本實用新型涉及一種護坡系統(tǒng)，更具體地說，它涉及一種具有多級跌水曝氣功能，并能夠?qū)搅鬟M行滯流凈化的護坡系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水體中溶解氧的含量是反映水體污染狀態(tài)的一個重要指標，受污染水體溶解氧濃度變化的過程反映了水體的自凈過程。當水體中存在溶解氧時，水中的有機物往往為好氧菌所分解，使水中溶解氧含量下降，濃度低于飽和值，而水面大氣中的氧就溶解到河水中，補充消耗掉的氧。如果有機物含量太多，溶解氧消耗太快，大氣中的氧來不及供應，水體的溶解氧將會逐漸下降，乃至消耗殆盡，從而影響水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。當水中的溶解氧耗盡之后水體就出現(xiàn)無氧狀態(tài)，有機物的分解就從有氧分解轉(zhuǎn)為無氧分解，水質(zhì)就會惡化，甚至出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。此時，水生態(tài)系統(tǒng)已遭到嚴重破壞，無法自行恢復。由此可見，溶解氧在水體自凈過程中起著非常重要的作用，并且水體的自凈能力直接與曝氣能力有關(guān)。

河水中的溶解氧主要來源于大氣復氧和水生植物的光合作用，其中大氣復氧是水體溶解氧的主要來源。大氣復氧是指空氣中的氧溶于水中的氣-液相傳質(zhì)過程，這一過程也可稱為天然曝氣。但是，如果單靠天然曝氣作用，河水的自凈過程將非常緩慢。而一條水流湍急、且?guī)в性S多急彎和跌水的河道，自凈效率將能夠提升10倍左右。產(chǎn)生這種差異的主要原因是急流道的快速充氧作用，即由于河道水流增加了紊動，從而改進了氧的傳遞和擴散。由此可知，只要增加水流的流動速度，就可以加速水體富養(yǎng)過程，從而改善水質(zhì)。

面源污染是河湖水質(zhì)惡化的誘因之一，護坡上栽植植被能夠滯流部分徑流，并可以對徑流中的污染物質(zhì)起到過濾凈化的作用，但是單純的植物栽植對徑流污染物的負荷較低，且污染負荷量飽和后就無法持續(xù)發(fā)揮滯流凈化作用。因此，急需尋求一種技術(shù)手段，一方面提升護坡凈化系統(tǒng)的污染物負荷量，另一方面能夠使護坡凈化系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮滯流凈化作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于設計一種新型的具有多級跌水曝氣功能的滯流凈化護坡系統(tǒng)，解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種具有多級跌水曝氣功能的滯流凈化護坡系統(tǒng)，包括n級徑流收集過濾裝置和n個跌水傳輸管道，其中n≥2；所述徑流收集過濾裝置埋設在護坡下，所述徑流收集過濾裝置的形狀為不規(guī)則半球體；所述跌水傳輸管道一端與所述徑流收集過濾裝置連接，另一端與下一級跌水傳輸管道連通，第n級跌水傳輸管道的一端與第n級徑流收集過濾裝置連接，另一端出水直接排入河湖中。

進一步的，所述每一級徑流收集過濾裝置的直徑為250mm-350mm。

進一步的，所述每一級徑流收集過濾裝置均自上而下設置植草毯、生物懸浮球填料層和開孔PVC板，在徑流收集過濾裝置一端設置有通氣口；所述植草毯，厚度為20mm-30mm，相對于護坡呈內(nèi)凹形；所述生物懸浮球填料層的材料為懸浮球填料，所述懸浮球填料由聚丙烯注塑而成，懸浮球填料分內(nèi)外雙層球體，外部為中空漁網(wǎng)狀球體，內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)球體；所述開孔PVC板材料為PVC，所述開孔PVC板形狀呈半球面，所述開孔PVC板底部設置有至少2個跌水孔，跌水從所述跌水孔垂直落下時不接觸跌水傳輸管道管壁；所述通氣口為圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述通氣口的直徑為40mm-50mm，所述通氣口頂端開口處略高于護坡坡地，底端連通所述跌水傳輸管道，所述通氣口包覆開孔土工格柵。

進一步的，所述徑流收集過濾裝置中軸線的生物懸浮球填料層最厚，所述生物懸浮球填料層厚度為70mm-100mm。

進一步的，所述跌水孔形狀為倒錐形，上端孔徑為3mm-4mm，底端孔徑以 1mm-2mm。

進一步的，所述跌水傳輸管道，包括跌水管道與傳輸管道，跌水管道與傳輸管道的長度根據(jù)所在護坡具體的地形進行設計；所述跌水管道的設置方向為豎直方向，所述跌水管道的直徑小于徑流收集過濾裝置；

