砂质河床水土流失防治与水质净化系统
技术领域
本发明涉及河流生态环境改善技术领域，更具体涉及一种砂质河床水土流失防治与水质净化系统。
背景技术
目前山区河道内植被覆盖率低，砂质河床保水性能差，受流水影响，河道内水土流失严重，淤积下游河道(水库)，有较大的防洪安全隐患和生态保护弊端。近年来，山区河道兴修拦水坝(滚水坝)，拦水坝修建仅可局部淤积泥沙，减小部分土壤流失，但是无法解决水流下渗问题，坝址上游植被覆盖率仍无法得到有效改善，并且修建的拦水坝无法起到对河道内水流进行净化的目的。因砂质河床直接裸露在外，砂质河床受到雨水的冲刷后，会产生水土流失的现象，并且河道内水流会对下层沙土进行冲刷。因此，如何实现砂质河床水土流失的防治以及水质的净化成为需要解决的技术问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种砂质河床水土流失防治与水质净化系统，以解决砂质河床受到雨水的冲刷后会产生水土流失，水流在河道内会出现下渗的问题，以及无法对河道内水流进行净化的问题，以有效防止砂质河床产生水土流失的现象，减小水流对下层沙土的冲刷，降低水流的携沙比，对降低下游河道的淤积有积极作用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
砂质河床水土流失防治与水质净化系统，包括河床、倾斜设置在河床内侧的河道以及设置在河道底部的河底；所述河床的中部设置有浆砌石拦水坝，河床的中部内侧设置有浆砌石拦水坝防水土流失结构，位于浆砌石拦水坝上下游两端的河床内侧依次对称设置有第一防水土流失结构、石笼防水土流失结构和第二防水土流失结构。
进一步优化技术方案，所述浆砌石拦水坝包括开设在河底及部分河道上并呈矩形凹槽状的浆砌石基坑以及设置在浆砌石基坑内的浆砌石坝体，浆砌石坝体的顶部凸出河床，浆砌石坝体上设置有若干用于连通位于浆砌石拦水坝上下游两端的河床的排管，排管上设置有手动闸阀。
进一步优化技术方案，所述浆砌石拦水坝防水土流失结构包括铺设在浆砌石基坑内的第一河底防渗复合层以及铺设在河道两侧壁上的第一河道防渗复合层；所述第一河底防渗复合层包括由内向外依次铺设在浆砌石基坑内侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土和浆砌石坝基；所述第一河道防渗复合层包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
进一步优化技术方案，位于浆砌石基坑两侧的河道下方设置有第一开挖料回填层，第一开挖料回填层的回填厚度为500～800mm。
进一步优化技术方案，所述浆砌石坝体包括若干依次堆砌在浆砌石基坑内的块石；所述块石的饱和抗压强度大于60MPa，软化系数大于0.80，容重大于24kN/m3。
进一步优化技术方案，所述第一防水土流失结构包括铺设在河底的第二河底防渗复合层以及铺设在河道两侧壁上的第二河道防渗复合层；所述第二河底防渗复合层包括由内向外依次铺设在河底上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层；所述第二河道防渗复合层包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
进一步优化技术方案，所述石笼防水土流失结构包括开设在河道一侧壁上的石笼基坑、铺设在石笼基坑内的石笼防渗层、铺设在河底的第三河底防渗复合层以及铺设在河道另一侧壁上的河卵石防渗层；
所述石笼防渗层包括由内向外依次铺设在石笼基坑内侧壁上的复合土工膜、石笼和水生植物层；
所述第三河底防渗复合层包括由内向外依次铺设在河底上的复合土工膜和钢筋混凝土；
