生态沟渠文献整理.docx

1、抗侵蚀型生态沟渠构建及其稻田应用效果 王振旗 沈根祥 环境工程学报 1.1功能结构设计本研究设计的生态沟渠为排渍排涝两用，经原有简易土沟改造而成，横截面 仍采用经典倒梯形，结构为预制混凝土多孔板型沟深依据《灌溉与排水设计规 范》（GB50288-99）对排水沟排滞要求确定，即稻作区在晒田期3〜5 d内应确 保地下水埋深降至0.4〜0.6 m;沟渠上、下宽尺寸则根据排涝设计流量校核另外，原有简易土质沟渠边坡已严重平缓化，尤其沟体中下部损毁严重因 此，需根据沟渠受排水水力冲刷特征，对沟渠边坡采取经济合理的加固措施，并 按照水生植物生长特征和拦截去除机理，合理设置植物种植孔，以延长生态沟渠 的使用寿命，减少维护成本1.2沟体尺寸按照《灌溉与排水设计规范》对排水沟渠的功能要求，结合当地田块沟渠间 距（100〜250 m不等）特征，沟渠采用平底，根据水流坡降，选取排滞深度为0.6 m，日常水深0.1〜0.2 m，超高0.2 m，从而确定沟深为1.0 m排涝需满足10年一遇的1〜3 d暴雨3〜5d排至耐淹水深的要求，而上海地 区10年一遇的1日降雨量为176 mm，排涝设计模数按2.0 m3/（ km2 • s）计，在 该流量下流速应满足不冲不淤的要求。

渠底宽度取最小值0.5 m，边坡系数取0.25 时，按流量校核，流速可满足规范要求，但考虑到生态沟渠水生植物占用的渠道 体积和当地的习惯做法，沟壁边坡系数放大至0.4,则上宽为1.3 m，较传统混凝 土渠横截面积扩大了 25%1.3种植孔设计为最大程度降低开孔对沟底和沟壁预制板造成的强度损伤，种植孔选取有效 面积大和无应力集中点的圆形孔沟底板尺寸设为500 mmX 1200 mm，利用污 水处理技术中的廊道原理，并根据常规水生植物最小生长面积，采用“S”型交 错方式布设3个D150 mm孔洞，可减缓流速，并能有效拦截SS沟壁多孔板尺 寸设为600 mm X 1200 mm，根据常年降雨特征和农田排水径流比（取35% ），计 算得出沟渠不同深度的侧壁受水流冲刷概率见图2所示,沟壁在距沟底40 cm以 上受排水冲刷造成的破坏风险显著降低因此，沟壁板种植孔开设于距板底45cm 以上，设12个D100 mm 孔洞1.4稳固性设计强度设计部分采用广泛应用于岩土工程域（该研究针对上海）的三维植被网护 坡技术施工过程中，在沟壁土体夯实的基础上，贴紧铺设一层三维植物网EM2 （EM2、EM3、EM4就是几层的意思），上端预留有100 mm伸入沟壁顶部的廊 道上，之后铺盖预制沟壁多孔板。

由此，可利用沟壁植物根系与三维植物网的锚图4抗战她型玲慰沟染描尚面固作用达到沟渠结构稳定，待沟壁植物 生长稳定后，其表面形成了一层“板- 网-根-草”的复合护面层，大大增强了 纵向雨水和横向水流的冲蚀能力结合 钟春欣等的研究结果可知，该沟渠抗坡 面侵蚀强度较裸露土质沟渠可提高2 倍以上；实际应用表明，其强度基本可 达到全混凝土型排水沟渠综上，抗侵 蚀型生态沟渠断面见图4所示1.5植物配置按照植物量大、净化效果好、易于回收利用的筛选原则，并借鉴前人对各类 水生植物湿地净化效果的研究成果（李建娜胡曰利等人工湿地污水处理系统中 的植物氮磷吸收富集能力研究），沟底交错种植梭鱼草，采用幼苗移栽方式；沟 壁种植孔种植狗牙根草（Cynodon dactylon），采用草皮移植方式梭鱼草属多年 生挺水类草本植物，花期5—10月，株高80〜150 cm，植物量大，喜肥喜湿， 在人工湿地系统构建中应用普遍；狗牙根草属禾本科暖季型草坪草，株高10〜 30 cm，匍匐茎发达，抗旱抗湿，是一种优良的固土护坡植物沟渠水生植物主要起到减缓流速、拦截吸收等作用，并可为根系微生物降解 提供必要的泌氧环境实践表明，狗牙根草长势良好，基本可以全部覆盖两侧沟 壁，稳定期生物量约0.54 kg /m沟渠；梭鱼草花期生物量约0.36 kg /m沟渠。

