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一种消落带水土保持系统及方法

2021-03-06 22:46:59

一种消落带水土保持系统及方法

  技术领域

  本发明涉及消落带治理技术领域,具体涉及一种消落带水土保持系统及方法。

  背景技术

  水库消落带又称涨落带或涨落区,是指水库因季节性水位涨落而使周边淹没土地周期性地出露于水面的一个特殊的区域。水库消落带在库区水体与陆岸之间形成一个巨大的环库生态隔离带,是一种特殊的水陆交错湿地生态系统。然而水位的周期性涨落将导致水土流失、植被破坏、地质灾害等危害,从而影响到水利水电工程功能的正常发挥、库区人民的生活财产和库区生态系统的可持续发展。

  消落带水土流失治理是实施流域生态环境保护、实现可持续发展的需要。然而,随着水位进一步反复消涨、流域内人为活动日益频繁,消落带水土状况日趋恶化,生态环境更加脆弱;再加上对流域保护的要求越来越高,库区消落带的保护与治理面临更大的压力。因此,迫切需要根据消落带的形成和演替规律,采取植物措施和工程措施相结合综合治理的方式,进行消落带生态屏障建设,防止水土流失,预防和减少地质灾害的发生,保持河岸、库岸带的稳定,增加物种多样性,改善生态环境。

  发明内容

  针对现有技术的上述不足,本发明提供了一种有效防治水土流失,具有固土护岸功能消落带水土保持系统机方法。

  为达到上述发明目的,本发明所采用的技术方案为:

  提供一种消落带水土保持系统,其包括若干基桩构成的隔离带,且隔离带上的基桩均匀设置,隔离带沿消落带坡度向上将消落带分割成沉水植物区、潜水植物区、两栖植物区、小型草木区和大型灌木区;沉水植物区、潜水植物区、两栖植物区、小型草木区和大型灌木区内分别种植有沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木;沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木均种植在沿消落带长度方向上开挖的种植槽内;

  相邻隔离带的基桩之间设置有紧贴消落带面的保护布块,保护布块的四个角固定在基桩的挂钩上,保护布块上开设有均匀的种植孔;隔离带内的基桩之间设置有竖直的防浪布块,防浪布块延伸到基桩的底部,且防浪布块固定在基桩的挂钩上;防浪布块上开设有若干条形通孔,若干条形通孔的上端均设置有布挡块,布挡块的尺寸大于条形通孔的尺寸;

  基桩置入消落带下方的硬岩层,基桩上设置有气囊,气囊与基桩内的充气通道连通,充气通道与基桩上端的充气口连接;气囊埋设在消落带表面的软土层内;充气通道上设置有气压传感器,气压传感器与基桩上端的处理器电连接,基桩的上端设置有无线传输模块,无线传输模块与处理器电连接,无线传输模块与监控终端无线连接。

  一种消落带水土保持系统的水土保持方法,其特征在于,包括以下步骤:

  S1:选择在枯水期在消落带上打下均匀的基桩,形成隔离带,确保基桩上的气囊置于软土层内,然后通过充气装置向气囊内充气,使气囊膨胀,达到设定的气压值P0;

  S2:将每个基桩进行编号1-N,每个基桩上气压传感器检测到的气压值分别为P1,P2,…,PN。

  S3:气压传感器每隔一段设定时间向监控终端发送采集的压力值;

  S4:采集一年之中枯水-蓄水-丰水周期内每个气压传感器的压力值,并绘制每个气压传感器采集的压力值-时间曲线,并计算枯水-蓄水-丰水周期内每个气压传感器采集的压力值的均值PS=(P1+P2+…+Pn)/n,其中n为一个气压传感器一年中枯水-蓄水-丰水周期采集的气压值次数;

  S5:计算一年中枯水-蓄水-丰水周期消落带上所有气压传感器采集的压力值的平均值PX=(P1+P2+…+PN)/N,其中N为气压传感器的个数;

  S6:判断消落带上枯水-蓄水-丰水周期内不同区域水土流失的等级,若气压传感器枯水-蓄水-丰水周期内采集的均值PS≥平均值PX,则判定此气压传感器监测的区域为一级水土流失,若均值PS<平均值PX,则判定为此气压传感器监测的区域为二级水土流失;

  S7:计算一级水土流失区域和二级水土流失区域的面积S1和S2,S1为一级水土流失区域内各个基桩所在点围成的消落带土壤面积,S2为二级水土流失区域内各个基桩所在点围成的消落带土壤面积;

  S8:利用S1和S2计算一级水土流失区域、二级水土流失区域内植物的种植密度M1=S1/V、M2=(S2/V)×1.5,其中,V为沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木生长所需的土壤面积;

  S9:在下一个枯水期根据计算的植物种植密度在隔离带上开挖种植槽,每两个种植槽之间形成阶梯:

