生态沟渠文献整理

1、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 35 d 内应确保地下水埋深降至 0.40.6 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

2、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( 100250 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0.10.2 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13 d暴雨35d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

3、，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 mm×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×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

4、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

5、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 510 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

6、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

7、 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

8、。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

9、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，

10、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

11、。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 李建娜 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

12、，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26。 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

13、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/g。4、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

14、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

15、面积质量g 220 260 350 430厚度(mm) 10 12 14 16最大抗拉力(纵横)KNm 0.8 1.4 2.0 3.2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) 0.8 1.4 2.0 3.2 克重(g/m) 220 260 350 430 厚度(mm) 10 12 14 16 宽幅(m) 2.0 2.0 2.0 2.0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60o时，土工

16、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

17、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，改善生态环境。可替代混凝土、沥青、抛石等坡面防护材料，主要用于公路、铁路、河道、堤坝、山坡等坡面防护；在草皮没长成之前，可以保护土地免遭风雨侵蚀；植物生长起来之后形成的复合保护层可以经受高水位，大流速的冲刷；可大幅度降低工程造价，造价仅为混凝土护坡和干砌石护坡的1/7，浆砌块石护坡的1/8；由于采用高分子材料以及UV抗紫外线稳定剂，其化学稳定性高，对环境无污染（降解型的网垫二年后在土中可不留痕迹）；施工简便，在地表平整后，即可施工。供应三维植被网垫EM2，三维植

18、被网EM3价格（供货多少钱一平）我公司（泰安鼎诺）生产及销售各种规格膨润土防水毯，土工布：短纤针刺土工布，无纺土工布，园林绿化土工布，公路养护土工布，防渗水土工布，反滤透水土工布，土工膜水产养殖土工膜，hdpe土工膜，藕池防渗膜，hdpe防渗膜，】，复合土工膜【两布一膜/一布一膜】，软式透水管，塑料盲沟，三维植被网,塑料土工格栅，钢塑、玻纤、涤纶土工格栅等工程材料,厂家直销一三维网护坡的基本原理1.三维网护坡的概念 三维网护坡是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统，通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术。根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点，

19、在边坡表面覆盖一层土工合成材料并按一定的组合与间距种植多种植物。通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的，经过生态护坡技术处理，可在坡面形成茂密的植被覆盖，在表土层形成盘根错节的根系，有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，减小孔隙水压力和土体自重力，从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。2.三维网的护坡机理 植被的抗侵蚀作用是通过它的三个主要构成部分来实现的：一是植物的生长层（包括花被、叶鞘、叶片、茎），通过自身致密的覆盖防止边坡表层土壤直接遭受雨水的冲蚀，降低暴雨径流的冲刷能量和地表径流速度，从而减少土壤的流失；二是腐质层（包括落叶层与根茎交界面），为边坡表层土壤提供了

20、一个保护层；三是根系层，这一部分对坡面的地表土壤加筋锚固，提供机械稳定作用。一般情况下，在植物生长初期，由于单株植物形成的根系只是松散地纠结在一起，没有长卧的根系，易与土层分离，起不到保护作用。而三维网的应用正是从增强以上三方面的作用效果来实现更彻底的浅层保护。一是在一定的厚度范围内，增加其保护性能和机械稳定性能；二是由于三维网的存在，植物的庞大根系与三维网的网筋连接在一起，形成一个板块结构（相当于边坡表层土壤加筋），从而增加防护层的抗张强度和抗剪强度，限制在冲蚀情况下引起的“逐渐破坏”（侵蚀作用会对单株植物直接造成破坏，随时间推移，受损面积加大）现象的扩展，最终限制边坡浅表层滑动和隆起的发生

21、。3.三维网护坡的作用 三维网护坡技术综合了土工网和植物护坡的优点，起到了复合护坡的作用。边坡的植被覆盖率达到30%以上时，能承受小雨的冲刷，覆盖率达80%以上时能承受暴雨的冲刷。待植物生长茂盛时，能抵抗冲刷的径流流速达6m/s，为一般草皮的2倍多。土工网的存在，对减少边坡土壤的水分蒸发，增加入渗量有良好的作用。同时，由于土工网材料为黑色的聚乙烯，具有吸热保温的作用，可促进种子发芽，有利于植物生长。4.快速防护措施 当工期与植被培植期发生矛盾，在工程刚竣工即进入暴雨季节时，需采取“加筋草皮”对工程进行快速防护，以便竣工后即可得到全面覆盖的防冲刷植被。“加筋草皮”采用三维网在草坪种植场或工地附近

