本實(shí)用新型涉及一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的提高和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，輸出到環(huán)境中的污水超過環(huán)境的自然凈化能力造成水環(huán)境惡化。據(jù)《2014年中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國423條主要河流、62座重點(diǎn)湖泊(水庫)開展了水質(zhì)監(jiān)測，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水質(zhì)斷面分別占3.4％、30.4％、29.3％、20.9％、6.8％、9.2％，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、總磷和五日生化需氧量。329個(gè)地級(jí)及以上城市開展了集中式飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測，達(dá)標(biāo)率占96.2％。水質(zhì)優(yōu)良級(jí)的監(jiān)測點(diǎn)比例為10.8％，良好級(jí)的監(jiān)測點(diǎn)比例為25.9％，較好級(jí)的監(jiān)測點(diǎn)比例為1.8％，較差級(jí)的監(jiān)測點(diǎn)比例為45.4％，極差級(jí)的監(jiān)測點(diǎn)比例為16.1％。地下水和地表水污染指標(biāo)有總硬度、錳、鐵和氟化物、重金屬和有毒有機(jī)物污染。全國城市供水30％源于地下水，北方城市達(dá)89％，城市地下水質(zhì)普遍惡化。飲用水亦被污染，飲用水的安全性與人體健康直接相關(guān)，我國城鎮(zhèn)附近水體受污染率較高，對(duì)數(shù)億人口飲用水的安全性構(gòu)成重大威脅。
黃河作為我國北方重要的水源地，近年來水資源質(zhì)量問題極為突出。以黃河為例，黃河水具有水少、沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)的基本特性。黃河多年平均天然徑流量為534.8億m3，徑流量不及長江的5％，來沙量為16億t，為長江的3倍，水質(zhì)比較渾濁?，F(xiàn)已具備的水庫表現(xiàn)在單庫調(diào)水造峰時(shí)水位較高、出庫含沙量低，不能充分發(fā)揮水流的輸沙能力，而排沙運(yùn)用時(shí)水位低，不能調(diào)節(jié)足夠的水量滿足“大水帶大沙”的要求。另外，隨著黃河沿岸工礦企業(yè)的增多，黃河的水質(zhì)污染污染也變得越來越突出。特別是礦業(yè)、冶煉、電池、電鍍等重金屬排放量大的行業(yè)領(lǐng)域，由于重金屬污染的治理成本較高，而違規(guī)排污的監(jiān)管和處罰力度也都存在著較大問題，因此重金屬污染物的偷排現(xiàn)象屢禁不止，這便導(dǎo)致了黃河中上游重金屬污染物出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，下游更因此接納了大量的污染物，嚴(yán)重危害人民生產(chǎn)、生活用水的安全性。作為我國北方地區(qū)重要的飲用水水源，對(duì)黃河污染物的合理控制和治理是亟需解決的重要問題。
對(duì)于地質(zhì)基礎(chǔ)條件氟含量較高的地區(qū)，地下水多存在氟含量超標(biāo)的現(xiàn)象，對(duì)于人畜安全用水造成嚴(yán)重威脅。以黃河沿岸的渭南市為例，據(jù)衛(wèi)生部門普查，除華縣、潼關(guān)外，其他各縣市、區(qū)地下水都不同程度存在含氟量超標(biāo)，最嚴(yán)重的是大荔、蒲城、富平縣，其次為臨渭區(qū)、澄城、合陽等縣。按照飲用水樣分析，超過生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)0.5～1.0mg L-1的占57％，其中含氟量超過4.0mg L-1的占8％，2.1～4.0mg L-1的占43.5％，1.1～2.0mg L-1的占48.5％；全市有100多萬人處于高氟水區(qū)，患氟斑牙有72萬人，患氟骨癥4.9萬人。