  S10:向种植槽内按照计算的种植密度种植沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木,沉水植物、潜水植物和两栖植物通过种植盆放置在种植槽内,小型草木和大型灌木直接种植在种植槽内,填平种植槽;

  S11:将保护布块铺设在消落带土面上,并与基桩连接,剪出供植物生长的种植孔,然后再安装防浪布块。

  本发明的有益效果为:本方案根据消落带特殊的地形,通过将斜坡形的消落带分割成不同植物的种植区,分割出的不同种植区,具有不同的地理、水域和种植环境,有针对性的种植适应生长的植物,促进植物吸沙固土的功能,有效的防止消落带的水土流失,有效的预防和减少河流库岸带地质灾害的发生,保持河流库岸带的稳定,增加物种多样性,改善生态环境。

  保护布块在种植前期保护植物种植的表面水土流失,防止由于水的冲刷,植物脱离土层上浮,种植失败。防浪布块能阻挡水浪对植物和消落带的冲击,退浪时布挡块堵住条形通孔,防止泥沙被浪带走,进一步减少水土流失。种植成功后,植物根系发达,拆下保护布块和防浪布块,可循环使用。

  通过基桩上的气囊监测水土流失的情况,气囊埋设在软土层内,随着水的冲刷,软土层变薄,软土层对气囊的压力减少,甚至气囊裸露,气囊压力的变化也就代表水土流失的程度。通过计算出水土流失的等级,确定植物的种植面积,针对不同区域的水土流失程度,具有针对性的种植植物,使水土流失的治理更加科学化、规范化。

  附图说明

  图1为消落带水土保持系统的截面剖视图。

  图2为基桩在消落带上的分布图。

  图3为防浪布块的背水面结构示意图。

  图4为种植盆的结构示意图。

  图5为基桩的机构示意图。

  其中,1、种植孔,2、保护布块,3、全景相机,4、挂钩,5、防浪布块,6、基桩,7、气囊,8、充气通道,9、气压传感器,10、处理器,11、报警灯,12、充气口,13、条形通孔,14、布挡块,15、种植槽,16、生长孔,17、养料层,18、透气隔板,19、种植盆,20、鹅卵石层,21、潮汐发电机,A、沉水植物区,B、潜水植物区,C、两栖植物区,D、小型草木区,E,大型灌木区,a,风水期,b、枯水期。

  具体实施方式

  下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

  如图1至图5所示,本方案的消落带水土保持系统包括若干基桩6构成的隔离带,且隔离带上的基桩6均匀设置,隔离带将消落带分割成阶梯,隔离带沿消落带坡度向上将消落带分割成沉水植物区A、潜水植物区B、两栖植物区C、小型草木区D和大型灌木区E;沉水植物区A、潜水植物区B、两栖植物区C、小型草木区D和大型灌木区E内分别种植沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木;沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木均种植在沿消落带长度边沿方向上开挖的种植槽15内。

  相邻隔离带的基桩6之间设置有紧贴消落带面的保护布块2,保护布块2的四个角固定在基桩6的挂钩4上,保护布块2上开设有均匀的种植孔1,种植的植物穿过种植孔1;隔离带内的基桩6之间设置有竖直的防浪布块5,防浪布块5形成横向的阻挡。防浪布块5延伸到基桩6的底部,且防浪布块5固定在基桩6的挂钩4上。防浪布块5上开设有若干条形通孔13,若干条形通孔13的上端均设置有布挡块14,布挡块14的尺寸大于条形通孔13的尺寸。

  基桩6置入消落带下方的硬岩层,基桩6上设置有气囊7,气囊7与基桩6内的充气通道8连通,充气通道8与基桩6上端的充气口12连接;气囊7埋设在消落带表面的软土层内;充气通道8上设置有气压传感器9,气压传感器9与基桩6上端的处理器10电连接,基桩6的上端设置有无线传输模块,无线传输模块与处理器10电连接,无线传输模块与监控终端无线连接。

  保护布块2在种植前期保护植物种植的表面水土流失,防止由于水的冲刷,植物脱离土层上浮,种植失败。防浪布块5能阻挡水浪对植物和消落带的冲击,退浪时布挡块14堵住条形通孔13,防止泥沙被浪带走,进一步减少水土流失。种植成功后,植物根系发达,拆下保护布块2和防浪布块5,可循环使用。

  通过基桩6上的气囊7监测水土流失的情况,气囊7埋设在软土层内,随着水的冲刷,软土层变薄,软土层对气囊7的压力减少,甚至气囊7裸露,气囊7压力的变化也就代表水土流失的程度。通过计算出水土流失的等级,确定植物的种植面积,针对不同区域的水土流失程度,具有针对性的种植植物,使水土流失的治理更加科学化、规范化。

