專利名稱：水面高效防浪削浪種植高等植物遏制藻類水華的浮島網技術的制作方法
技術領域：
水生態(tài)環(huán)境工程我國面臨著湖泊、水庫、河流等內陸水體和近海水域生態(tài)環(huán)境惡化的巨大挑戰(zhàn)。其中大水面上的波浪是對水生態(tài)環(huán)境產生巨大壓力的重要因素之一。大面積的沉水植物本身可以削浪和遏制底泥再懸浮提高透明度，但面積不夠大時則沉水植被可能被大浪造成的掀拔植物、擾動底泥、透明度下降等作用而 被破壞退化。因此，在有大浪條件下，局部修復的沉水植物可能被大浪破壞而使修復的生態(tài)系統(tǒng)急劇退化，甚至蛻變回去。由于人力物力限制，實際修復大型湖泊沿岸帶生態(tài)系統(tǒng)，只能逐步推開，面積只能是逐步擴大。通常的用塊石護坡，圍堤打樁防浪等辦法不但代價高昂，而且往往不能促進生態(tài)修復。它也無法解決逐步擴大防護波浪面積的目標。攻克削浪難點成為修復大水面沿岸帶至關重要的技術重點。波浪是在水-大氣界面上的橫波，主要特征有波高、波長、波周(或頻率)。通常大波浪的波高、波長、波周都較大。波浪的能量正比于波高的平方。波高通常隨水深而指數衰減，其能量主要集中在水體上層。風成波或船行波對岸坡具有沖刷作用，對湖泊及河道堤岸安全構成威脅。波浪可掀動湖底，對水生植物正常生長構成威脅。需要發(fā)展防浪削浪技術，特別是與改善水質、生態(tài)修復和保護相結合的技術。在陡立岸邊，波浪對陡岸產生巨大撞擊力，波浪本身也被瞬間破碎，大波能量被細化為小波。在緩慢升高的沙灘上，波浪消退是靠寬闊的沙灘在較大距離上不是瞬間而是在一段時間內實現的。削浪就是要將大波浪的能量分散轉化為(很多數量的)小波浪，直至分子運動熱能。好的削浪技術就是力求用較小代價在較短距離上將大波浪破碎為小波浪，將大波浪能量迅速吸收轉化掉。常規(guī)的工程防浪削浪用水泥塊石、打樁、筑堤壩等剛性措施。在水位升降幅度大的區(qū)域，需要構建相應較大的岸坡斷面和樁高。而剛性樁柱越長，要求的強度和打入底泥的深度及對底泥硬度的要求越高。其工程造價也就越大。剛性樁保護的范圍不可能隨要求擴大范圍而變動。但實際水生態(tài)系統(tǒng)的修復范圍是需要逐步擴大的。在湖泊、水庫中可能發(fā)生特大波浪情況下，有較大安全保證的固定樁/堤壩式剛性防浪削浪工程的代價很高，其受到可能的破壞后的修復代價也很高。這類剛性工程對水質的改善效果較差。削浪的另一種途徑是在需要保護區(qū)域的迎浪水面構建具有一定寬度、縱深度和厚度的能遏制波浪的“類海綿張力削浪網膜簡稱為削浪帶。表面張力可以遏制水面微風波浪就是這種例子。有的大油輪遇到大浪時靠釋放油類以降低波浪對船只的危害。在海岸帶也有將舊輪胎連接成防浪帶的例子。又如用成片(帶)鳳眼蓮也可以削浪，但其效率較低，需要較大面積才能達到一定效果。本發(fā)明目的首先在于建設高效削浪帶，同時它可以兼有種植高桿植物、遏制藻類、微生物膜等其它功能。波浪能量與波高平方成正比。削浪就是要在波浪行進過程中對其制造一定阻力，消耗和分散其能量，直至達到設定的某種較小的有效波高目標。對行進波制造的阻力越大，削浪效果會好些，但設施所受的壓力按平方增加，對設施材料的要求就越大。采用較小的剛性結構單體，用繩索柔性連接成片，可以解決要求削浪的面積大，而工程設施又不易被波浪折斷破壞的矛盾。剛性單體太大容易被折斷。采用較小的剛性單體，就不易被大浪破壞，然后將它們用足夠強度的繩索(如塑料繩、尼龍繩等)柔性地連接起來，這樣可以連接為大面積削浪帶。在沿波浪行進方向上構建成有較大縱深度的區(qū)域，逐步將大浪削減分散為小浪。從而在水面構建剛柔結合的人造“類海綿張力削浪膜”。因此本技術的關鍵是構建高強度的高效削浪浮島芯體及其剛性削浪單體，及構成它的原初。無浪的平靜水面稱為水平面。波浪是水離開(高于/低于)水平面的振動。削浪就是在波浪向上離開平衡水面部分(波峰)時，表面膜要給予它向下的壓力，而對波浪向下部分(波谷)則給以向上的浮力；削高補低，把大浪分散為小浪，以平息波動。技術困難是大波浪的能量很大，剛性結構面積很大時，很容易被波浪折斷。海洋中有被二個波峰抬起的船只被折斷的例子。柔性很大時順著波浪起伏，削浪效果也差。平板式的膜，不能高效破碎波浪吸收波能。