因此，為解決全國普遍存在的水源安全問題，為人畜飲用水、生活用水提供潔凈水源，實(shí)施成本低、效果優(yōu)、規(guī)模大、生態(tài)化的水源凈化工程手段勢在必行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決飲用水水源重金屬污染的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)及凈水方法，為人畜用水提供潔凈水源。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括由主河道至人工河道依次設(shè)置的第一凈水區(qū)、第二凈水區(qū)和第三凈水區(qū)；所述人工河道為飲用水水源區(qū)；
所述第一凈水區(qū)一側(cè)緊鄰主河道，第一凈水區(qū)是在沙洲上堆建而成的控導(dǎo)壩體，所述控導(dǎo)壩體的頂端比主河道平均水位高出3-6米；
所述第二凈水區(qū)位于第一凈水區(qū)的另一側(cè)，第二凈水區(qū)包括填覆于主河道沙洲上的耕作層，所述耕作層底端比主河道平均水位高出1-5米，所述耕作層的厚度為20-50厘米；
所述第三凈水區(qū)位于第二凈水區(qū)和人工河道之間，第三凈水區(qū)包括挖掘沙洲土體后設(shè)置的水耕熟化層，挖掘沙洲土體后的地下水位保證水耕熟化層可蓄水；所述水耕熟化層的厚度為30-40厘米，在水耕熟化層表面自然形成5-30厘米厚度的明水層，明水層頂端比主河道平均水位低2-3米；
所述第三凈水區(qū)與人工河道之間還設(shè)置有隔離壩；所述隔離壩的頂端比人工河道的平均水位高出2-3米。
上述第二凈水區(qū)的耕作層底端比主河道平均水位高出1-3米，所述耕作層上種植景觀植物。
上述第二凈水區(qū)的耕作層底端比主河道平均水位高出3-5米，所述耕作層上種植景觀林木、經(jīng)濟(jì)作物和/或糧食作物。
上述第三凈水區(qū)的水耕熟化層種植水生植物。
上述水耕熟化層是由第三凈水區(qū)底部土體進(jìn)行翻耕構(gòu)建形成的。
本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型在原有的堤壩修筑需求的基礎(chǔ)上搭建了大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)，在主河道長期沖流而成的沙洲上嚴(yán)格劃分凈水治理區(qū)域，基于河道的水文特征和地勢特點(diǎn)進(jìn)行側(cè)滲水原位凈化處理，本身依托并利用了河道堤壩的建設(shè)，在河道原址進(jìn)行凈化而不需要再另外選址，不僅解決了運(yùn)送傳輸問題，而且提高了處理量和處理效率，真正實(shí)現(xiàn)重金屬污染水源的原位規(guī)模化凈化處理。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)包括由主河道1至人工河道2依次設(shè)置的第一凈水區(qū)3、第二凈水區(qū)4和第三凈水區(qū)5；人工河道2為飲用水水源區(qū)；
第一凈水區(qū)3一側(cè)緊鄰主河道1，第一凈水區(qū)3是在主河道1的自身沙洲上堆建而成的控導(dǎo)壩體，控導(dǎo)壩體的頂端比主河道平均水位高出3-6米；控導(dǎo)壩體頂端大幅高出主河道平均水位，可以有效防止因汛期水位漫過凈水系統(tǒng)而影響凈水效果?？貙?dǎo)壩體底部土體較為密實(shí)，可以在主河道水流側(cè)滲過程中截留主河道泥沙和細(xì)小顆粒物。
第二凈水區(qū)4位于第一凈水區(qū)3的另一側(cè)，第二凈水區(qū)4包括依次填覆于主河道沙洲上的土體層41和耕作層42，耕作層42底端比主河道平均水位高出1-5米，耕作層42的厚度為20-50厘米。土體層41的填覆可由第三凈水區(qū)和人工河道的土體挖掘進(jìn)行補(bǔ)充。耕作層42是由富含土著微生物的天然土壤進(jìn)行填覆，可以種植一些綠色植物，一方面可以利用微生物和植物的生物降解功能對(duì)側(cè)滲水流中的重金屬類污染物或者有機(jī)污染物進(jìn)行吸收降解，另一方面可以利用植物根系緊固土壤，更好地起到過濾污染物的作用。當(dāng)?shù)诙羲畢^(qū)的耕作層厚度鋪設(shè)較淺時(shí)(例如厚度為1-3米時(shí))，可以在耕作層42上種植景觀植物，當(dāng)?shù)诙羲畢^(qū)的耕作層厚度鋪設(shè)較深時(shí)(例如厚度為3-5米)，那么可以在耕作層上種植景觀林木、經(jīng)濟(jì)作物或者糧食作物(例如水稻、油菜等，可依具體的土質(zhì)環(huán)境不同而定)。