  沉水植物、潜水植物和两栖植物均种植在种植盆19内,种植盆19为可降解纸质材料,种植盆19的底部设置有生长孔16,种植盆19内填充有种植土壤,种植盆19放置在种植槽15内。种植土壤包括底部的养料层17,养料层17的上方设置有透气隔板18,透气隔板18上设置有若干透气孔,透气隔板18上填充有若干鹅卵石层20,养料层17四周的种植盆19上开设有若干通孔,透气隔板18为可降解纸质材料。

  沉水植物、潜水植物和两栖植物的植株矮小,抗风浪击打能力弱,在种植时的种植盆19可有帮助植物根系固定在消落带土层内,抵抗风浪的打击。种植盆19在植物生长的过程中逐渐降解,当植株根系发达后,种植盆19完全降解,不妨碍根系生长,同时养料能完全渗透到土层内。养料在种植前期不会因为风浪的冲刷而丢失,避免污染水质,影响植株生长。

  基桩6的上端设置有报警灯11,基桩6的上端通过相机支架设置有全景相机3,报警灯11和全景相机3均与处理器10电连接。沉水植物区A和潜水植物区B内的基桩6上设置有潮汐发电机21,潮汐发电机21与基桩6内的蓄电池点连接,蓄电池与处理器10电连接。

  报警灯11正常状态下亮绿灯闪烁,当监测的气囊7的压力低于设定值时,表明此片区域周围的消落带土壤冲刷严重,此时报警灯11亮红灯闪烁,工作人员可通过指示灯闪烁的指引,到达现场观察植物生长情况,以及消落带水土流失情况。潮汐发电机21利用潮汐和风浪发电,提供电能,全景相机3可定时拍摄图片,发送给后方的监控终端,实现远程监控,观察植物生长情况。

  保护布块2和防浪布块5的四个角上均设置有拉环,挂钩4为软质金属。安装时,保护布块2和防浪布块5可快速的固定在挂钩4上,拆卸时,直接扭开挂钩4,操作方便简单、。

  本方案的消落带水土保持系统的水土保持方法包括以下步骤:

  S1:选择在枯水期b在消落带上打下均匀的基桩6,形成隔离带,确保基桩6上的气囊7置于软土层内,然后通过充气装置向气囊7内充气,使气囊7膨胀,达到设定的气压值P0;

  S2:将每个基桩6进行编号1-N,每个基桩6上气压传感器9检测到的气压值分别为P1,P2,…,PN。

  S3:气压传感器9每隔一段设定时间(间隔10天或15天)向监控终端发送采集的压力值;

  S4:采集一年之中枯水-蓄水-丰水周期内每个气压传感器9的压力值,并绘制每个气压传感器9采集的压力值-时间曲线,计算枯水-蓄水-丰水周期内每个气压传感器9采集的压力值的均值PS,PS=(P1+P2+…+Pn)/n,其中n为一个气压传感器9一年中枯水-蓄水-丰水周期采集的气压值次数;

  S5:计算一年中枯水-蓄水-丰水周期消落带上所有气压传感器9采集的压力值的平均值PX,PX=(P1+P2+…+PN)/N,其中N为气压传感器9的个数;

  S6:判断消落带上枯水-蓄水-丰水周期内不同区域水土流失的等级,若气压传感器9枯水-蓄水-丰水周期内采集的均值PS≥平均值PX,则判定此气压传感器9监测的区域为一级水土流失,若均值PS<平均值PX,则判定为此气压传感器9监测的区域为二级水土流失;

  S7:计算一级水土流失区域和二级水土流失区域的面积S1和S2,S1为一级水土流失区域内各个基桩6所在点围成的消落带土壤面积,S2为二级水土流失区域内各个基桩6所在点围成的消落带土壤面积;

  S8:利用S1和S2计算一级水土流失区域、二级水土流失区域内植物的种植密度M1=S1/V、M2=(S2/V)×1.5,其中,V为沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木生长所需的土壤面积;

  S9:在下一个枯水期b根据计算的植物种植密度在隔离带上开挖种植槽15,每两个种植槽15之间形成阶梯:

  S10:向种植槽15内按照计算的种植密度种植沉水植物、潜水植物、两栖植物、小型草木和大型灌木,沉水植物、潜水植物和两栖植物通过种植盆19放置在种植槽15内,小型草木和大型灌木直接种植在种植槽15内,并填平种植槽15;

  S11:将保护布块2铺设在消落带土面上,并与基桩6连接,剪出供植物生长的种植孔1,然后再安装防浪布块5。

  本方案根据消落带特殊的地形,通过将斜坡形的消落带分割成不同植物的种植区,分割出的不同种植区,具有不同的地理、水域和种植环境,有针对性的种植适应生长的植物,促进植物吸沙固土的功能,有效的防止消落带的水土流失,有效的预防和减少河流库岸带地质灾害的发生,保持河流库岸带的稳定,增加物种多样性,改善生态环境。

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