要發(fā)展一種多孔結構，錨定在水面的剛柔結合的水面網膜，以實現高效削浪目標。其基本單元(可以稱為削浪浮島芯體)要有足夠強度(因此要用薄殼結構)，其中布滿與四周三維聯通的空洞，某方向多余的水可以較快地流向四周水少的地方(削峰補 谷)，整體漂浮于水面，但部分要浸在水中，部分漂浮于水上；且其浮力自動調節(jié)原來在水上部分沒入水下時浮力迅速增加，芯體離開水面時重力迅速增加。這樣可以極大地消耗波浪能量，平息波浪。本發(fā)明專利采用剛柔結合的特殊構件以及物理生態(tài)相結合的技術，以適應于水位多變、底泥特性復雜、要求防浪的區(qū)域位置范圍形態(tài)可能改變等實際需要，可以高效實現上述目標，成本較低，具有較高性價比。本技術領域屬于水生態(tài)環(huán)境工程，其功能和推廣應用前景如下I. I.保護堤岸由于風浪、船行波、湖流、河流等水動力對岸坡有沖刷侵蝕作用，而且湖泊河流的水位通常有較大變幅，因此，本技術比剛性護岸和單純的生物護岸有更大優(yōu)越性。它有三維機動適應性。種植高桿植物削浪浮島技術與岸坡上的生物護坡措施(例如種植香根草、魯梅克斯等)結合，可以構建綠色生物護坡系統(tǒng)。1.2.防浪削浪保護修復水生態(tài)系統(tǒng)在水生態(tài)系統(tǒng)修復中，大風浪往往是重要制約因素之一。風浪掀起泥沙和植物根系，降低水體透明度，破壞植物生長。在大型湖泊的生態(tài)修復過程中，防浪削浪往往是具有不可或缺的先鋒意義。當沉水植物大面積恢復后，植被本身有較大抗風浪和削浪能力。這時原有削浪帶可以向大湖面移動擴展，成為發(fā)展新的沉水植物的保護前沿。這樣在恢復水生植物過程中，防浪削浪帶始終是非常關鍵的措施。在比較寬闊水體中，無論是局部水域或沿岸帶的生態(tài)修復，都需要有防浪削浪措施。由于人力財力限制，不可能一下在很大范圍內建成水生植物豐富、植被覆蓋度很大的區(qū)域，其范圍需要逐步擴大。本技術可以滿足這樣的需要。因為它的建設、移動和拆除都比較容易。只需移動錨定位置和連接方法就可以。這是用打樁等防浪削浪方法所不能比擬的優(yōu)點。本防浪削浪技術保護的縱深度越大，保護范圍越大，其性價比越大。在完成一定目標后，可以向迎風面推進，修復更大范圍的生態(tài)系統(tǒng)，可以大大降低工程成本，所花的相對代價會越來越低。
1.3.修復水生態(tài)系統(tǒng)的支撐子系統(tǒng)除了防浪削浪功能外，種植包括高桿植物在內的多種植物的削浪浮島本身就是生態(tài)系統(tǒng)的一個組成部分，它可以提高透明度、吸收營養(yǎng)鹽、成為微生物載體、吸附并有效遏制藻類水華，不受水位變化影響等；這個生態(tài)子系統(tǒng)比沉水植物有更大抗環(huán)境災變能力。因此，它是修復水生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐子系統(tǒng)。
I. 4.美化水環(huán)境通過栽種不同植物、花卉，高等植物浮島可以成為如在陸地上綠化美化環(huán)境一樣，成為美化水環(huán)境的載體(圖20)。I. 5.發(fā)展綠色水體農業(yè)由于本發(fā)明載體上可以種植多種水生、濕生、陸生植物，相當于在水面發(fā)展綠色農業(yè)，成為水體綠色農業(yè)的重要組成部分。2.背景和集成技術波浪能量與波高平方成正比。削浪就是要在波浪行進過程中對其制造一定阻力，消耗和分散其能量，直至達到設定的某種較小的有效波高目標。對行進波制造的阻力越大，削浪效果會好些，但設施所受的壓力按平方增加，對設施材料的要求就越大。采用較小的剛性結構單體，用繩索柔性連接成片，可以解決要求削浪的面積大，而工程設施又不易被波浪折斷破壞的矛盾。剛性單體太大容易被折斷。采用較小的剛性單體，就不易被大浪破壞，然后將它們用足夠強度的繩索(如塑料繩、尼龍繩等)柔性地連接起來，這樣可以連接為大面積削浪帶。在沿波浪行進方向上構建成有較大縱深度的區(qū)域，逐步將大浪削減分散為小浪。從而在水面組裝為柔性固定在水面，剛柔結合的有一定寬度、縱深度和厚度的三維多孔削浪帶。因此本技術的關鍵是構建高強度的高效削浪芯體(然后構建)_高效削浪浮島剛性單體(最后構建)_剛柔結合的削浪帶。
3.

