高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法
【專利摘要】一種高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，屬于采煤沉陷區(qū)水質(zhì)生態(tài)凈化方法。該水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，高潛水位礦區(qū)開采后，由于地表沉陷、潛水位高，導(dǎo)致地表大量積水，水資源利用效率低且水質(zhì)較差，根據(jù)已有的分析測試礦區(qū)水體水質(zhì)一般存在重金屬、硫化物污染和水體富營養(yǎng)化等問題。本發(fā)明主要是解決礦區(qū)沉陷積水的水量分配和水質(zhì)的生態(tài)凈化等問題，地表水資源的調(diào)控主要是通過礦區(qū)分布的骨干溝河建立節(jié)制，由于礦區(qū)沉陷后地表高程差異比較大，在骨干溝河上建立N級控制和N+1級水面，根據(jù)水體水質(zhì)的測試分析結(jié)果，對應(yīng)立體布局水生植物和動物，凈化水體中的污染物和富營養(yǎng)化物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高潛水位礦區(qū)積水水資源的水質(zhì)凈化的目標(biāo)。
【專利說明】高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采煤沉陷區(qū)水質(zhì)生態(tài)凈化方法，特別是一種高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]①采煤沉陷區(qū)水系紊亂和水資源空間分布的擾動:高潛水位礦區(qū)沉陷積水破壞了區(qū)域內(nèi)水系平衡，地表沉陷造成潛水位接近或達(dá)到地表時，耕作層土壤含水量接近或達(dá)到飽和，致使土壤中缺乏空氣，造成旱地農(nóng)作物的逐漸死亡。由于地表沉陷區(qū)地勢相對較低，雨季降水將匯集沉陷區(qū)，造成原有的排水系統(tǒng)失效，農(nóng)田受淹，甚至形成沼澤地。平原高潛水位采煤塌陷土地地表及其設(shè)施破壞嚴(yán)重，原水系被打亂，導(dǎo)致塌陷土地地下水位偏高、長期內(nèi)澇、客水倒灌等，抵御自然災(zāi)害的能力嚴(yán)重不足。由于采煤區(qū)塌陷幅度不均勻，按照挖深墊淺或粉煤灰回填進(jìn)行土地復(fù)墾后，塌陷土地地勢高程仍然存在較大差異，汛期區(qū)內(nèi)澇水越級串排，低洼地帶的積澇壓力很大；另外因?yàn)樗祷靵y和缺乏必要的工程措施，采煤塌陷區(qū)豐富的水資源難以得到控制和科學(xué)配置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每萬噸煤的開采地表塌陷0.2hm2，采煤土地塌陷使礦區(qū)原有的陸生生態(tài)系統(tǒng)演替為水陸復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，區(qū)域土地資源的自然地形地貌、水熱 循環(huán)、物質(zhì)能量交換等條件受到了影響和破壞。
[0003]采煤塌陷區(qū)地表沉降使橋涵斷裂、房屋倒塌、道路塌陷等，原來的灌排體系幾近報(bào)廢，區(qū)內(nèi)徑流自排無出路，澇水長期積壓低洼區(qū)，塌陷土地周圍土地徑流會因串排而加重洼地的防洪除澇壓力。特別是在主汛期，因降水集中內(nèi)導(dǎo)致農(nóng)田受淹、受澇，外河水位相對提高，存在外河水倒灌塌陷區(qū)內(nèi)的威脅，洼地的防洪除澇形勢嚴(yán)峻。地表塌陷使灌溉渠道遭破壞，區(qū)內(nèi)耕地有水難用，洼地常年積水一方面給區(qū)域造成了澇災(zāi)和潰害；另一方面也沒有為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)揮水資源優(yōu)勢。