所述河卵石防渗层包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的复合土工膜和河卵石。
进一步优化技术方案，位于石笼基坑旁侧的河床上设置有第二开挖料回填层，第二开挖料回填层的回填厚度为500～800mm。
进一步优化技术方案，所述第二防水土流失结构包括铺设在河底的第四河底防渗复合层以及铺设在河道两侧壁上的第四河道防渗复合层；
所述第四河底防渗复合层包括由内向外依次铺设在河底上的膨润土防水毯、500mm厚砂质土和散铺卵石；
所述第四河道防渗复合层包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
进一步优化技术方案，所述膨润土防水毯为钠基膨润土防水毯，膨润土防水毯包括基础层和保护层；所述膨润土防水毯与建筑物连接拐角处设置为斜坡或圆弧面，上下两层膨润土防水毯搭接处撒有膨润土粉，斜坡上搭接的两层膨润土防水毯中间设置有膨润土胶泥。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明中的浆砌石拦水坝防水土流失结构、第一防水土流失结构、石笼防水土流失结构和第二防水土流失结构形成有效的水土流失防治和水环境改善系统工程，有效地避免了质河床直接裸露在外，河道内水流不会对下层沙土进行直接冲刷，降低了水流的携沙比，砂质河床受到雨水的冲刷后，不会产生水土流失的现象。
本发明由河道低矮拦水坝结合坝址上游膨润土防水毯铺设+沙质土回填+砾石压盖+水生植物绿化，形成有效的水土流失防治和水环境改善系统工程。本发明能够避免裸露砂质河床受到雨水冲刷，同时下层膨润土防水毯铺设+沙质土回填+砾石压盖可有效利用山区丰富的砂石资源，避免外购壤土，降低了工程造价。同时膨润土防水毯的铺设可有效减小水流下渗，为水生植物生长创造条件，砂土回填、膨润土防水毯的上方压盖砾石可以对沙土形成一层保护层，减小水流对下层沙土的冲刷，降低了水流的携沙比，对降低下游河道(水库)的淤积有积极的作用。
本发明通过以上措施可有效维持现状河道纵坡，避免河床下切造成水土流失，可有效控制下游河道淤积问题，保障河道通畅；同时通过水生植物的生长改善水质，营造良好的水生态环境。
附图说明
图1为本发明河道的纵向断面图；
图2为本发明浆砌石拦水坝的横向剖面图；
图3为本发明石笼防水土流失结构的横向剖面图；
图4为本发明第二防水土流失结构的横向剖面图；
图5为本发明钠基膨润土防水毯与建筑物连接拐角处的基础层面为斜坡时的连接示意图；
图6为本发明钠基膨润土防水毯与建筑物连接拐角处的基础层面为圆弧面时的连接示意图。
其中：1、河床，2、河道，3、河底，4、浆砌石拦水坝，41、浆砌石基坑，42、排管，43、浆砌石坝体，44、第一河底防渗复合层，45、第一开挖料回填层，46、手动闸阀，47、第一河道防渗复合层，5、第一防水土流失结构，6、石笼防水土流失结构，61、第三河底防渗复合层，62、石笼防渗层，63、河卵石防渗层，64、石笼基坑，65、第二开挖料回填层，7、第二防水土流失结构，71、第四河底防渗复合层，72、第四河道防渗复合层，8、岸顶线，9、常水位，10、河底线，11、钠基膨润土防水毯，12、修坡填土。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种砂质河床水土流失防治与水质净化系统，结合图1至图6所示，包括河床1、倾斜设置在河床1内侧的河道2以及设置在河道2底部的河底3。河底线10为正常河底的底端线，常水位9为河床内正常的水位线，岸顶线8为河床的顶端水平线。