發(fā)明內容
3. I.總體框架結構功能先構建高強度能高效削浪的削浪浮島芯體(簡稱“芯體”)，然后將它們組合為有足夠強度的高效削浪浮島剛性單體(簡稱“單體”)，最后把眾多削浪浮島剛性單體柔性連接組合為削浪網膜帶，其面積、位置、形態(tài)可根據需要確定，其可塑性很大。用錨定方法，使該結構可以適應于不同底質、水深和水位變化。因此，它便于施工、維護、移動。削浪浮島芯體的空穴眾多，水-固交界面很大，既有利于削浪，又是微生物、原生動物、懸移質的很好附著載體，是形成微生物膜的良好結構。藻類水華進入該芯體后，由于缺光照等原因受到巨大遏制。波浪又可以清洗空隙，使系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作。在某些削浪浮島芯體上還可以種植包括高桿植物在內的高等植物，成為水上生態(tài)浮島，進一步遏制藻類水華，并凈化水質和美化環(huán)境。3. 2.本技術需要構建的單體是薄殼結構組合。薄殼結構材料可以有多種形式，其中也可以用經過適當改造后的已有專利I (以下簡稱TL-填料專利)產品，并在其基礎上進一步加工而成。采用剛柔性能很好、不容易老化可以粘合的PVC/塑料合成材料，按特定的模具在一定的溫度、壓力下壓制成高強度結構反相對稱的A、B 二組波紋薄殼板(圖I)。在該波紋薄板上有孔(若用TL填料，由于它沒有孔，所以要在上面打孔；可以在TL填料模具上加多種孔徑的孔；為了加強薄殼板的剛性，可以在孔的四周增加垂直于孔平面的寬度約為薄板厚度的2-3倍的小環(huán))。孔徑可分配在I 15mm之間為宜(圖2，“孔”指示)?？讖竭^大后會影響薄板強度。打孔目的是將連續(xù)不透水板面變成透水層；不同孔徑透水率不同，小孔徑可有效 增加水-固接觸面，有利于微生物、原生動物的附著生長；在模具上增加這些孔后可以節(jié)省原材料。每組薄板可以緊密地重疊在一起，便于運輸。將A、B 二組薄板反相粘合(A，B，A，B…)后，可以形成具有諸多三維水流通道的薄殼空腔塊(圖2)。對材料要求是強度大，剛柔結合，不易老化，可以粘合。用薄殼結構可以大大增加板材的牢度和硬度。波紋形狀不但可增加強度，而且可以構建空洞和水流通道，吸收波能。在波動水體中，它可以將大波浪分割破碎為小波浪，從而達到削減波高目的3. 3.在A、B板反相粘合時在相應凹處空間填上直徑與空隙一致的泡沫球(在該型號中直徑為37-40_);從而使芯體有更大強度和更大浮力，能漂浮于水面(加上其它綜合措施，可以調整削浪單體的浮力)；而且，當它在外力作用下被淹沒入水中部分越多，則其浮力越大。當芯體被波高壓入水中時，波浪高出水面部分因遇到眾多空隙而流入下部，芯體上面的壓力迅速減少，而其浮力則迅速增加。這樣削減了波高，增加了削浪效果。當芯體遇到波谷時，芯體內的水分能從垂直空隙中流出來，填補波谷。總之，削浪芯體的浮力和阻力與波浪的壓力和重力作用方向相反，從而大波浪可被有效地破碎為小波浪。通常，加上其它負載，可以使該削浪組合在平衡情況下有約近一半厚度淹沒在水中(圖3)。其總厚度是可以調節(jié)的，經實驗，以30cm左右為佳。為便于加工，可以采用先粘合5層，待粘合劑干后再將二個5層組合粘合一起(因為粘合劑在初期粘度很低，一次粘合10層容易在層與層之間滑動，不穩(wěn)定，不易粘合到位)；這樣共有10層，總厚度為33. 3cm。在其周圍，用三維“井字形”進行網絡狀捆綁，以便加固該裝置。該組合裝置可稱為多孔長方體薄餅形漂浮塊，簡稱為“削浪浮島芯體”(圖3、4)。3. 4.將削浪浮島芯體的不同面朝向波浪來向，可以有不同削浪效果及相應受到的波浪壓強；實際應用時要因地制宜(圖4)。用上述構件組合，可以構建既可以削浪，又可以種植包括高桿植物在內的高等植物設施，可稱為高等植物削浪芯體和高等植物削浪浮島(圖5)。這種構件的進一步組合，可以構建浮島削浪帶和高等植物(如香根草)浮島削浪帶(圖6)。3. 5.這種高等植物浮島削浪帶有很強的抗風浪能力，即使植物被大風吹彎，浮島也不會翻轉(圖7)。大風一停，一切均可恢復原樣。3.6.浮島削浪帶也可以有效阻擋藻類水華，并將一部分藻類吸收到浮島內(圖8)。在浮島內，由于缺乏陽光,藻類會死亡,被微生物轉化為無機營養(yǎng)鹽,隨后被植物(在高等植物浮島削浪帶內)吸收、懸移質吸附、部分沉入湖底或氣態(tài)(氮素)逸出水體；從而遏制藻類水華。3.7.實驗室水槽波浪實驗表明，在剛性削浪單體連接長度折合為一個波長時的波高削減率平均達58% (削減后波高是入射波的42%，波能是入射波的17.6%，削減率達82. 4% )，(參見圖10 :1，II，III個錄像)。太湖現場實驗表明，該設施也有很好削浪效果(圖10上IV錄像)。3. 8.種高桿植物(如香根草)削浪浮島的載體芯片是從長為120cm的波紋板裁剪而來；其裁剪為二對四塊的尺寸示意圖如圖11所示(寬度為60cm不變)；由此可以組合為厚度分別為28和32cm的 二種高桿植物削浪浮島載體芯(圖11);組合成的高桿植物浮島載體芯如圖12，供種植多種飼料、蔬菜、花卉、灌木用。3. 9.