[0004]②采煤沉陷區(qū)地表水和淺層地下水的水質(zhì)裂變:采煤排放的煤矸石量一般占原煤總量的15% -20%左右，堆放矸石由于風(fēng)化產(chǎn)生酸性物質(zhì)，汛期集中降水期間被雨水淋溶，造成水體和周圍土壤的酸性污染和重金屬污染；再加上礦井水和當(dāng)?shù)氐纳钗鬯疅o節(jié)制排放，因雨污混流滲入土壤還會間接對淺層水造成二次污染。同時，于煤矸石和粉煤灰含有大量的S及其他污染物，地表沉陷區(qū)積水由于受礦井水排放、矸石淋溶等的污染，形成地下水和地表水污染物，水質(zhì)較差，最終影響礦區(qū)的水體。采煤塌陷地水資源總量偏豐，為塌陷區(qū)域的水資源開發(fā)和規(guī)劃利用提供了良好的基礎(chǔ)，如缺乏對地表水的控制，極易使采煤塌陷區(qū)域向水質(zhì)型缺水轉(zhuǎn)變，引發(fā)水生態(tài)環(huán)境劣變，加大治理難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，解決高潛水位采煤沉陷區(qū)水系紊亂、水資源分布擾動和地表水質(zhì)劣變的問題。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，具體步驟包括以下內(nèi)容:[0007]I)高潛水位采煤沉陷區(qū)地表水的分布相對集中，對于骨干溝河地表水的分布需要建立節(jié)制分級控制、水資源梯級調(diào)控，形成一定級差的水資源空間分布，建立灌、排、控、調(diào)綜合為一體的人工水循環(huán)體系；
[0008]2)形成一定級差控制的河道屬于相對靜止的水體，在骨干河道形成梯級調(diào)控的基礎(chǔ)上，立體布局沉水植物、挺水植物和浮水植物，植被的生長周期內(nèi)通過自然的物質(zhì)交換，吸附梯級控制河道中的污染物質(zhì)，構(gòu)建人工濕地空間體系，整個過程不采用任何試劑和化學(xué)物質(zhì)；
[0009]3)高潛水位采煤沉陷區(qū)還存在大量的積水水面，屬于先谷底固定和靜止的水體，根據(jù)礦區(qū)積水區(qū)域的污染特征，構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系，采用生態(tài)防護(hù)帶、生態(tài)浮床措施；水體凈化方面構(gòu)建立體布局生態(tài)陷阱、水下森林，利用純生態(tài)技術(shù)解決水體的污染和富營養(yǎng)化問題，不用試劑和化學(xué)物質(zhì)，對水體不會造成二次污染。
[0010]水資源梯級調(diào)控中的級差數(shù)值的確定符合當(dāng)?shù)氐乃?、地勢、地貌條件，使人工水循環(huán)的建立滿足水資源的利用和控制要求。
[0011]所述的建立人工水循環(huán)的相對性，利用水生態(tài)植被的方式凈化水體，不用任何化學(xué)試劑，其布局方式屬于空間立體布局，其植物的種類包括挺水植物、浮水植物和沉水植物，根據(jù)水質(zhì)的凈化要求，水體凈化的周期一般為8個月至12個月。
[0012]所述的水生態(tài)植被的布局方式，包括生態(tài)浮床和生態(tài)陷阱的布局等生態(tài)工程布局，在靜止的大水面通過生態(tài)浮床、生態(tài)陷阱等相互配合實(shí)現(xiàn)水體凈化，包括空間布局中其生物種類、數(shù)量、位置與水體量和污染物比例等之間的相對協(xié)調(diào)性，在一個生物周期能可以實(shí)現(xiàn)水體凈化的明顯效果。
[0013]具體的包括:水資源梯級調(diào)控方法、人工濕地的空間體系構(gòu)建方法和構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系方法；
[0014]一、所述的水資源梯級調(diào)控方法:
[0015]高潛水位采煤沉陷礦區(qū)土地塌陷深度各異，地勢高低的懸殊極易造成低洼地積水超量致澇和地勢高亢干旱并存。所以骨干排水溝宜結(jié)合復(fù)墾后的農(nóng)田灌溉用水發(fā)揮蓄水作用，按照Im — 2m —個級差建立攔蓄分水節(jié)制閘，將骨干排水溝按地勢從高到低進(jìn)行梯級控制，一般年份降水產(chǎn)流由節(jié)制閘攔蓄作為灌溉水源，降水徑流超量時則提閘逐級泄洪，形成塌陷區(qū)骨干溝洫攔、蓄、灌、排為一體綜合水利工程。骨干排水溝匯集整個塌陷區(qū)澇水，在骨干排水溝和礦區(qū)外河連接處修建灌排站，實(shí)現(xiàn)灌排結(jié)合，自排和機(jī)排結(jié)合。
