岸坡坡度大于45°的陡坡情况;净水箱护岸又可根据岸坡坡度45°~75°和75°~95°两种情况分别采取实施方案,用于新建和改建护岸工程。并通过试验研究,确认了三种净水护岸结构的可行性。

2.开发了较成熟的净水箱护岸成套技术

对净水箱护岸结构和水下支撑鱼巢砌块、跳跃井、蓄水池、布水管等配套结构进行了系统设计,并对净水箱内的植物生长床、滤料、水生植物,以及净水箱护岸耐旱性、耐冻性、防蚊虫孳生和异味控制等环节进行了设计和研究论证。

确定了净水箱护岸在不同进水浓度、不同水力停留时间、不同植物组合、不同净水箱组合数和不同生长期的条件下对径流雨水中营养物和重金属的去除效果,为净水箱护岸的推广应用提供了设计依据。

3.提出净水箱护岸净化径流雨水机理及进行野外应用研究

结合对陶粒进行的对氨氮、磷和铜的静态吸附解析性能研究,污水处理过程中净水箱中植物和微生物生长监测,以及污水基本理化指标pH值和D0值等进行的定量监测分析,对净水箱护岸净化径流雨水试验结果进行了机理分析。

结合实际降雨进行了净化雨水径流效果分析;通过与原草皮护坡上植物生长状况和昆虫等动物出现频率的对比监测,分析了净水箱护岸的生态效果和景观效果;对净水箱护岸的工程实施与稳定、运行与维护、适用范围与使用寿命等问题进行了系统分析。

随着我国城市从数量到规模上的不断扩大,一方面是人们对洁净的生态水体的渴望日益浓厚,另一方面却是非点源污染物对城市水体的污染日益加剧。近20年来,我国的河流治理工程以前所未有的速度不断更新着技术和理念,净水型护岸也很有可能成为护岸结构的新的发展趋势,并成为“生态水工学”框架内的一项重要研究内容。

作者

2015年10月