高桿植物浮島載體芯由28片波紋板(長60cmX寬28cm/或32cm，如圖11所示)粘合而成；中間填充直徑為37-40_的泡沫球；總高度100cm，橫放水面時，在無泡沫球的空隙中可以栽種多種高桿植物。在載體芯上用寬為10mm，拉斷力為30kg的滌綸帶用立體井字形方式結扎；每個結點都扎死(圖12)。3. 10.可以將圖12上的高桿植物浮島載體芯組合成一個I. 5m*4m的大浮島載體。具體結構如下3. 10. I.每單體由2*4 = 8個芯體組成；3. 10. 2.構建單體用如下5cm PVC-U管材377. Icm6 根，63. 6cm2 根，62. 2+2cm( 二端各有Icm凹陷與垂直管子相交)7根，19. 4cm4 根，8. 5cm8 根，直角彎頭12個，平面四通4個3. 10. 3.所有管材中有拉斷力為150kg的IOmm寬滌綸帶及橫截面邊長為36mm的正方形硬泡沫條填滿；所有閉合管道在用膠粘合前，要將粘合二方面的結合部位用餐巾紙擦凈，封口時將內部穿過的滌綸帶拉緊(二人用力)，形成封閉管道向內的預應力。這樣，即使因某種原因管子斷裂時，載體架子的浮力基本不變，整體上不會下沉。3. 10. 4.底部4根和上部3根橫桿均填有如前所述的滌綸帶和硬泡沫條，均勻分布；下部在芯體組合中部，上面在芯片組合結合部；用滌綸帶與縱向377. Icm管連接雙向扎緊，二端各有Icm凹陷，正交地卡在與它垂直的管子上(圖13，14，15)。3. 10. 5.用拉斷力為150kg的IOmm寬滌綸帶構建網絡，拉斜線和上面一下面之間的連線(圖16);3. 10. 6.每對管材之間用滌綸帶拉緊，上下4對，左右3對；3. 10. 7.在中心線上上面網絡與下面橫桿拉緊；下面網絡與上面橫桿拉緊；這樣整個單體形成一個剛柔結合的行架結構，具有很強的抗風浪和消浪能力(圖17);3.10.8.這樣構建成的高桿植物削浪浮島載體自重輕(圖17)，強度高，浮力大
(18)，不但有很強的削浪功能，而且可以栽種多種植物，吸收藻類遏制藻類水華(圖19、20)，具有很強的凈化水質修復水體系統(tǒng)功能。3. 11.當采用削浪載體芯平面尺寸為60cm*120cm，由2*3個芯組合為120*360cm削浪載體時的框架結構如圖21所示。采用上(紅色)下(藍色)二層斜支撐(內徑50mmPVC管)，上下結點上均用高強度滌綸帶拉緊連接，形成斜撐立體行架形結構，可以有更高強度。每對管材之間穿過載體芯單體之間的縫隙，用滌綸帶拉緊，上下7對、左右2對，前后I對，合計對拉點共10對(圖21上紅圈處)；圖上距離為中心點之間的cm數；實際管長要考慮接插構件的間隙和與圓形管子相交時“卡”在管子上的凹陷需要。這樣的削浪載體單體迎浪面有120cm寬，截面隨波浪高度及載體的波動而變化，與波高成正反饋；波高越大，截面越大，削浪效果越大。載體單體的長度360cm，對于波長小于該長度的波動的削減效果很顯著。為有效地削減更長波長的波高，需要在該單體后緊隨幾個單體。例如，對于太湖來說，可能的最大波長約12m。在要求有高保證率的情況下，需要有3個單體(每個單體間相距約50cm)連續(xù)組成削浪帶的縱深度才能達到一個波長距離；且削浪帶的寬度則隨所要削浪保護的范圍而定，具有更大數值。因此，削浪帶的寬度和縱深度都是很大的，加上湖泊、河流水位的變幅往往很大，想用一整塊剛性結構構建來完成此任務，不僅代價很高，而且很多情況下幾乎是不可能實現的。完全用柔性結構，其削浪效率低，需要很大的水面積來實現目標。這在很多情況下也往往是難以實現的。采用本專利具有較高性價比的技術來實現物理生態(tài)削浪的目標具有重要現實意義。實驗室水槽實驗表明，波長λ = 2m，在2. 4m = I. 2 λ距離上，波高削減系數平均為70%。在λ距離上，波高削減率為58%，削減后的波高為入射波高的42%;以太湖可能的大波波長12m波高60cm為例，在2 λ = 24m距離上，波浪可從入射的60cm削減為11cm。為實現在入射波高為60cm，波長為12m時，削浪帶后的波高為IIcm左右目標，需要6個長度 為4m的剛性削浪單體組合成縱深的削浪帶。如果計劃采用24m長的剛性削浪單體來實現這個目標，對材料的強度(管材的直徑和厚度)要求很高，價格要高數十倍以上，組裝難度及單體重量也會很大，人力難以搬動，在特大風力將框架損壞后的修復工作也將很難。本技術中采用有大量工業(yè)化產品的特殊波紋薄殼板及50mm直徑PVC-U管等材料，在此基礎上加工，代價較低，構建120cm*400cm左右的三維多孔薄餅形剛性浮體,可簡稱為“剛性削浪單體”(圖17)，然后用塑料繩索將這些剛性三維多孔浮體(剛性削浪單體)在水面柔性地連接成帶狀/網絡狀的“類海綿”削浪網膜-削浪帶；并主要采用塑料繩連接的錨定方法固定。這樣可以剛柔結合，從而獲取較高的性價比，在所允許的空間范圍內實現工程目標(圖5-9) ο削浪帶保護的范圍和縱深越大，性價比越高。當要求在空間更小的情況下達到更高削浪要求目標時，可以采用有更高強度的材料，例如更粗、更厚的管材，建設更長更寬的單體。3.12.這種結構是比較容易移動的。在需要改變其形態(tài)，或向離岸遠的方向推進時，或需要將其撤銷時，只需移動錨定位置就可以了。由于柔性結構在風浪下可以三維自動調節(jié)，所以其承受風浪壓力，免遭破壞的能力較大。