[0016]根據(jù)高潛水位塌陷土地的地勢、地貌條件，按照因地制宜的原則劃分塌陷土地功能區(qū)，并對不同功能區(qū)進(jìn)行水資源的配置。塌陷土地需水量包括區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水、人畜飲水、養(yǎng)殖用水、生態(tài)用水等；可供水量按照不同年型列出空間降水、地表徑流積水、地下水可用量和外調(diào)水量；為滿足復(fù)墾后土地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水要求，需要通過控制體系完善煤礦區(qū)的人工水循環(huán)，復(fù)墾過程中理順煤礦區(qū)灌溉排水系統(tǒng)時，對垂直等高線方向的骨干排水系統(tǒng)進(jìn)行層層攔蓄，按照一定的級差建立不同高程的蓄水水面，形成與排水系統(tǒng)蓄水位相協(xié)調(diào)的調(diào)控體系，減少沉陷洼地的泄水壓力，建立N級控制、N+1級水面梯級河網(wǎng)蓄控模式，骨干排水溝的梯級調(diào)控，在搞潛水位采煤沉陷區(qū)所在水系形成完備的攔、蓄、灌、排、調(diào)為一體的水資源調(diào)控體系。
[0017]二、所述的人工濕地的空間體系構(gòu)建方法:[0018]除了理順高潛水位采煤沉陷區(qū)的灌溉排澇體系建立控制外，由于采煤沉陷區(qū)的特殊地理環(huán)境，還存在大面積的積水區(qū)域，作為采煤沉陷區(qū)的承泄區(qū)，將梯級調(diào)控體系與采煤沉陷區(qū)大面積水面建立聯(lián)系，一般連接承泄區(qū)的骨干排水溝按照垂直煤礦區(qū)等高線進(jìn)行規(guī)劃，承泄區(qū)與煤礦區(qū)外河的水資源的“輸入-輸出”也需要骨干排水溝來實(shí)現(xiàn)，并在骨干溝河和人工濕地直接按規(guī)劃建立循環(huán)流；將采煤沉陷積水區(qū)規(guī)劃成生態(tài)濕地，借助沉陷區(qū)水資源豐富優(yōu)勢，兼顧淺水農(nóng)業(yè)種植和水面養(yǎng)殖，共劃分特色農(nóng)業(yè)區(qū)、深水景觀生態(tài)建設(shè)區(qū)、挖深墊淺糧基魚塘復(fù)墾區(qū)、人工濕地、粉煤灰造林區(qū)等功能分區(qū)，建設(shè)淺水種植園、蔬菜園兩個精品工程園區(qū)；塌陷土地深水區(qū)、人工濕地還具有外河的“滯洪”功能，外河防洪水位偏高時塌陷地深水區(qū)可以容納、調(diào)節(jié)一部分水量，削減洪峰流量；當(dāng)深水區(qū)水量偏枯時，可抽引外河水進(jìn)行補(bǔ)庫，確保水面養(yǎng)殖不受影響。
[0019]三、所述的構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系方法:
[0020]采煤沉陷區(qū)的大水面規(guī)劃成人工濕地，其實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)主要是能夠通過立體布局水體的生物和動物，發(fā)揮水量、減緩水速、調(diào)節(jié)水量等功能，利用濕地自然的物理、化學(xué)、生物特性以削減污染，是水質(zhì)凈化和補(bǔ)償生態(tài)較為有效的方法，人工濕地可以吸附重金屬，去除N、P、有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)，濕地系統(tǒng)對N、P的去除主要靠植物、微生物及物理化學(xué)的作用來完成，保持物種多樣性、凈化水質(zhì)量、調(diào)節(jié)洪水及緩沖彌補(bǔ)人類破壞的重要生態(tài)體系；人工濕地規(guī)劃是經(jīng)過人為加工、設(shè)計(jì)和構(gòu)造模仿自然濕地的功能，達(dá)到污水凈化和生態(tài)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)效益。
[0021]有益效果，由于采用了上述方案，本發(fā)明主要依據(jù)了資源系統(tǒng)理論、水文學(xué)等原理，分析了煤礦 區(qū)在流域內(nèi)水土資源分布的演變特征，并在此基礎(chǔ)上建立了“人工梯級調(diào)控的水循環(huán)”模式；并且根據(jù)水體自身的生態(tài)凈化原理，利用水生植物的對與水體重金屬、硫化物、富營養(yǎng)化的吸附作用，立體布局沉水、浮水和挺水植物，降解水體中的有害物質(zhì)。
[0022]積極效果:通過建立梯級調(diào)控體系，改變了高潛水位采煤沉陷區(qū)的地表水的空間賦存條件，空間分布呈現(xiàn)相對均勻的狀態(tài)，減少了水體對土地的大面積占壓，提高了水土資源優(yōu)化利用；另外地表水梯級調(diào)控將流動的水體變?yōu)橄鄬o止水體，對與凈化水體的有害物質(zhì)將發(fā)揮積極作用。