1.6结果受水生植物阻挡拦截作用影响，SS在径流产生初期均下降较快；生态沟渠 SS拦截效果显著高于对照沟渠，停留72 h后达到59.5%，为对照沟渠的2 倍以上农田径流排水TN污染物浓度为4.43〜5.39 mg/L，TP污染物浓度 为0.50〜0.72mg / L，在生态沟渠中停留时间超过48h后，TN和TP污染物 浓度降幅趋于平缓，分别达1.6 mg /L和0.26 mg / L，总体去除率分别为57.8% 和45.3%而对照混凝土排水渠径流TN、TP污染物虽整体随停留时间呈下降 趋势，但去除率仅10%左右，主要是拦截沉淀了一部分吸附态氮磷，且浓度波 动较大因此，本文设计建造的抗侵蚀型生态沟渠在稻田面源污染控制中的效果显著，与 过去研究结果一致2、农田排水沟渠对氮磷的去除效应及管理措施博士论文中科院沟渠植物由于其生长周期的关系对氮磷的吸附速度较慢，仅在其生长期封存所吸 收的氮、磷，而冬季由于植株的分解又重新释放氮、磷（Kroger et al. , 2008因 此沟渠中的植物生长到衰老期后，若不及时收割，植物腐烂分解时体内吸收的磷 又会重新释放出来，造成二次污染一般野生型沟渠植物经济价值低，人们不愿 主动收割，若利用经济型植物如菱白等，就可引导人们定期收割植物，有效防治 植物体内磷素的二次污染（姜翠玲等，物体2007）。

自然沟渠中植物数量有限，植 物对沟渠系统中磷的吸附容量也是有限的，通过人为配置栽种植物，尤其是经济 类植物如菱白、水稻、空心菜、甄豆等，合理搭配种植，充分利用有限的空间， 增加生物量，不仅提高磷的去除率，亦可增加经济收入杨林章等（2005）研究了 主要由工程部分和植物部分组成的生态拦截型沟渠系统（沟壁由蜂窝状水泥板构 成，其中在水泥板上均匀布孔以利于其后的植物构建），能减缓水速，促进流水 携带颗粒物质的沉淀，有利于构建植物对沟壁、水体和沟底中逸出养分的立体式 吸收和拦截，从而实现对农田排出养分的控制，其中沟渠系统对农田径流中总氮、 总磷的去除效果分别达到48.36%和40.53 %同时，杨林章研究了沟渠辅助技术 一一拦截箱，箱中填充的基质对水体中的营养物质具有吸附作用，基质和生长其 上的植物共同组成一个功能完整的小单元，这有助于沟体拦截水流，降缓水速 另外，还通过采用不同的护坡技术如生态混凝土、生态砖、护坡网与水生植物复 合的方式，既可达到护坡效果，有利于植物生长，改善沟渠生态系统在野外排水沟渠实验，为了减少各沟渠间底泥、植物等的差异，确保沟渠水 文条件、地形等自然条件一致，实验选择一条长40m的排水沟渠。

沟渠上口宽2.0m,沟底宽0.8m，深度0.8m，断面呈倒梯形将所选沟渠等分为2段，1段 保持原状，为对照沟渠（D3）;另一段在沟底和沟壁分别补种芦苇，沟底为40株 /mzm，沟壁为50株/mz，每隔4m布设一个基质坝（长0.9m、宽0.3m、高0.2m 记为植草沟渠（D2沟渠两端设置闸阀，调控沟渠进出水，沟渠内部布设见图1-2 在沟渠中后段设置上覆水和孔隙水采样点，分别研究动态、静态条件下植草沟渠 截留氮磷的能力动态实验进水流速为O.SSm/s，取样监测水中NH4-N ,N03-N, P04 P, TN, TP浓度的动态变化静态实验:沟渠进水达到设置水位后，停止进水，定期 采集渠水和底泥孔隙水水样，分析水中NH4-N, N03-N, P04 P,TN, TP浓度;在实验前 后采集植物、底泥、基质坝基质样品，测定TN, TP含月巨3、人工湿地污水处理系统中的植物氮磷吸收富集能力研究李建雄摘要：比较研究了人工湿地污水处理系统中7种植物对氮、磷的吸收能力研究 表明所选7种湿地植物稳定生长4个月后平均总生物量在1 215 -3 500 g/m2植物 氮、磷平均质量浓度分别为13.76 -23. 11.1.44 -3. 80 mg/g。

