北方山区河流河道生态综合治理系统及其构建方法技术领域
本发明涉及一种北方山区河流河道生态综合治理系统及其构建方法，更具体的说，尤其涉及一种在北方山区河流上游的支流和交汇处设置生态透水坝、中下游设置库塘和湿地的山区河流河道生态综合治理系统及其构建方法。
背景技术
北方山区河流两岸山坡多岩土结构，由于人为破坏与暴雨或持续降雨，造成山区水土流失严重，大量的泥沙和石块被冲下山体汇入河流，对山区河流生态系统造成严重的危害；并且由于北方山区河流坡度陡，产汇流时间短、速度大，造成山区河流防洪压力大，同时还导致河道冲刷强、河道的形态和植被单一、河床侵蚀严重等生态破坏现象。山区河流多为季节性河流，对降雨的调蓄作用十分微弱，蓄水能力较差，枯水期时间长，汛期洪水峰高量大，不仅洪灾频发，宝贵的水资源也白白流走。山区河流尤其是北方山区河流，年降雨量少，在非汛期水资源极度缺乏，甚至干涸，水力连通性差，不利于植被及微生物的生存，破坏了生态系统的稳定性。
有关北方山区河流的治理主要集中在河道疏浚、堤防建设、护坡护岸等工程内容，多表现为高墙直立、河道渠化等三光现象。这些工程措施固然可以防洪减灾，但是山区河流的生态系统并没有得到修复。因此，迫切需要构建山区河流生态河道，将生态学原理和河流治理工程相结合，开发山区河流生态修复和水质改善技术，恢复山区河流生态系统，使其不仅具有防洪功能，还具有涵养水源、调节小气候、维系水生态和生物多样性等功能，实现人与河流和谐相处。一般来说，单一的河流库塘和湿地技术抗干扰能力差、出水水质不稳定、可持续性低、受季节等因素的影响大，难以达到对北方山区河流防洪减灾和流域污染物的控制目标。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种北方山区河流河道生态综合治理系统及其构建方法。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，其特别之处在于：包括构筑于北方山区河流支流及其交汇处的生态透水坝、设置于山区河流中下游起蓄水和生态恢复作用的库塘以及与库塘相通的湿地，生态透水坝由透水结构石块垒筑而成，生态透水坝具有调节径流流量、拦截面源污染、阻挡砂石和泥石流的作用；库塘与山区河流相通，具有蓄积、沉淀和拦截河水，延长河水的停留时间，恢复河流生态系统，提供生物栖息地的作用，库塘内种植有挺水植物、沉水植物和浮水植物，以实现降低面源污染、净化水质的作用；湿地具有调节径流、涵养水分、营造景观和生态修复的作用，湿地内种植有水生植物，湿地利用土壤基质、水生植物和微生物对水质进行进一步净化。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，所述生态透水坝在山区河流支流及其交汇处均有设置，生态透水坝的坝体由碎石、砂石和/或砾石石料堆筑而成；生态透水坝的背水面为下宽上窄的阶梯形状，迎水面固定有三角锥木桩，三角锥木桩内填充有避免沿河道滚下的石块直接撞击坝体的砾石层，所述生态透水坝上种植有水生植物。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，所述生态透水坝和库塘的数量为一个或多个，多个库塘依次相通，以增强其蓄水、防洪和净化能力；所述库塘的周围设置有岸边缓冲带，岸边缓冲带采用木桩和砾石护岸，岸边缓冲带上种植有水生植物。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，包括设置于连通库塘与湿地的河流岸边的河流岸边带，河流岸边带内种植有芦苇、菖蒲和香蒲水生植物。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，所述库塘中种植的挺水植物包括芦苇和菖蒲，沉水植物包括金鱼藻和苦草，浮水植物包括浮萍和水龙。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，所述湿地中的水生植物包括菖蒲、芦苇、鸢尾。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统，所述库塘的位置、形态和深度依据山区河流当地的地形地貌特征，充分利用现有的洼地、空塘和开阔地进行构建，恢复原有河道的自然景观和生态功能。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统的构建方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：
a).构筑生态透水坝，在北方山区河流的支流及支流交汇形成的干流上均可设置生态透水坝，生态透水坝由碎石、砂石和/或砾石石料构筑而成，生态透水坝既能拦截过滤水流、削减河水势能、阻挡砂石块，又具有一定的透水性；同时，将生态透水坝的背水面设置成下宽上窄的阶梯形状，以增加坝体的牢固性；b).设置三角锥形木桩石笼，生态透水坝垒筑完成后，在其迎水面固定三角锥形木桩，并在三角锥形木桩内填充砾石，构建木桩石笼，既保证了透水性，又可避免河流中的石块对坝体的直接撞击；c).构建生态库塘，在山区河流生态透水坝下游的开阔地，充分利用现有的天然洼地或通过人工开挖的方式建设山区生态库塘，库塘可建设一个，也可建设多个库塘相连通以组成多级串联库塘系统；d).种植库塘植物，在库塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，以使库塘不仅具有蓄积、沉淀和过滤河水的作用，还使其具有较强的削减面源污染、净化水质的作用；e).建造湿地系统，在山区河流生态库塘下游开阔区域设置于生态库塘相通的湿地，并在湿地中种植水生植物，利用湿地中的土壤基质、水生植物和微生物对水质进行进一步净化；f).恢复河流岸边带，在连通库塘与湿地的河流两侧恢复河流岸边的生态系统，通过在河流岸边种植水生植物，以提供生物栖息地，达到恢复河流岸边生态系统和河流景观的目的。