[0023]優(yōu)點(diǎn):傳統(tǒng)的礦區(qū)復(fù)墾治理在處理地表水的方法主要是“疏排法”，通過排除礦區(qū)的地表積水，恢復(fù)土地的利用功能。而本發(fā)明是將水體進(jìn)行梯級調(diào)控，減少了排水成本，而且還為水資源的優(yōu)化利用提供了可操作條件，而不是單一的進(jìn)行排除積水；以這種梯級調(diào)控為基礎(chǔ)，還能夠?qū)崿F(xiàn)礦區(qū)地表的水質(zhì)凈化，礦區(qū)地表水一般都存在重金屬污染，將大面積積水和骨干排水體系的地表水規(guī)劃為生態(tài)濕地，通過生物措施實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的生態(tài)吸附、凈化，提聞水質(zhì)，改良礦區(qū)水生態(tài)環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控流程圖。
[0025]圖2為本發(fā)明的高潛水位采煤沉陷區(qū)骨干河道梯級調(diào)控生物措施布局圖。
[0026]圖3為本發(fā)明的高潛水位采煤沉陷區(qū)大水面生物措施布局圖。
[0027]圖4為本發(fā)明的高潛水位采煤沉陷區(qū)梯級調(diào)控和水體凈化前圖。
[0028]圖5為本發(fā)明的高潛水位采煤沉陷區(qū)梯級調(diào)控和水體凈化過程中圖。[0029]圖6為本發(fā)明的高潛水位采煤沉陷區(qū)梯級調(diào)控和水體凈化后圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為更好理解本發(fā)明，闡述該項(xiàng)發(fā)明專利的具體的實(shí)施過程和取得一定的成效，分別以實(shí)證案例的方式加以說明。
[0031]實(shí)施例1:該水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，包括以下內(nèi)容:
[0032]I)高潛水位采煤沉陷區(qū)地表水的分布相對集中，對于骨干溝河地表水的分布需要建立節(jié)制分級控制、水資源的梯級調(diào)控，形成一定級差的水資源空間分布，建立灌、排、控、調(diào)綜合為一體的人工水循環(huán)體系；
[0033]2)形成一定級差控制的河道屬于相對靜止的水體，在骨干河道形成梯級調(diào)控的基礎(chǔ)上，立體布局沉水植物、挺水植物和浮水植物，植被的生長周期內(nèi)通過自然的物質(zhì)交換，吸附梯級控制河道中的污染物質(zhì)，整個過程不采用任何試劑和化學(xué)物質(zhì)；
[0034]3)高潛水位采煤沉陷區(qū)還存在大量的積水水面，屬于先谷底固定和靜止的水體，根據(jù)礦區(qū)積水區(qū)域的污染特征，構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系，采用生態(tài)防護(hù)帶、生態(tài)浮床措施；水體凈化方面構(gòu)建立體布局生態(tài)陷阱、水下森林，利用純生態(tài)技術(shù)解決水體的污染和富營養(yǎng)化問題，不用試劑和化學(xué)物質(zhì)，對水體不會造成二次污染。
[0035]水資源的梯級調(diào)控中級差數(shù)值的確定符合當(dāng)?shù)氐乃摹⒌貏?、地貌條件，使人工水循環(huán)的建立滿足水資源的利用和控制要求；
[0036]所述的建立人工水循環(huán)的相對性，利用水生態(tài)植被的方式凈化水體，不用任何化學(xué)試劑，其布局方式屬于空間立體布局，其植物的種類包括挺水植物、浮水植物和沉水植物，根據(jù)水質(zhì)的凈化要求，水體凈化的周期一般為8個月至12個月；
[0037]所述的水生態(tài)植被的布局方式，包括生態(tài)浮床和生態(tài)陷阱的布局等生態(tài)工程布局，在靜止的大水面通過生態(tài)浮床、生態(tài)陷阱等相互配合實(shí)現(xiàn)水體凈化，包括空間布局中其生物種類、數(shù)量、位置與水體量和污染物比例等之間的相對協(xié)調(diào)性，在一個生物周期能可以實(shí)現(xiàn)水體凈化的明顯效果。