香蒲具有最高氮积累 量达48. 18 g/m，梭鱼草具有最高磷积累量为7.23 g/m，姜草对氮、磷的积累量 最低分别为21. 40.1. 68 g/ m2植物地上部氮、磷积累量与地下部的氮、磷积累 量差异较人，除姜草外，植物地上部、地下部的氮、磷积累量比均人于3,黄花 美人蕉地上部、地下部的氮、磷积累量比分别达11.75、12.10通过植物收割去 除氮、磷量约占湿地总去除量的2%—6%在所试验的7种湿地植物中，TN依次为梭鱼草＞芋＞姜草〉红花美人蕉〉黄花 美人蕉＞矮象草〉香蒲;TP依次为梭鱼草〉红花美人蕉＞芋＞矮象草〉黄花美人蕉〉香 蒲〉姜草可见，梭鱼草无论是对氮还是对磷都表现出较强的吸收富集能力，姜 草对氮的吸收富集能力强于对磷，香蒲对氮、磷的吸收富集能力表现较差，而其 他几种植物的TP都在2.5mg/ g左右，TN在16 一 21 mg/g4、用于农田非点源污染控制的生态拦截型沟渠系统及其效果杨林章（太湖） 4.1其它辅助工艺（拦截坝和拦截箱）的设计（新技术）拦截坝的横截面示意图见图3,它具有中位、底位两个排水孔，根据需要可将拦 截段的水位分为排干、半满和溢流3种状态，拦截坝的高度为30 cm。

拦截箱是生态拦截型沟渠中的又一重要辅助成分，拦截箱由箱体、基质和植 物组成，箱体四周为孔状结构，水流能顺利进出箱体，内充基质拦截箱有助于 沟体拦截水流，降缓水速，其中填充的基质对水体中的营养物质具有吸附作用， 它和生长其上的植物共同组成一个功能完整的小单元，拦截箱有选择性地在沟中 水体污染严重地段或沟渠系统末端摆放以加强沟渠系统的去除功能4.2结论初步试验的结果表明，生态拦截型沟渠不另外占用土地，其新颖的工程构造 （沟体较深、拦截坝和拦截箱）有利于减缓水速，促进水流所携带颗粒物质的沉淀 沟壁植物能吸收侧渗水体中的营养成分，沟底植物对水流中养分具有吸收作用， 并有利于水流中携带泥沙、颗粒物质的沉降，生态拦截型沟渠通过对沟壁、水体 和沟底中养分的立体式拦截作用实现对农田流失氮磷的控制，对农田排水中氮磷 的平均去除率达48. 36%和40.53%三维植被网规格 指标项目 EM2 EM3 EM4 EM5单位面积质量g/皿N220 N260 N350 N430厚度（mm） N10 N12 N14 N16最大抗拉力（纵横）KN/m N0.8 N1.4 N2.0 N3.2产品规格及性能参数规 格 三维网Em2 三维网Em3 三维网Em4 三维网Em5质控抗拉强度（KN/m）N0.81.42.03.2克重(g/m) 220260350430厚度（mm）10121416宽幅（m）2.02.02.02.0产品用途：1. 在草皮没有长成之前，可以保护土地表面免遭受风雨的侵蚀，同时在播 种初期稳固草籽。

试验证明：草皮形成以前，当坡度为45o时，土工网垫的固土 阻滞率高达97.5%，当坡度为600时，土工网垫的固土阻滞率仍高达84%，可见 三维网具有极好的固土效果，提高了边坡的抗冲刷能力2. 植物生长起来后形成的复合保护层可经受高水位、大流速作为土工网垫应用土工合成材料的协会而言，不能长期将加筋土工程的设计 水平、规模大小局限在某个范围之内，也不能人云亦云、忽略国情，更不能无批 判地照抄照搬人家的东西，要讲科学，开拓创新我们之所以强调既要尊重任何 材料都有长期强度问题，但又要实事求是地联系产生问题的环境和条件，并力求 改善它的蠕变和强度衰减缺陷因为这涉及到唯物辩证的科学态度和专门（国产） 工业技术发展的问题必须从原材料的基本性能和加工工艺技术着手，密切结合 工程实际与试验研究，用具体资料和调研成果来说话其间陆续（间断）花了两年 多的功夫，现汇报如是一种三维结构的适用于水土保持的新型土工合成材料，可有效的防止水土流 失，增加绿化面积，改善。