所述傳輸管道通過連接件與所述跌水管道連通，所述傳輸管道的直徑小于所述跌水管道，所述傳輸管道的設置方向應與水平方向呈一定坡度向下。

進一步的，所述跌水管道長度不超過2m，所述跌水管道的直徑為 200mm-250mm。

進一步的，還包括植物滯留凈化系統(tǒng)，所述植物滯留凈化系統(tǒng)以草本植物和灌木植物相結(jié)合栽植而成。

進一步的，所述草本植物設置在所述徑流收集過濾系統(tǒng)前，所述灌木植物設置在護坡陡峭區(qū)域，其他區(qū)域隨機種植草本植物和灌木植物。

進一步的，所述植物滯流凈化系統(tǒng)，還包括花卉，所述花卉隨機種植在所述其他區(qū)域。

本實用新型的有益效果可以總結(jié)如下：

(1)本實用新型采用人工模擬自然跌水的方式通過對跌水、急流和增大氧和水體的接觸面積達到快速復氧的目的，無需消耗任何能源，也不需要增加其他附屬設備，并且可以24小時不間斷進行；

(2)多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)的設置可適用于任何有坡度的護坡，靈活設置所需系統(tǒng)的數(shù)量，不受護坡坡度及長度限制；

(3)避免了傳統(tǒng)曝氣方式中能耗高，曝氣系統(tǒng)易堵塞，人工管理困難等劣勢，構(gòu)建完成后可實現(xiàn)整體系統(tǒng)的簡單化、自動化、無能耗、低維護，在本曝氣環(huán)節(jié)不需要任何人工干預，水流流經(jīng)本裝置自然復氧；

(4)通過跌水管與傳輸管道不同管徑的設置，保證了徑流在跌水管道與傳輸管道內(nèi)都能夠保持較高的流速，提高了徑流的曝氣效果；

(5)植物滯流凈化系統(tǒng)與多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮處理作用，植物滯流凈化系統(tǒng)能夠起到初篩、滯留、防止多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)堵塞等作用，多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)則起到過濾、曝氣、傳輸?shù)茸饔茫瑑烧呦噍o相成；

(6)本實用新型具有良好的景觀效果，主要系統(tǒng)埋設于護坡內(nèi)部，暴露在外部的均為景觀性較好的配置植物，因此也具有景觀用途；

(7)本實用新型多級跌水曝氣凈化護坡系統(tǒng)，其生物懸浮球填料流動性好、易清洗、易更換，防堵塞，凈化時效長。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型徑流收集過濾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型懸浮球的結(jié)構(gòu)示意圖。

標號說明：

1、徑流收集過濾裝置；11、植草毯；12、生物懸浮球填料層；13、開孔PVC 板；14、跌水孔；15、通氣口；16、防護網(wǎng)；17、第1級徑流收集過濾裝置；18、第n級徑流收集過濾裝置；2、跌水管道；21、跌水管道；22、傳輸管道；3、植物滯留凈化系統(tǒng)；31、草本植物；32、灌木植物；33、花卉。

具體實施方式

為了使本實用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型結(jié)合護岸自然地形，埋設徑流收集管道，并在管道口設置徑流預處理裝置，構(gòu)建多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)；栽植“灌、花、草”等多種植物，構(gòu)建植物滯流凈化系統(tǒng)。植物滯流凈化系統(tǒng)在護坡表面及根系范圍內(nèi)發(fā)揮滯流、過濾作用，多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)在護坡地下縱深發(fā)揮過濾、曝氣作用。

如圖1所示的一種具有多級跌水曝氣功能的滯流凈化護坡系統(tǒng)，包括n級徑流收集過濾裝置、n個跌水傳輸管道和植物滯流凈化系統(tǒng)，其中n≥2；所述徑流收集過濾裝置埋設在護坡下，所述跌水傳輸管道一端與所述徑流收集過濾裝置連接，另一端與下一級跌水傳輸管道連通，第n級跌水傳輸管道的一端與第n級徑流收集過濾裝置連接，另一端出水直接排入河湖中。所述多級跌水曝氣凈化系統(tǒng)，包括徑流收集過濾裝置、跌水傳輸管道兩部分。所述植物滯流凈化系統(tǒng)，由草本植物、灌木、花卉按照一定原則栽植而成。

如圖2所示，徑流收集過濾裝置形狀為直徑250-350mm的不規(guī)則半球體，自上而下分別為植草毯、生物懸浮球填料層、開孔PVC板、在徑流收集過濾裝置一端設置有通氣口。

所述植草毯，厚度為20mm-30mm，相對于護坡呈內(nèi)凹形，目的是保證其所在位置上方護坡的徑流雨水能夠流入徑流收集過濾層裝置；植草毯上種植根系不發(fā)達的草科植物，避免其根系深入下方生物懸浮球填料層。