22、的空地上预先培植好草皮，成坪后即可整卷或分块卷起，然后铺设至需防护的边坡上。在难以治理的干旱地区，可使用土壤凝结剂，把选择好的适合的草籽，经过特殊处理后，与土壤凝结剂拌和喷洒（也可以先播草籽，而后再施用土壤凝结剂）。经土壤凝结剂处理后的坡面，草籽和土壤不会因风吹雨淋而流失，同时凝结剂又降低了土壤中水分的蒸发，在一定程度上保证了草籽的水分供应，大大提高草籽的成活率。二施工工艺1.边坡处理 将边坡上杂石碎物清理干净，将低洼处回填夯实平整，确保坡面平顺。2.铺设三维网铺设 将三维网沿坡面由上至下铺于坡面上，网与坡面之间保持平顺结合。预埋 三维网铺于坡顶时需延伸4080cm，埋于土中并压实。锚固 将三

23、维网自下而上用6mm以上的U型钢筋将三维网固定，U型钢筋长约1530cm，宽约8mm，U型钢筋间距约1.52.5m，中间用8U型铁钉或竹钉进行辅助固定。覆土 三维网铺设完毕，将泥土均匀覆盖于三维网上，将网包覆盖住，直至不出现空包，确保三维网上泥土厚度不小于12mm。然后将肥料、生长素、粘固剂按一定比例混合均匀，施洒于表层。肥料为氮:磷:钾=15:15:15或氮:磷:钾=10：8：7的复合肥及含N有机质，肥量约为3050g/。 3.喷播 覆土回填完毕，进行液压喷播，即将草籽(按每平方25克左右喷播)和促使其生长的附着剂、木纤维、肥料、生长素、保湿剂及水按一定比例混合搅拌，形成均匀混合液，通过液压

24、喷播机均匀喷洒于坡面上。4.覆盖 喷播植草施工完成之后，在边坡表面覆盖无纺布，以保持坡面水分并减少降雨对种子的冲刷，促使种子生长。若温度太高，则无需覆盖，以免病虫害的发生。5.养护管理 喷草施工完成之后，必需定期进行养护，直到草坪成坪。待草坪长至5cm左右时，即可揭开无纺布。三维植被网/土工网垫施工方便。 1、固土作用十分明显。试验证明：在草皮未形成前，当坡面斜角为45度时，三维植被网垫的固土阻滞率高达97.5%,当斜面为60度时,其阻滞率也高达60%.也就是说,本不应该或不可能存留土的铅直坡面上,由于该网垫的存在,仍可保留阻滞住60%的土,因此,三维植被网垫具有极好的固土效果,远远胜于平面网

25、. 2、在草皮没长成之前，可以保护坡面免遭风雨侵蚀。 3、草种撒上以后，可以牢固地保持草种均匀地分布在边坡上，免受风吹雨冲而散失。 4、草皮长成后，和网垫及泥土三者形成一种牢固的复合力学嵌锁体系，可防止暴雨及狂风的冲袭，并可经受高水位、大流量的冲击，代替混凝土、浆砌片石等作为永久性的护坡层 5、采用黑色网垫，有利于吸收大量热能，增加地温，促进种子发芽，延长植物生长期。 6、由于表面粗糙不平，使用、水流在网垫表面产生无数小涡流，能起到消能作用，促使其携带物沉积在网垫中。 7、采用高分子材料PE及碳黑添加剂，其化学稳定性可靠，在地下寿命可长达50-100年，能在整个交通及水利工程设计年限里发挥这种复合力学嵌锁体系作用（如有特殊需要，可采用降解型塑料，网垫在数年后便可在土壤中消失，不留痕迹）。 8、绿色植被能吸收机动车尾气，并可以美化景观，保护环境、绿化公路、铁路沿线。三维土工网垫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，改善生态环境。 1）可替代混凝土、沥青、抛石等坡面防护材料，主要用于公路、铁路、河道、堤坝、山坡等坡面防护。2）在草皮没长成之前，可以保护土地免遭风雨侵蚀。3）植物生长起来之后形成的复合保护层可以经受高水位，大流速的冲刷。4）可大幅度降低工程造价，造价仅为混凝土护坡和干砌石护坡的1/7，浆