在受到特大風浪襲擊遭到局部破壞時，維修也比較容易。3. 13.上述薄殼薄板尺寸和粘合層數，即最終“芯體”，“單體”的尺寸可以根據具體情況和要求變化。上面舉例的應用要因地制宜。3.14.例如，為了栽種不同高度的植物，可以組合不同厚度漂浮在水面的浮島。為此，在全長120cm板上(其寬度為60cm)可以分割4塊及8塊來組合高桿植物載體薄殼板(圖22):I)可粘合后豎直成漂浮在水面的二種高度(分別為28cm及32cm)規(guī)格的種高桿植物浮島載體；切割距離分配依次為:32cm| 28cm| 28cm| 32cm(全長=120cm);在120cm上共分割為4塊。每塊上的粘合點分別依次為7+6+6+7個=共26個2)或可粘合后豎直成漂浮在水面的三種高度(分別為13cm-15cm-16cm)規(guī)格的種高桿植物浮島載體；切割距離分配依次為16cm| 16cm 15cm 13cm 13cm 15cm 16cm 16cm(全長=120cm);在120cm上共分割為8塊。每塊上的連接點分別依次為3+4+3+3+3+3+4+3 = 26個連接點；
4.


圖I、將TL填料A、B反對稱二組從緊密包裝狀態(tài)下撕分開(C)，以便相對粘合為空芯構件圖2、在A、B 二組波紋薄板反相粘合時，在二層間的二維面上形成由粘合尖-凹點支撐分割頂開的眾多蛘殼形空隙，加上波紋薄板上的諸多小孔，該組合可形成三維空間上的多孔結構。在波動水體中，可以將大波浪分割破碎為小波浪，從而達到削減波高目的。該組合可稱為削浪浮島芯。 圖3、在原有TL專利基礎上在波紋薄板上打孔(孔)，A、B板反相粘合時在相應凹處空間填上直徑與空隙一致的泡沫球(在該型號中直徑為37mm-40mm);從而使該組合既能漂浮于水面；加上其它綜合措施，可以調整該組合的浮力。通常，加上其它負載，可以使該組合在平衡情況下有約近一半厚度淹沒在水中。圖4、將削浪浮島芯的不同面朝向波浪來向，可以有不同削浪效果及相應受到的波浪壓強；實際應用時要因地制宜圖5、用削浪浮島芯體組合，可以構建既可以削浪，又可以種植高桿植物(例如，圖上為香根草)的設施-種植高桿植物削浪單體圖6、由浮島削浪單體構成的削浪網膜(照片前部)與香根草浮島削浪單體及削浪帶在太湖梅梁灣，2008年圖7、高桿植物浮島削浪帶有很強的抗大風能力，太湖梅梁灣，2008年8月圖8、浮島削浪帶可以擋藻類水華，太湖梅梁灣，2008年8月圖9、浮島削浪帶實驗在太湖，2008年8月圖10、削浪實驗照片及錄像，分別在實驗室水槽于2008年6月7 (I-III)，及太湖梅梁灣8月28 (IV)日錄制，Ctrl并單擊可放映；實驗室水槽實驗表明，波長λ = 2m，在
2.4m = I. 2 λ距離上，波高削減系數平均為70%。在λ距離上，波高削減率為58%，削減后的波高為入射波高的42% ;以太湖可能的大波波長12m波高60cm為例，在2 λ = 24m距離上，波浪可從入射的60cm削減為11cm。附加錄像100_3868. mov 100_3869. mov 100_3883. mov 100_4598. movIIIIIIIV圖11、高桿植物(如香根草)削浪浮島載體芯片從長為120cm的波紋薄板裁剪為二對四塊薄殼板的尺寸示意圖；由此可以組合為厚度為28 32cm的高桿植物削浪浮島載體芯；隨后可以組合為更大的浮島載體圖12、高桿植物浮島載體芯由28片波紋板(長60cmX寬28cm或32cm，如圖11所示)粘合而成；中間填充直徑為37_的泡沫球；總高度100cm，橫放水面時，在無泡沫球的空隙中可以栽種多種高桿植物。在載體芯上用寬為10mm，拉斷力為30kg的滌綸帶用立體井字形方式結扎；每個結點都扎死。圖13、將2*4個高桿植物浮島載體芯組合在內直徑為50mm的PVC-U管框架內，下面4根橫桿，上面3根橫桿；具體尺寸見圖14。
圖14、高桿植物削浪浮島載體上管道的結構尺寸圖15、高桿植物削浪浮島載體的加工過程(一)圖16、高桿植物削浪浮島載體的加工過程(二)圖17、水面高效防浪削浪種植高等植物遏制藻類水華的浮島的加工過程(三)，已加工完成后自重輕，強度高。圖18、高桿植物削浪浮島載體強度高，浮力大。圖19、高桿植物削浪浮島可栽種香根草等多種高桿植物，吸收藻類，遏制藻類水華。圖20、高桿植物削浪浮島舉例；具有削浪，種植多種飼料、花卉、蔬菜、灌木，吸收藻類水華，凈化水質等多種功能；貴陽紅楓湖，2008-圖21、采用削浪載體芯平面尺寸為60cm*120cm，由2*3個芯組合為120*360cm時的削浪載體的框架結構圖；用上(紅色)、下(藍色)二層斜支撐(內徑50mm PVC管)，上下結點上均用高強度滌綸帶拉緊連接，形成斜撐立體行架形結構，可以有更高強度。圖上距離為中心點之間的cm數；實際管長要考慮接插構件的間隙和與圓形管子相交時“卡”在管子上的凹陷需要圖22、將120cm薄殼薄片切割為4塊，32cm | 28cm | 28cm | 32cm,(沿紅色點虛線)及8塊，從邊上開始的切割距離依次為16cm 116cm 115cm 13cm 13cm 15cm 16cm 16cm(沿黃色長虛線)切割位置、打孔點、粘合點及空隙位置示意圖
5.