所述生物懸浮球填料層，主要材料為懸浮球填料。如圖3所示，懸浮球填料系列由聚丙烯材料注塑而成，分內(nèi)外雙層球體，外部為中空漁網(wǎng)狀球體，內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)球體。主要起生物膜載體的作用，同時兼有截留懸浮物的作用，具有生物附著力強、比表面積大、掛膜率高、不引起二次污染等特點。徑流收集過濾裝置中軸線的生物懸浮球填料層最厚，為70mm-100mm。生物懸浮球填料層能夠形成微生物膜，對流入的徑流進行生物膜過濾。

所述開孔PVC板，其材料為具有一定承重能力的PVC板材，其形狀呈半球面，PVC板底部設置有若干跌水孔，跌水孔的分布原則為位于跌水管道管壁延長線以內(nèi)，保證跌水垂直落下時不接觸跌水管道管壁為宜，從而確保跌水速度，提高曝氣效果。跌水孔形狀為倒錐形，上端孔徑為3mm-4mm，底端孔徑以1mm-2mm 為宜，跌水以水滴形式跌落，保證了水流與空氣有足夠大的接觸面，即保證了足夠的傳質(zhì)動力。

所述通氣口，位于徑流收集過濾裝置遠離徑流方向的一側(cè)，為40mm-50mm 的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其頂端開口處略高于護坡坡地，所述通氣口包覆開孔土工格柵，通氣口底端連通跌水管道；其作用主要是向跌水管道及傳輸管道中輸送空氣，保障系統(tǒng)的曝氣效果。

所述跌水傳輸管道，包括跌水管道與傳輸管道，跌水管道與傳輸管道的長度和數(shù)量根據(jù)所在護坡具體的地形進行設計；

所述跌水管道長度以不超過2m為宜，因為長度過長將顯著增加施工難度，其孔徑寬度應略小于徑流收集過濾裝置，以200-250mm為宜，其設置方向為豎直方向，跌水從跌水孔滴落，通過跌水管道流入傳輸管道

所述傳輸管道，通過連接件與跌水管道連通，其寬度應明顯窄于跌水管道，其設置方向應與水平方向呈一定坡度，這兩點都有助于跌水在傳輸管道內(nèi)形成急流，從而提高曝氣效果。跌水流經(jīng)傳輸管道后，跌入下一層的跌水管道，再次跌水曝氣，這一過程循環(huán)反復。

所述植物滯流凈化系統(tǒng)，由草本植物、灌木、花卉按照一定原則栽植而成。

由于草本植物群落在湖泊表層生長茂密，對徑流的減速滯流作用強，但是其根系分布單一，穩(wěn)定風化層的作用比較差，因此以草本植物生長為主的邊坡容易發(fā)生脫落；而灌木植物，地面部分滯流能力不強，但是縱向根系發(fā)達，可以控制更深層的土壤，它的根系固定土壤的能力比草本植物強，草地中加入灌木植物后，比單純草本植物覆蓋的邊坡穩(wěn)定性更強。

鑒于草本植物與灌木各自的優(yōu)缺點，因此選擇生態(tài)護坡植物群落,以草灌結(jié)合種植為宜。草本及地被植物能控制坡面的水土流失,設置于徑流收集過濾系統(tǒng)前，能夠起到初步過濾的作用，避免徑流中的大顆粒物質(zhì)堵塞徑流收集過濾系統(tǒng)；而灌木類植物可以控制更深層的侵蝕，故設置在護坡坡度較陡的區(qū)域，使整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。其他地區(qū)可以隨機種植草本植物、灌木和花卉，提升整體系統(tǒng)的景觀營造效果。

實施方法：

1.裹挾面源污染物質(zhì)的徑流從護坡頂端沿坡體向下方輸送，植物滯流凈化系統(tǒng)首先發(fā)揮滯流作用，并能夠固定部分污染物質(zhì)，消減污染物含量。

2.徑流順坡而下，流經(jīng)第一級徑流收集過濾裝置，經(jīng)過植草毯、生物懸浮球填料層雙重過濾，通過跌水孔滴入跌水管道，在跌水過程中實現(xiàn)跌水曝氣。

3.徑流通過跌水管道后流入相對口徑較窄的傳輸管道，跌水在傳輸管道內(nèi)能夠形成急流，從而提高曝氣效果。

4.跌水流經(jīng)傳輸管道后，跌入下一層的跌水管道，再次跌水曝氣，這一過程循環(huán)反復。

5.最終經(jīng)過多次曝氣和過濾的徑流流入護坡下的河湖，不僅避免了向河湖中增加新的污染物質(zhì)，而且多級曝氣后對河湖的黑臭水體等原有水質(zhì)問題也能起到緩解作用。

以上通過具體的和優(yōu)選的實施例詳細的描述了本實用新型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，本實用新型并不局限于以上所述實施例，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。