第三凈水區(qū)5位于第二凈水區(qū)4和人工河道2之間，第三凈水區(qū)5包括水耕熟化層51和田面明水層52；田面明水層52頂端比主河道平均水位低2-3米；田面明水層52的厚度為5-30厘米；水耕熟化層51的厚度為30-40厘米。由于第三凈水區(qū)低于主河道平均水位，因此存在或深或淺的明水區(qū)。在明水區(qū)域可以種植各種水生植物(例如蓮藕、蘆葦、水藻等)，水生植物可以進(jìn)一步吸收降解側(cè)滲水中的有機(jī)污染物和重金屬污染物。
第三凈水區(qū)5與人工河道2之間還設(shè)置有隔離壩6；隔離壩6的頂端比人工河道的平均水位高出2-3米，在監(jiān)測并比較主河道水位和人工河道水位變化后，及時(shí)調(diào)控人工河道的水位高度。
本實(shí)用新型提供的河道水源地大規(guī)模原位凈水方法，包括以下步驟：
1】根據(jù)主河道和主河道沙洲的分布情況劃分原位凈水區(qū)域和人工河道區(qū)域；
2】在原位凈水區(qū)域搭建河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)；
2.1】搭建第一凈水區(qū)：在劃定的第一凈水區(qū)范圍內(nèi)，采用兩邊進(jìn)占立堵施工方案，將大粒徑毛石及砼五面體構(gòu)件進(jìn)行拋投，合攏處打設(shè)鋼管樁，鋼筋石籠護(hù)底，壩體貫通后迎水面用尾礦渣石進(jìn)行閉氣，及時(shí)跟進(jìn)壩后土方填筑，完成第一凈水區(qū)的搭建。
2.2】搭建第二凈水區(qū)：挖掘第三凈水區(qū)和人工河道范圍內(nèi)的土體，并將其填覆于第二凈水區(qū)，在劃定的第二凈水區(qū)范圍內(nèi)將土體表層進(jìn)行平整并予以碾壓夯實(shí)，繼續(xù)填覆土體并碾壓夯實(shí)直至土體頂端比主河道水位高出1-5米；用泥水澆灌平整后的土體表層，覆蓋20-50厘米厚的黃土后，形成耕作層；
2.3】挖建第三凈水區(qū)：在第三凈水區(qū)范圍內(nèi)挖掘土體，直至地下水位保證第三凈水區(qū)可蓄水；對(duì)第三凈水區(qū)底部土體進(jìn)行翻耕構(gòu)建水耕熟化層形成適合水生植物生長土體結(jié)構(gòu)；
2.4】挖建人工河道：結(jié)合主河道走勢，挖掘橫斷面為凹型結(jié)構(gòu)的人工河道。
本實(shí)用新型提供的河道水源地大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)在黃河部分河段的試運(yùn)行中取得了顯著的效果。根據(jù)該河段黃河的水文特征及地勢特點(diǎn)，利用耕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化。
表1大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)凈化前后水質(zhì)情況對(duì)比
表2大規(guī)模原位凈水系統(tǒng)凈化前后水質(zhì)情況對(duì)比
如表1和表2所示，經(jīng)過凈化后的人工河道中的水質(zhì)在各項(xiàng)檢測指標(biāo)上均有明顯改善，特別是鉻、砷等重金屬污染物含量大幅下降，其中鉻的含量從0.017mg L-1下降至0.001mg L-1，銅從0.016下降至0.008mg L-1，鋅從0.066下降至0.022mg L-1，其含量均從符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002的Ⅱ類限值提高至符合Ⅰ類限值。尤其是當(dāng)?shù)啬壳暗叵滤繃?yán)重超標(biāo)，作為飲用水水源嚴(yán)重危害人畜健康。而對(duì)黃河實(shí)施大規(guī)模原位凈化后，氟含量符合完全Ⅰ類限值，可以作為人畜用水優(yōu)質(zhì)水源地。這項(xiàng)工程可在韓城到合陽一線形成600-1200萬方的清水儲(chǔ)量，形成日供40-80萬方的清水供應(yīng)能力(水質(zhì)接近Ⅰ級(jí)水)，可徹底解決渭北10多個(gè)城市(縣城)的供水問題，可使500萬群眾告別不潔飲水問題，可充分解決當(dāng)?shù)厮Y源不足的現(xiàn)狀并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。