具體實施例方式5. I.以使用TL專利制品為例，在原有材料基礎上按3. 2方法打孔；5. 2.將A、B 二組波紋薄板反相粘合，將泡沫球放在前一塊(例如A)薄板凹處，然后把B板沾上粘合劑后覆蓋在A板上；接著把泡沫球放在B板凹處板沾上粘合劑后覆蓋在B板上；對于較大的60cm*120cm板，由于加工難度較大，對齊和穩(wěn)住泡沫球不容易，需要二人各用雙手將薄板的四角反向拉緊，使波紋薄板基本保持水平，二人同時輕輕下放，對準需要粘合的點。工作要在基本無風處進行，fo否則，泡沫球會被風吹離正常位置，二層薄板無法正確粘合。粘合劑有揮發(fā)性，并具有一定毒性。工人操作時不要對著呼吸，最好帶勞保用防毒面具，或在有微風吹的上風方向作業(yè)。粘合劑最初是滑而不粘的，所以，粘合的層數不能太多；一般5 6層為宜；對于28cm/32cm或13cm/15cm/16cm寬的長為60cm的幾種波紋板，可以粘合9 11層；放置在平地上待干化粘合好成為一個小組后，再將二組干化后的小組粘合在一起；直至達到要求浮島芯的厚度為止；5. 3.將削浪浮島芯按井字形方式用滌綸帶(可以根據強度需要，用拉斷力為30 150kg的滌綸、錦綸帶)扎好(圖12);這樣就可以構成可以單獨使用的削浪浮島/種植高桿植物削浪芯單體；5. 4.為了加固削浪浮島芯體，可以在其周圍構建用PVC-U管材及相應連接件組合成的單體；或者考慮到提高性價比，在材料強度許可情況下組合成更大規(guī)模的單體；例如，組合成約120cm(寬)*360 400cm(長)的削浪(及種植高桿植物)單體(圖5_9，參見
4.10,4. 11)；
5. 5.用塑料繩索將這些剛性三維多孔浮體根據需要削浪的區(qū)域范圍，在其外圍水面布設一定寬度(縱深度)，長度和形態(tài)的，柔性地連接成的帶狀/網絡狀的“類海綿”削浪網膜-簡稱削浪帶。削浪網膜的形態(tài)要充分考慮盡量減少削浪網膜各結點上的可能同時受力概率；5. 6.削浪帶用錨和繩索連接錨定的方法柔性地固定在水面；繩索長度要考慮到可能的最高水位和最大波浪高度；根據底質特點因地制宜設計不同的錨；若是淤泥底質可以用加鋼筋的水泥塊錨，對硬質底泥，要加鐵抓或暗樁(打入底泥的樁不露出水面)連接削浪浮島繩索；用足夠強度的繩索做錨繩；錨繩與錨的連接處用U形卸扣連接以免繩索被磨壞。5. 7.在水體中固定軟隔離帶和網絡結構及漂浮載體等可以有多種方法。在淺水 硬底湖盆而水位變幅較小的水體中，可以用打樁辦法，其優(yōu)點是網絡結構的形態(tài)固定較好。但在軟質湖盆，水深較大且水位變幅較大時，錨定方法具有很大優(yōu)勢。在網絡結構可能受到較大風浪和湖流壓力時，即使用樁固定，在樁上還得再用幾個錨加以固定加強；需采用樁和錨結合的辦法。所以錨定是極為重要的固定水面網絡的方法，特別在水庫型水體內，錨定是易于采用的基本方法。5. 8.錨可以有多種結構。市場上有許多工業(yè)產品供選擇。但在價格上比自制水泥塊錨貴，而且拋在野外難以看管，很容易丟失。這里介紹加鋼筋的水泥塊錨?？紤]到人力搬運和施工的安全方便，單個錨的重量以35kg左右為宜。在有淤泥情況下，錨在拉力擾動后會下沉，被淤泥覆蓋，因此其耐拉力將進一步提高。在硬底湖盆上，水泥塊錨主要靠重力和與湖底摩擦力提供固定力量。在需要提供較大固定力的時候，需要采用一個點上用多個錨的辦法，和/或采用暗樁/岸上明樁結合的辦法。可以用尺寸合適的塑料盆/桶做模具。形狀以無棱角的圓形/圓柱形等較適宜。減少錨在湖底對網具、圍隔帶等可能構成傷害的威脅。在水泥塊錨的頂部有鋼筋彎圈。在繩索末端固定在U型扣上，然后將U型扣用螺絲扣在錨的鋼筋彎圈上，螺絲要擰緊，防止松脫。5. 9.錨繩的長度和拉力為保證在最高水位和有最大波高時拉住軟隔離帶的水平拉力大于向下的拉力，錨繩與湖底的交角宜小于45°，實際可以采用= 40°。考慮到繩索二端需留有扎頭，錨繩的長度I可按以下半經驗公式計算I = (dmax+h1/2wave+0. 5m) /sin α 0 I. 56 (dmax+lm) +Im..........................