[0038]水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法具體包括:水資源梯級調(diào)控方法、人工濕地的空間體系構(gòu)建方法和構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系方法；
[0039]一、所述的水資源梯級調(diào)控方法:
[0040]高潛水位采煤沉陷礦區(qū)土地塌陷深度各異，地勢高低的懸殊極易造成低洼地積水超量致澇和地勢高亢干旱并存。所以骨干排水溝宜結(jié)合復(fù)墾后的農(nóng)田灌溉用水發(fā)揮蓄水作用，按照Im — 2m—個級差建立攔蓄分水節(jié)制閘，將骨干排水溝按地勢從高到低進(jìn)行梯級控制，一般年份降水產(chǎn)流由節(jié)制閘攔蓄作為灌溉水源，降水徑流超量時則提閘逐級泄洪，形成塌陷區(qū)骨干溝洫攔、蓄、灌、排為一體綜合水利工程。骨干排水溝匯集整個塌陷區(qū)澇水，在骨干排水溝和礦區(qū)外河連接處修建灌排站，實(shí)現(xiàn)灌排結(jié)合，自排和機(jī)排結(jié)合。
[0041] 根據(jù)高潛水位塌陷土地的地勢、地貌條件，按照因地制宜的原則劃分塌陷土地功能區(qū)，并對不同功能區(qū)進(jìn)行水資源的配置。塌陷土地需水量包括區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水、人畜飲水、養(yǎng)殖用水、生態(tài)用水等；可供水量按照不同年型列出空間降水、地表徑流積水、地下水可用量和外調(diào)水量。為滿足復(fù)墾后土地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水要求，需要通過控制體系完善煤礦區(qū)的人工水循環(huán)，復(fù)墾過程中理順煤礦區(qū)灌溉排水系統(tǒng)時，對垂直等高線方向的骨干排水系統(tǒng)進(jìn)行層層攔蓄，按照一定的級差建立不同高程的蓄水水面，形成與排水系統(tǒng)蓄水位相協(xié)調(diào)的調(diào)控體系，減少沉陷洼地的泄水壓力，建立N級控制、N+1級水面梯級河網(wǎng)蓄控模式，骨干排水溝的梯級調(diào)控，在搞潛水位采煤沉陷區(qū)所在水系形成完備的攔、蓄、灌、排、調(diào)為一體的水資源調(diào)控體系。
[0042]二、所述的人工濕地的空間體系構(gòu)建方法:
[0043]除了理順高潛水位采煤沉陷區(qū)的灌溉排澇體系建立控制外，由于采煤沉陷區(qū)的特殊地理環(huán)境，還存在大面積的積水區(qū)域，作為采煤沉陷區(qū)的承泄區(qū)，將梯級調(diào)控體系與采煤沉陷區(qū)大面積水面建立聯(lián)系，一般連接承泄區(qū)的骨干排水溝按照垂直煤礦區(qū)等高線進(jìn)行規(guī)劃，承泄區(qū)與煤礦區(qū)外河的水資源的“輸入-輸出”也需要骨干排水溝來實(shí)現(xiàn)，并在骨干溝河和人工濕地直接按規(guī)劃建立循環(huán)流。將采煤沉陷積水區(qū)規(guī)劃成生態(tài)濕地，借助沉陷區(qū)水資源豐富優(yōu)勢，兼顧淺水農(nóng)業(yè)種植和水面養(yǎng)殖，共劃分特色農(nóng)業(yè)區(qū)、深水景觀生態(tài)建設(shè)區(qū)、挖深墊淺糧基魚塘復(fù)墾區(qū)、人工濕地、粉煤灰造林區(qū)等功能分區(qū)，建設(shè)淺水種植園、蔬菜園兩個精品工程園區(qū)。塌陷土地深水區(qū)、人工濕地還具有外河的“滯洪”功能，外河防洪水位偏高時塌陷地深水區(qū)可以容納、調(diào)節(jié)一部分水量，削減洪峰流量；當(dāng)深水區(qū)水量偏枯時，可抽引外河水進(jìn)行補(bǔ)庫，確保水面養(yǎng)殖不受影響。
[0044]三、所述的構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系方法:
