一種城市小河道雨水快速自我凈化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于城市河道生態景觀修復技術領域，具體為一種城市小河道雨水快速自我凈化方法，具有短距離凈化水體，恢復河道大面積清澈達標水面的效果，適用于海綿城市建設和缺水地區的雨水收集及直接利用，也適用于在海綿城市建設中，城市河道土地下滲達標地表水方面。
【背景技術】
[0002]目前城市小河道治理，在全面建設污水處理廠，解決了雨污分流問題之后，多采用建造人工攔河壩，抬高河床水位方法，上級池塘雨水滿溢，越過人工攔河壩，以瀑布形式進入下級池塘，水域內栽植鳶尾、美人蕉等濕地凈水植物用以凈水。該方式對雨水快速自我凈化能力有限，容易造成城市小河道污水面積較大，影響景觀效果，且對雨水收集使用也有較大限制，尤其值得注意的是，由于城市面源污染，雨水中的污染因子較多，水質并不達標，其在河道中的直接下滲，將造成地下水水質下降的嚴重后果。由此可見，在建設生態型城市的今天，在建海綿城市的國策背景下，急需一種快速自我凈化城市河道雨水的方法。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種城市小河道雨水快速自我凈化方法。本發明是以“表面流+水平潛流+垂直潛流”組合方式為基本手段的小河道雨水快速自我凈化方法，采用人工濕地凈水植物和鋼鐵工業高爐渣濾水層聯合凈水，通過過濾壩蓄水和濾水，曝氣溝充氧，PE管穿壩下泄、清水池瀑布充氧等手段，實現快速自我凈化雨水，恢復城市河道大面積清澈水體的目標，可實現雨水的二次使用，實現城市小河道的自然生態修復。
[0004]本發明的一種城市小河道雨水快速自我凈化方法技術方案為，在小河道內設立城市小河道雨水快速自我凈化組合壩系統，
包括以下步驟:
(1)開挖人工攔河壩基坑，修筑橫跨小河道的石砌攔河壩，攔河壩包括位于基坑內的攔河壩基礎和攔河壩基礎之上的攔河壩壩體；攔河壩用于截流河水，使上下游蓄水池塘產生水位差壓力；
(2)在攔河壩基礎底部，敷設H型PE管，H型PE管包括兩根相互平行的過水管和一根位于兩根過水管之間且與過水管垂直的橫管，兩根過水管位于攔河壩基礎外緣兩側且橫穿攔河壩基礎前后，通過H型PE管，水路貫通攔河壩上下游；
(3)攔河壩上游基坑由下到上依次回填粗粒徑石子層、鋼鐵工業高爐渣混配小粒徑石子層，形成過濾層；
(4)基坑外緣修筑鋼鐵工業高爐渣混配小石子的過濾壩，過濾壩壩頂稍低于攔河壩壩體頂部；
(5)過濾壩與攔河壩之間的凹陷處鋪設高爐渣，高爐渣頂部低于過濾壩壩體頂部，形成曝氣溝；
(6)攔河壩下游基坑回填粗粒徑石子；
(7)攔河壩下游基坑外緣砌筑矮石壩，矮石壩與攔河壩之間形成清水池；清水池是攔河壩下游，收集涌水用的水池，用于在滿溢瀑布下瀉時，補充下級池塘溶解氧含量；
(8 )過濾壩前依自然地勢(即河道坡度方向)，河道形成蓄水池塘。
[0005]其中，過濾壩所在位置形成水平潛流區，過濾壩與攔河壩之間形成垂直潛流區。
[0006]在攔河壩基礎和攔河壩壩體豎向中央位置，設置有底部連通PE管橫管的豎向反沖洗管道和控流閥門，豎向反沖洗管道頂部高出壩體頂部表面。以備沖洗PE管，防止管道淤堵，閥門用來控制河水流速、流量，枯豐季節對池塘水位進行人工干預。
[0007]所述小河道指寬度在15?25米之間的城市狹窄河道。