.....................(I)其中dmax為考慮聞水位時的當地最大水深,h1/2wave為1/2最大波聞；若以dmax = 3m,
hl/2wave
Im 為例，I = 7. 3m ；在我國許多湖泊條件下，可以采用直徑為IOmm的聚丙烯錨繩，其拉斷力為1560kgf，基本可滿足要求。為固定軟隔離帶，有時需要一個錨拉幾個漂浮點；和/或在一個漂浮點附近(相鄰點)的軟隔離帶“正” “反”二邊分別用錨連接固定。5. 10.加強固定的辦法由于主要靠人力布設工程，錨塊不宜過大過重，但在若干關鍵點上，應力集中，每個點上需要用幾個錨同時拉。
在可以與附近的陸地/島嶼連接的地方，與陸地打樁連接具有更大拉力。為了不影響船只通行，可以在拉繩的中部靠近航道處加一個/幾個錨，將繩索壓到湖底。在有條件打暗樁的地方，采用打暗樁可以獲取比錨定更大拉力。其基本條件是湖底不很深，底泥不是較深的淤泥或巖石，可以用毛竹加工成專用工具在水下打暗樁。在毛竹的粗頭端套上一個鐵管，把扎有繩索的木樁塞在鐵管內，用榔頭敲打露出水面的毛竹的另一端。待將木樁打入50cm以上硬質底泥后，將毛竹拔出。在水面打樁有一定難度和風險，需要用較大的船或二條船，特別注意安全
權利要求
1.選擇環(huán)境友好、強度大、有一定柔性的塑料復合薄板(已有的工業(yè)產品的厚度為0.5mm,寬度*長度為W*L = 60*120cm ;這些參數是可變的)，壓制成在垂直于平板方向上有很大比表面積和高強度的波紋薄殼板，它們在波紋結構上有反相對稱的A、B 二組，每組有一致的波紋，可以緊密重疊，但A片與B片反相粘合時可以形成空穴)；在波紋薄殼板上打孔(也可以用模具解決，這樣可以節(jié)約材料成本)，孔徑可以有多種組合，但要保障結構有足夠強度，因此最大孔徑以不超過20mm為宜；當A、B 二組波紋薄板(A，B，A，B...)交替粘合，中間放置泡沫球(塊)增加浮力，構成浮島式三維多空穴削浪基本單元-削浪浮島芯體；波動水體作用它時可以有效地將大波浪能量破碎分解轉化為小波浪，從而達到高效削浪的目標；
2.波紋薄殼板粘結時其漂浮在水面，基本尺寸為60cm*120cm*(13cm 40cm)(寬*長*厚)，其中寬、長取決于工廠模具，厚度取決于粘合的片數，這些尺寸根據具體情況是可變的)；這種削浪浮島芯體可稱為I型削浪浮島芯體；用一定強度、寬度、厚度的纖維織帶捆綁 在芯上用以加固削浪浮島芯體。
3.若將120cm長(寬度為60cm)的A，B二組波紋薄板同樣切割為4塊，切割距離分配依次為:32cm|28cm|28cm|32cm(全長=120cm);則可以將這些薄板按A，B，A，B.規(guī)則粘合成寬度為60cm,厚度分別為32cm和28cm的二種浮島芯體,其長度由粘合的薄板層數而定，可取為120cm左右；這種削浪浮島芯體上可以種植包括高桿植物在內的多種植物(蔬菜、飼料、花卉、灌木等)；這種芯體可稱為種植高桿植物II型削浪浮島芯體(簡稱II型削浪浮島芯體)；若將120cm長(寬度為60cm)的A，B 二組波紋薄板同樣切割為8 ±夾，切割距離分配依次為:16cm| 16cm| 15cm| 13cm| 13cm| 15cm| 16cm| 16cm(全長=120cm)則可以將這些薄板按A, B, A, B...規(guī)則粘合成寬度為60cm,厚度分別為13cm, 15cm和16cm的三種浮島芯體，其長度由粘合的薄板層數而定，可取為120cm左右；這種削浪浮島芯體上可以種植包括矮桿、高桿植物在內的多種植物(蔬菜、飼料、花卉、灌木等)；這種芯體成本比II型更低，也可用來種植矮桿植物，但對若干高桿植物有限制，削浪效果比II型差些，可稱為種植水面植物III型削浪浮島芯體(簡稱III型削浪浮島芯體)；
4.將若干削浪芯體放在用剛體漂浮材料構成的框架內，形成更大的剛性削浪浮島單體；框架以PVC-U材料管道及其配件為例，要輕，環(huán)境友好無毒，不易腐蝕老化，在其中塞以硬泡沫材料；在管道內添加高強度拉力帶，在密閉管道時，用力拉緊，使造成管內有預應力，減少管道粘合處脫開，管道斷裂分離和框架整體解體的風險，這樣，即使連接密封不好，或管材斷裂也仍然可保持浮力；從而大大提高框架和削浪浮島單體的整體性能和使用壽命；用直角彎頭和平面四通可以構建包圍削浪芯的密閉三維框架，作為基本框架；為了在保障強度和功能情況下盡量節(jié)約成本，在一些次要支撐環(huán)節(jié)上，可以采用不密封管道的辦法，在管道中添加高強度(例如150kg拉斷力)的化纖帶(例如滌綸)，塞滿硬泡沫二端不密閉但有與另外與之連接管道的卡口(不是平面，而是凹面，可以卡在與之連接的管道上，用高強度纖維帶拉緊扎緊固定；這樣可以增加強度，降低成本；