[0045]采煤沉陷區(qū)的大水面規(guī)劃成人工濕地，其實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)主要是能夠通過立體布局水體的生物和動物，發(fā)揮水量、減緩水速、調(diào)節(jié)水量等功能，利用濕地自然的物理、化學(xué)、生物特性以削減污染，是水質(zhì)凈化和補(bǔ)償生態(tài)較為有效的方法，人工濕地可以吸附重金屬，去除N、P、有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)，濕地系統(tǒng)對N、P的去除主要靠植物、微生物及物理化學(xué)的作用來完成，保持物種多樣性、凈化水質(zhì)量、調(diào)節(jié)洪水及緩沖彌補(bǔ)人類破壞的重要生態(tài)體系。人工濕地規(guī)劃是經(jīng)過人為加工、設(shè)計(jì)和構(gòu)造模仿自然濕地的功能，達(dá)到污水凈化和生態(tài)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)效益，采煤沉陷區(qū)人工濕地植物的分布與效能見表1。
[0046]表1人工濕地植物的布局與效能表
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:該水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，具體步驟包括以下內(nèi)容: 1)高潛水位采煤沉陷區(qū)地表水的分布相對集中，對于骨干溝河地表水的分布需要建立節(jié)制分級控制、水資源梯級調(diào)控，形成一定級差的水資源空間分布，建立灌、排、控、調(diào)綜合為一體的人工水循環(huán)體系； 2)形成一定級差控制的河道屬于相對靜止的水體，在骨干河道形成梯級調(diào)控的基礎(chǔ)上，立體布局沉水植物、挺水植物和浮水植物，植被的生長周期內(nèi)通過自然的物質(zhì)交換，吸附梯級控制河道中的污染物質(zhì)，構(gòu)建人工濕地空間體系，整個過程不采用任何試劑和化學(xué)物質(zhì)； 3)高潛水位采煤沉陷區(qū)還存在大量的積水水面，屬于先谷底固定和靜止的水體，根據(jù)礦區(qū)積水區(qū)域的污染特征，構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系，采用生態(tài)防護(hù)帶、生態(tài)浮床措施；水體凈化方面構(gòu)建立體布局生態(tài)陷阱、水下森林，利用純生態(tài)技術(shù)解決水體的污染和富營養(yǎng)化問題，不用試劑和化學(xué)物質(zhì)，對水體不會造成二次污染。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:水資源梯級調(diào)控中的級差數(shù)值的確定符合當(dāng)?shù)氐乃摹⒌貏?、地貌條件，使人工水循環(huán)的建立滿足水資源的利用和控制要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:所述的建立人工水循環(huán)，利用水生態(tài)植被的方式凈化水體，不用任何化學(xué)試劑，其布局方式屬于空間 立體布局，其植物的種類包括挺水植物、浮水植物和沉水植物，根據(jù)水質(zhì)的凈化要求，水體凈化的周期一般為8個月至12個月。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:所述的水生態(tài)植被的布局方式，包括生態(tài)浮床和生態(tài)陷阱的布局等生態(tài)工程布局，在靜止的大水面通過生態(tài)浮床、生態(tài)陷阱等相互配合實(shí)現(xiàn)水體凈化，包括空間布局中其生物種類、數(shù)量、位置與水體量和污染物比例等之間的相對協(xié)調(diào)性，在一個生物周期能可以實(shí)現(xiàn)水體凈化的明顯效果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:所述的水資源梯級調(diào)控方法:高潛水位采煤沉陷礦區(qū)土地塌陷深度各異，地勢高低的懸殊極易造成低洼地積水超量致澇和地勢高亢干旱并存；所以骨干排水溝宜結(jié)合復(fù)墾后的農(nóng)田灌溉用水發(fā)揮蓄水作用，按照Im — 2m—個級差建立攔蓄分水節(jié)制閘，將骨干排水溝按地勢從高到低進(jìn)行梯級控制，一般年份降水產(chǎn)流由節(jié)制閘攔蓄作為灌溉水源，降水徑流超量時則提閘逐級泄洪，形成塌陷區(qū)骨干溝洫攔、蓄、灌、排為一體綜合水利工程；骨干排水溝匯集整個塌陷區(qū)澇水，在骨干排水溝和礦區(qū)外河連接處修建灌排站，實(shí)現(xiàn)灌排結(jié)合，自排和機(jī)排結(jié)合； 根據(jù)高潛水位塌陷土地的地勢、地貌條件，按照因地制宜的原則劃分塌陷土地功能區(qū)，并對不同功能區(qū)進(jìn)行水資源的配置；塌陷土地需水量包括區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水、人畜飲水、養(yǎng)殖用水、生態(tài)用水等；可供水量按照不同年型列出空間降水、地表徑流積水、地下水可用量和外調(diào)水量。