[0008]在蓄水池塘中種植濕地凈水植物，過濾壩上和清水池泄水處密集栽植濕地凈水植物，所述的濕地凈水植物為低矮挺水植物和/或浮生濕地凈水植物。
[0009]蓄水池塘中播撒土著種魚苗和蝦類，以控制昆蟲孽生。
[0010]步驟(5)中高爐渣頂部低于過濾壩壩體頂部300毫米。
[0011]所述的攔河壩設置于于小河道坡度變化顯著處，并保證下游池塘充盈在一定水位高度。
[0012]本方法在河道內建多級城市小河道雨水快速自我凈化組合壩系統，出現多級貫序蓄水池塘；濕地凈水植物指鳶尾、燈芯草、菖蒲、蓮、睡蓮、水葫蘆等低矮挺水型和浮生型水生植物，散布栽植在蓄水池塘內，而密集種植在過濾壩處和清水池泄水處。
[0013]本發明的一種城市小河道雨水快速自我凈化方法有益效果為:河道上游來水，由于流域面源污染，一般為雨污混雜，含有多種超標的污染因子。經過本發明的組合壩系統時，雨水將以表面流、水平潛流和垂直潛流三種方式，在該處自我凈化后下泄。由于城市河道較長，可設若干座上述人工攔河壩，水體將很快實現自我凈化。
[0014]本發明方法的其微觀機理是:“人工濕地是三個相互依存要素的組合體，即土壤。植物和微生物。生殖在土壤層中的微生物(細菌和真菌)在有機物的去除中起主要作用，濕地凈水植物的根系將氧氣帶入周圍的土壤，.........，大部分有機物的去除是靠土壤微生物，
但是重金屬可通過土壤、植物作用降低濃度。”(摘自:《人工濕地污水處理技術》.尹軍崔玉波編著.化學工業出版社)，本技術所采用的方案是使污水先通過栽植的濕地凈水植物的蓄水池塘，以表面流形式凈化污水，之后經過栽植濕地凈水植物的人工土壩，以好氧和厭氧兩種方式，由微生物參與凈水過程，經過人工土壩上層的水進入鋼鐵工業高爐渣下滲，上部預留的曝氣溝帶入氧氣，微生物繼續凈水作用，上下層水通過石子濾水層后，由H型PE管收集，穿越人工攔河壩，上涌到壩后清水池，滿溢后下泄，進入下一池塘。上述作用，將會使水中的SS、C0D、B0D、氨氮、重金屬等常見污染物的濃度顯著下降，水質獲得有效提升。
[0015]為防止枯豐水期的影響，壩身設置控流閥門，水的流量和流速受到人為干預，保證景觀水位；人工攔河壩高度控制在防洪要求內，不宜過高；為防止堵塞，壩身設置反沖管，連接H型PE管，用來保證管道暢通；水域內撒播土著種小魚、蝦等動物，控制昆蟲孽生，形成自然生物鏈。
[0016]本發明與現有技術相比的優點:
1.河道短距離自我凈化。自然河道具有的自凈能力，主要是依靠沉降和氧化-還原過程和河底厭氧狀態的硝化-反硝化過程，需要距離長，即使栽植濕地凈水植物，仍難在短距離內解決污水面積大的問題。本方法采用延長過濾空間的水平+U型垂直過濾方式，迅速縮短污水河道長度，擴大河道內達標水體面積。
[0017]2.河道景觀改善。現有河道面貌單調枯燥，很多不具備生態景觀意義。本方法使用濕地生物凈水技術，河道出現綠植、花束和游魚，將有效改善河道生態面貌，呈現自然和諧的生態景觀。
[0018]3.無額外能源投入。現有雨水凈化方法，有時需要投入水栗等額外設備，有能源輸入消耗，甚至還要占地。本方法使用重力流方式凈水，無需額外用能，充分使用河道原有面積，向豎向空間發展，不額外占用土地。根據實際情況，過濾帶長度可在垂直范圍內自由設計。
[0019]4.有利于節約用水。現在很多雨水排入自然水體流走，缺水的城市沒有條件對其充分使用。建設“海綿城市”是將雨