本发明的有益效果是：本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统及其构建方法，通过在山区河流支流及河流交汇处设置生态透水坝，既实现了调节径流流量、拦截面源污染和阻挡泥石流的作用，又保证了水体的透过性；通过在山区河流的生态透水坝下游设置库塘，并在库塘中设置挺水、浮水和沉水植物，实现了蓄积、沉淀、过滤和缓冲洪水，以及降低面源污染、净化水质的作用；通过在库塘的下游设置湿地，并在湿地中种植水生植物，实现了进一步的调节径流、净化水质的作用。北方山区河流在非汛期水资源极度缺乏的情况下，北方山区河流河道生态综合治理系统能够有效改善山区河流的水文条件，并对降水径流进行多级有效蓄积，减少河流断流和枯水期天数，有利于河流生态系统的恢复和稳定。
北方山区河流区域年降雨量少，且季节分布严重不均，有效降水多集中在汛期，河流枯水期长，本发明能够有效改善山区河流的水文条件，实现对河流径流量的多级有效蓄积，减少河流断流天数，有利于山区河流生态系统的恢复。
本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统及其构建方法，能够对山区泥石流和河流面源污染进行有效的截留，调节河流径流量，改善山区河流在非汛期的水文条件，减少山区河流的枯水期天数，有利于恢复山区河流生态系统。同时，本发明的构建可利用山区河流现有的洼地和空塘，降低了工程建造成本，提高了河流水体自净能力。
附图说明
图1为本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统的结构示意图；
图2为本发明中生态透水坝的横截面的结构示意图。
图中：1山区河流，2生态透水坝，3库塘，4湿地，5挺水植物，6沉水植物，7浮水植物，8木桩，9砾石，10水生植物，11三角锥形木桩，12砾石层，13水生植物，14石块，15河流岸边带。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
针对北方山区河流比降大、河道冲刷强、调蓄能力弱、非汛期水资源极度缺乏、水力连通性差、生态系统破坏严重等特点，以及山区面源污染时空不均匀特性，如何利用山区废置的河道、库塘、沟渠、湿地等系统对北方山区河流进行生态综合治理。本发明的目的是提供一种北方山区河流生态透水坝-库塘-湿地生态治理系统和“截-蓄-保”生态治理模式，此模式能够对山区泥石流和河流面源污染进行有效的截留，调节河流径流量，增强山区河流的蓄水能力，改善山区河流在非汛期的水文条件，减少山区河流的枯水期天数，有利于恢复山区河流生态系统。
如图1所示，给出了本发明的北方山区河流河道生态综合治理系统的结构示意图，由于北方山区河流1具有河流比降大、河道冲刷强的特点，如不对河流进行拦截，降水径流快速汇集易引发山洪、泥石流等灾害。在山区河流1支流及支流汇集形成的干流上均可设置生态透水坝2。所示的库塘位于山区河流1，依据现有的洼地或人工挖掘形成，实现对流入水体的蓄积、沉淀、净化和缓冲洪水的作用，库塘中设置有挺水植物5、沉水植物6和腹水植物7。所示的湿地4与库塘3相通，湿地4中种植有水生植物，湿地4具有调节径流、涵养水分的作用，湿地利用土壤基质、水生植物和微生物对水质进行进一步净化。
如图2所示，给出了本发明中生态透水坝的横截面的结构示意图，在山区河流1支流及其汇集处利用碎石、沙石、砾石等天然石料构筑生态透水坝，并在坝体上种植水生植物13。生态透水坝的背水面为下宽上窄的阶梯形状，迎水面设置三角锥形木桩11，木桩内堆放砾石，形成砾石层12。利用生态透水坝2以及坝前三角锥形木桩11和砾石层12截留山坡上被降雨冲刷下来的泥沙和石块，起到了“截”的作用，并且通过坝体的透水特性，调节径流流量，拦截面源污染。
在生态透水坝2之后的水域设置的库塘3，可依循山区特有的地貌、河流自带的形状，利用天然的洼地或人工开挖而成，库塘的主要作用是蓄积、沉淀并过滤河水，增加蓄水量缓冲山区河流洪水，起到了“蓄”的作用。库塘可采用多个库塘相连通的形式，以组成多库塘系统。库塘3中种植有挺水植物5，如芦苇和菖蒲，沉水植物6，如金鱼藻和苦草，浮水植物7，如浮萍和水龙。同时，还可在库塘3的岸边设置岸边缓冲带，岸边缓冲带由木桩8和砾石9组成，其上种有菖蒲、芦苇等植物，缓冲带能够提高河流的自净能力和自然景观，并且库塘中及岸边缓冲带的植物和微生物等起到了削减面源污染、净化水质的作用。
河流经过库塘3后进入湿地4系统，湿地4位于库塘的下游开阔地，依据经济高效和植物群落配置最优原则，在湿地中种植芦苇、菖蒲、鸢尾、等水生植物。在连通库塘与湿地的河流两侧的地形开阔处设置河流岸边带15，种植芦苇、菖蒲等植物。通过湿地4调节径流，涵养水分，并利用土壤基质、植物和微生物对水质进行进一步的净化，起到了“保”的作用。
北方山区河流在非汛期水资源极度缺乏的情况下，生态透水坝-库塘-湿地生态治理系统能够有效改善山区河流的水文条件，并对降雨径流进行多级有效蓄积，减少河流断流天数，有利于河流生态系统的恢复稳定。生态透水坝-库塘-湿地生态治理系统能够对山区泥石流和河流面源污染进行有效的截留，调节河流径流量，改善山区河流的水文条件，从“截-蓄-保”三个方面实现了对山区河流的生态综合治理。