為滿足復(fù)墾后土地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水要求，需要通過控制體系完善煤礦區(qū)的人工水循環(huán)，復(fù)墾過程中理順煤礦區(qū)灌溉排水系統(tǒng)時，對垂直等高線方向的骨干排水系統(tǒng)進(jìn)行層層攔蓄，按照一定的級差建立不同高程的蓄水水面，形成與排水系統(tǒng)蓄水位相協(xié)調(diào)的調(diào)控體系，減少沉陷洼地的泄水壓力，建立N級控制、N+1級水面梯級河網(wǎng)蓄控模式，骨干排水溝的梯級調(diào)控，在搞潛水位采煤沉陷區(qū)所在水系形成完備的攔、蓄、灌、排、調(diào)為一體的水資源調(diào)控體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:所述的人工濕地的空間體系構(gòu)建方法:除了理順高潛水位采煤沉陷區(qū)的灌溉排澇體系建立控制外，由于采煤沉陷區(qū)的特殊地理環(huán)境，還存在大面積的積水區(qū)域，作為采煤沉陷區(qū)的承泄區(qū)，將梯級調(diào)控體系與采煤沉陷區(qū)大面積水面建立聯(lián)系，一般連接承泄區(qū)的骨干排水溝按照垂直煤礦區(qū)等高線進(jìn)行規(guī)劃，承泄區(qū)與煤礦區(qū)外河的水資源的“輸入-輸出”也需要骨干排水溝來實(shí)現(xiàn)，并在骨干溝河和人工濕地直接按規(guī)劃建立循環(huán)流；將采煤沉陷積水區(qū)規(guī)劃成生態(tài)濕地，借助沉陷區(qū)水資源豐富優(yōu)勢，兼顧淺水農(nóng)業(yè)種植和水面養(yǎng)殖，共劃分特色農(nóng)業(yè)區(qū)、深水景觀生態(tài)建設(shè)區(qū)、挖深墊淺糧基魚塘復(fù)墾區(qū)、人工濕地、粉煤灰造林區(qū)等功能分區(qū)，建設(shè)淺水種植園、蔬菜園兩個精品工程園區(qū)；塌陷土地深水區(qū)、人工濕地還具有外河的“滯洪”功能，外河防洪水位偏高時塌陷地深水區(qū)可以容納、調(diào)節(jié)一部分水量，削減洪峰流量；當(dāng)深水區(qū)水量偏枯時，可抽引外河水進(jìn)行補(bǔ)庫，確保水面養(yǎng)殖不受影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高潛水位采煤沉陷區(qū)水資源梯級調(diào)控及水質(zhì)生態(tài)凈化方法，其特征是:所述的構(gòu)建積水區(qū)人工濕地生態(tài)體系方法:采煤沉陷區(qū)的大水面規(guī)劃成人工濕地，其實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)主要是能夠通過立體布局水體的生物和動物，發(fā)揮水量、減緩水速、調(diào)節(jié)水量等功能，利用濕地自然的物理、化學(xué)、生物特性以削減污染，是水質(zhì)凈化和補(bǔ)償生態(tài)較為有效的方法，人工濕地可以吸附重金屬，去除N、P、有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)，濕地系統(tǒng)對N、P的去除主要靠植物、微生物及物理化學(xué)的作用來完成,保持物種多樣性、凈化水質(zhì)量、調(diào)節(jié)洪水及緩沖彌補(bǔ)人類破壞的重要生態(tài)體系；人工濕地規(guī)劃是經(jīng)過人為加工、設(shè)計(jì)和構(gòu)造模仿自然濕地的功能，達(dá)到污水凈化和生態(tài)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)效益。
【文檔編號】E02B1/00GK103936163SQ201410172839
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】渠俊峰, 陳浮, 李鋼, 王坤, 張紹良, 王輝, 趙華, 丁忠義 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)