河床1的中部设置有浆砌石拦水坝4，河床1的中部内侧设置有浆砌石拦水坝防水土流失结构，位于浆砌石拦水坝4上下游两端的河床1内侧依次对称设置有第一防水土流失结构5、石笼防水土流失结构6和第二防水土流失结构7。
浆砌石拦水坝4包括浆砌石基坑41以及浆砌石坝体43，结合图2所示。
浆砌石基坑41开设在河底3及部分河道2上，并呈矩形凹槽状设置。
浆砌石坝体43设置在浆砌石基坑41内，以不阻碍河道正常行洪为原则，浆砌石坝体43由若干块石依次堆砌而成。块石料应采用质地坚硬、无裂缝的新鲜岩石，不得有易剥落层，并具有较好的抗冻性和耐腐蚀性。块石的饱和抗压强度应大于60MPa，软化系数大于0.80，容重大于24kN/m3；粗料石要求棱角分明，六面基本平整，同一面最大高差小于1cm，其长度宜大于50cm，厚度宜大于25cm，长厚比不宜大于3。块石要求上下两面平行且大致平整，无尖角、薄边，其厚度不小于200mm；块石形状要求大致方正，宽度为厚度的1～1.5倍，长度为厚度的1.5～3倍。
浆砌石坝体43采用浆砌石结构，相对于格宾石笼结构，可以有效拦蓄河道内常流水，为上游水生植物生长提供条件。
浆砌石坝体43的顶部凸出河床1，地面外露高度低于现状河床0.5m，可以大大降低拦水坝对河道行洪的影响，同时对拦水坝自身安全有益。
浆砌石坝体43上设置有若干排管42，排管42用于连通位于浆砌石拦水坝4上下游两端的河床1，水流能够通过排管42对浆砌石坝体43上下游两端的河道内的水流进行输送。排管42上设置有手动闸阀46，手动闸阀46用于控制排管42的通断。
浆砌石拦水坝防水土流失结构包括第一河底防渗复合层44以及第一河道防渗复合层47。
第一河底防渗复合层44铺设在浆砌石基坑41内，用于使得河底起到防渗作用。第一河底防渗复合层44包括由内向外依次铺设在浆砌石基坑41内侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土和浆砌石坝基。
浆砌石基础中间设一道变形缝，缝宽2cm，缝内填充聚乙烯闭孔泡沫板，泡沫板与砌石之间的缝隙用砂浆充填。
第一河道防渗复合层47铺设在河道两侧壁上，用于使得河道起到防渗作用。第一河道防渗复合层47包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
位于浆砌石基坑41两侧的河道2下方设置有第一开挖料回填层45，沙质土回填应选择级配均匀的土质，第一开挖料回填层45的回填厚度为500～800mm。
第一防水土流失结构5包括第二河底防渗复合层以及第二河道防渗复合层。
第二河底防渗复合层铺设在河底，用于使得河底起到防渗作用。第二河底防渗复合层包括由内向外依次铺设在河底上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
第二河道防渗复合层铺设在河道两侧壁上，用于使得河道起到防渗作用。第二河道防渗复合层包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
石笼防水土流失结构6包括石笼基坑64、石笼防渗层62、第三河底防渗复合层61以及河卵石防渗层63，结合图3所示。
石笼基坑64开设在河道一侧壁上，形状为矩形凹槽状。
石笼防渗层62铺设在石笼基坑64内。石笼防渗层62包括由内向外依次铺设在石笼基坑64内侧壁上的复合土工膜、石笼和水生植物层。
石笼的参数为1000mm*1000mm*2000mm/1000mm*1500mm*2000mm。复合土工膜的参数为200g/0.5mm/200g。
第三河底防渗复合层61铺设在河底，用于使得河底起到防渗作用。第三河底防渗复合层61包括由内向外依次铺设在河底上的复合土工膜和钢筋混凝土。
