[发明专利]水面高效防浪削浪种植高等植物遏制藻类水华的浮岛网技术

说明书

1.技术领域：水生态环境工程 

我国面临着湖泊、水库、河流等内陆水体和近海水域生态环境恶化的巨大挑战。其中大水面上的波浪是对水生态环境产生巨大压力的重要因素之一。大面积的沉水植物本身可以削浪和遏制底泥再悬浮提高透明度，但面积不够大时则沉水植被可能被大浪造成的掀拔植物、扰动底泥、透明度下降等作用而被破坏退化。因此，在有大浪条件下，局部修复的沉水植物可能被大浪破坏而使修复的生态系统急剧退化，甚至蜕变回去。由于人力物力限制，实际修复大型湖泊沿岸带生态系统，只能逐步推开，面积只能是逐步扩大。通常的用块石护坡，围堤打桩防浪等办法不但代价高昂，而且往往不能促进生态修复。它也无法解决逐步扩大防护波浪面积的目标。攻克削浪难点成为修复大水面沿岸带至关重要的技术重点。 

波浪是在水-大气界面上的横波，主要特征有波高、波长、波周(或频率)。通常大波浪的波高、波长、波周都较大。波浪的能量正比于波高的平方。波高通常随水深而指数衰减，其能量主要集中在水体上层。风成波或船行波对岸坡具有冲刷作用，对湖泊及河道堤岸安全构成威胁。波浪可掀动湖底，对水生植物正常生长构成威胁。需要发展防浪削浪技术，特别是与改善水质、生态修复和保护相结合的技术。 

在陡立岸边，波浪对陡岸产生巨大撞击力，波浪本身也被瞬间破碎，大波能量被细化为小波。在缓慢升高的沙滩上，波浪消退是靠宽阔的沙滩在较大距离上不是瞬间而是在一段时间内实现的。削浪就是要将大波浪的能量分散转化为(很多数量的)小波浪，直至分子运动热能。好的削浪技术就是力求用较小代价在较短距离上将大波浪破碎为小波浪，将大波浪能量迅速吸收转化掉。 

常规的工程防浪削浪用水泥块石、打桩、筑堤坝等刚性措施。在水位升降幅度大的区域，需要构建相应较大的岸坡断面和桩高。而刚性桩柱越长，要求的强度和打入底泥的深度及对底泥硬度的要求越高。其工程造价也就越大。刚性桩保护的范围不可能随要求扩大范围而变动。但实际水生态系统的修复范围是需要逐步扩大的。在湖泊、水库中可能发生特大波浪情况下，有较大安全保证的固定桩/堤坝式刚性防浪削浪工程的代价很高，其受到可能的破坏后的修复代价也很高。这类刚性工程对水质的改善效果较差。 

削浪的另一种途径是在需要保护区域的迎浪水面构建具有一定宽度、纵深度和厚度的能遏制波浪的“类海绵张力削浪网膜”-简称为削浪带。表面张力可以遏制水面微风波浪就是这种例子。有的大油轮遇到大浪时靠释放油类以降低波浪对船只的危害。在海岸带也有将旧轮胎连接成防浪带的例子。又如用成片(带)凤眼莲也可以削浪，但其效率较低，需要较大面积才能达到一定效果。本发明目的首先在于建设高效削浪带，同时它可以兼有种植高杆植物、遏制藻类、微生物膜等其它功能。 

波浪能量与波高平方成正比。削浪就是要在波浪行进过程中对其制造一定阻力，消耗和分散其能量，直至达到设定的某种较小的有效波高目标。对行进波制造的阻力越大，削浪效果会好些，但设施所受的压力按平方增加，对设施材料的要求就越大。采用较小的刚性结构单体，用绳索柔性连接成片，可以解决要求削浪的面积大，而工程设施又不易被波浪折断破坏的矛盾。刚性单体太大容易被折断。采用较小的刚性单体，就不易被大浪破坏，然后将它们用足够强度的绳索(如塑料绳、尼龙绳等)柔性地连接起来，这样可以连接为大面积削浪带。在沿波浪行进方向上构建成有较大纵深度的区域，逐步将大浪削减分散为小浪。从而在水面构建刚柔结合的人造“类海绵张力削浪膜”。因此本技术的关键是构建高强度的高效削浪浮岛芯体及其刚性削浪单体，及构成它的原初。 

无浪的平静水面称为水平面。波浪是水离开(高于/低于)水平面的振动。削浪就是在波浪向上离开平衡水面部分(波峰)时，表面膜要给予它向下的压力，而对波浪向下部分(波谷)则给以向上的浮力；削高补低，把大浪分散为小浪，以平息波动。技术困难是大波浪的能量很大，刚性结构面积很大时，很容易被波浪折断。海洋中有被二个波峰抬起的船只被折断的例子。柔性很大时顺着波浪起伏，削浪效果也差。平板式的膜，不能高效破碎波浪吸收波能。要发展一种多孔结构，锚定在水面的刚柔 结合的水面网膜，以实现高效削浪目标。其基本单元(可以称为削浪浮岛芯体)要有足够强度(因此要用薄壳结构)，其中布满与四周三维联通的空洞，某方向多余的水可以较快地流向四周水少的地方(削峰补谷)，整体漂浮于水面，但部分要浸在水中，部分漂浮于水上；且其浮力自动调节：原来在水上部分没入水下时浮力迅速增加，芯体离开水面时重力迅速增加。这样可以极大地消耗波浪能量，平息波浪。