5.把框架與芯體緊密拉緊使連成剛性整體是增加削浪單體強度的重要環(huán)節(jié)；其關鍵是要用高強度纖維帶穿過芯體縫隙將芯體外包的相對框架管道拉緊，上下，左右，前后，凡是可能的連接方向都要拉緊；在上下面框架上可以加斜撐，以增強削浪單體的整體性和強度，保證高效削浪而不被波浪打壞；單靠管道與配件的粘合連接是不夠的，在芯體與框架之間，沒有足夠拉力將二者緊密結合也是不夠的，否則在長期風浪作用下，削浪系統(tǒng)容易遭到損害，也達不到應有的削浪效果；；
6.在剛性的削浪浮島單體間用柔性繩索連接，或將一群削浪浮島單體連接到網狀結構的繩索上，構建削浪浮島帶(網)(簡稱削浪帶)，其長度、寬度(縱深度)、形態(tài)需因地制宜根據具體工程目標確定；削浪帶用錨定方法柔性地固定在水面；繩索長度要考慮到可能的最高水位和最大波浪高度；根據底質特點因地制宜設計不同的錨；若是淤泥底質可以用加鋼筋的水泥塊錨，對硬質底泥，要加鐵抓或打暗樁(打入底泥的樁不露出水面，連接削浪浮島繩索)；用足夠強度的繩索做錨繩；錨繩與錨的連接處用U形卸扣連接以免繩索被磨壞。
7.布設削浪帶時要主意盡量避免削浪帶相鄰幾個連接點可能同時受到同方向壓力(或拉力)的作用，相鄰錨定受力點要盡量避開行進波的鋒面同時到達，削浪帶布設為波浪形，其尖端面對最大可能的大波來向；可以用長短不同、強度不同的二(或多)根繩索將削浪帶固定在錨上，這樣可以減少當遇到特大波浪壓力時削浪帶遭到重大損害的風險；
8.三種類型削浪單體的綜合應用可以解決岸坡保護和水生態(tài)系統(tǒng)修復中的許多需求；通常在迎風浪的外圍首先用I型單體，后面用II型、III型；當削浪帶由于遇到特大自然災害或人為損害時，可以采取單體更換，整理連接線，移動錨的位置，調整繩索長度等措施；在風浪較小的水體，可以更多使用III型削浪浮島芯體，以降低成本。
9.當預定在局部地區(qū)護坡和修復水生態(tài)系統(tǒng)完成任務而需要擴大修復生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域或轉移到別的區(qū)域時，削浪帶可以比較容易地移動起錨把削浪帶向外轉移或運往它處就可以；削浪帶保護水域的范圍越大，其單價更低，具有更大性價比；
10.為配合修復以沉水植物為主體的水生態(tài)系統(tǒng)的需要，削浪帶每條的寬度不宜過寬。水面有連續(xù)覆蓋物可造成水中缺氧，可以采用“斑馬線”式結構；即在每條削浪帶后要空出一道水面空隙帶，后者寬度不小于前者。這樣，在削浪帶在水面作位移時，水下不會有被削浪帶的陰影始終全部覆蓋，陽光可以(在不同時段)透射到幾乎全部水體；有利于沉水植物的恢復和避免因水面大面積被覆蓋而導致缺氧。這樣在水面形成一道道由無削浪帶的自由水面相間的眾多削浪帶。經過多道削浪帶的削浪作用，在湖面形成一個能總體上達到一定削浪要求的削浪面。其長度根據要求保護的長度而定。
全文摘要
水面高效防浪削浪種植高等植物遏制藻類水華的浮島網技術能在不同底質和水位多變條件下，大大減輕水流、風浪、船行波等對水生、濕生植物和岸坡的沖刷破壞，支撐水體生態(tài)修復、改善水質和生態(tài)護岸。它以由三維網絡管道聯通的多孔長方體漂浮塊--削浪浮島芯體為基初單元，用來吸收波浪能量；隨后將其組合為規(guī)模和強度更大的三維多孔剛性浮體--剛性削浪單體，并最后組裝為柔性固定在水面，剛柔結合的有一定寬度、縱深度和厚度的三維多孔浮島網削浪帶。在削浪浮島芯體上也可以種植包括高桿植物在內的多種植物，形成水面植物系統(tǒng)；從而構建成為具有削浪、降低營養(yǎng)鹽、遏制藻類水華、微生物膜、提高透明度等多功能的修復水生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐子系統(tǒng)。
文檔編號E02B8/06GK102635099SQ20111003554
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權日2011年2月10日
發(fā)明者成小英, 朱政賓, 濮培民, 濮江平 申請人:濮培民