钢筋混凝土护底配筋φ12@250网状筋，钢筋保护层厚度50mm，顺水流方向每隔10m设一道伸缩缝，护底中间设一道伸缩缝20mm，缝内填充聚乙烯闭孔泡沫板。复合土工膜的参数为200g/0.5mm/200g。
河卵石防渗层63铺设在河道另一侧壁上。河卵石防渗层63包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的复合土工膜和河卵石。
复合土工膜的参数为200g/0.5mm/200g。
位于石笼基坑64旁侧的河床上设置有第二开挖料回填层65，沙质土回填应选择级配均匀的土质，第二开挖料回填层65的回填厚度为500～800mm。
第二防水土流失结构7包括铺设在河底的第四河底防渗复合层71以及铺设在河道两侧壁上的第四河道防渗复合层72，结合图4所示。
第四河底防渗复合层71包括由内向外依次铺设在河底上的膨润土防水毯、500mm厚砂质土和散铺卵石。
第四河道防渗复合层72包括由内向外依次铺设在河道侧壁上的膨润土防水毯、100mm厚砂质土、格宾护垫和水生植物层。
本发明生态格网护垫卵石中值粒径宜介于12cm～16cm之间，不在外表面的填料可有15％的超出该范围；格宾护垫及石笼需每隔1m增设格宾网片；河底散铺卵石粒径大于10cm。
膨润土防水毯为钠基膨润土防水毯，膨润土防水毯规格为5kg/m2，非织造土工布质量不小于220g/m2，塑料扁丝编织土工布质量不小于120g/m2。膨润土防水毯包括基础层和保护层。
1)基础层设计
①钠基膨润土防水毯放置的基础层，相对密度不应小于0.6。
②钠基膨润土防水毯与建筑物连接需要拐角时，基础层面应设置为斜坡或圆弧面，斜坡宽度或圆弧半径不小于300mm，具体见图5和图6，图5和图6中11为钠基膨润土防水毯，12为修坡填土。
钠基膨润土防水毯与浆砌石拦水坝、护岸垂直面相接的地方应按照基础层设计的第②条进行铺设。
2)搭接及锚固设计
①钠基膨润土防水毯搭接不宜设在拐角处，搭接缝离拐角不应小于500mm。相邻幅面防水毯铺设，错缝间距不应小于600mm。
②搭接宽度不应小于500mm，在搭接部位上下两层防水毯中间，应均匀撒上0.6kg/m2～2.0kg/m2膨润土粉。斜坡上搭接部位两层钠基膨润土防水毯中间宜采用膨润土胶泥。
3)保护层设计
钠基膨润土防水毯上应设置保护层，保护层压实度不应小于80％。对于有种植要求的部位，保护层上应设置满足种植厚度的种植土层。
本发明中100mm厚砂质土、500mm厚砂质土、散铺卵石或石笼统称为砾石，覆盖的砾石，结合水生植物根系固土，能有效降低淤积。
水生植物层包括水生植物，水生植物以净化水质的优势物种芦苇香蒲为主，占比50％，搭配水生鸢尾、千屈菜、美人蕉等开花品种，深水区种植金鱼藻、黑藻等沉水植物，加速水质净化，种植莼菜、芡实等漂浮植物，为鱼类、昆虫、微生物提供食物及隐蔽区，营造自然多彩的湿地生态圈，兼顾观景、科普、生态等功能。利用植物控制退化或去除污染物，来缓解土壤、水和空气的污染。
本发明由河道低矮拦水坝结合坝址上游膨润土防水毯铺设+沙质土回填+砾石压盖+水生植物绿化，形成有效的水土流失防治和水环境改善系统工程。本发明能够避免裸露砂质河床受到雨水冲刷，同时下层膨润土防水毯铺设+沙质土回填+砾石压盖可有效利用山区丰富的砂石资源，避免外购壤土，降低了工程造价。同时膨润土防水毯的铺设可有效减小水流下渗，为水生植物生长创造条件，砂土回填、膨润土防水毯的上方压盖砾石可以对沙土形成一层保护层，减小水流对下层沙土的冲刷，降低了水流的携沙比，对降低下游河道(水库)的淤积有积极的作用。
本发明通过以上措施可有效维持现状河道纵坡，避免河床下切造成水土流失，可有效控制下游河道淤积问题，保障河道通畅；同时通过水生植物的生长改善水质，营造良好的水生态环境。
