CN105220660B - 一种可调节掺气生态景观拦水坝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利设施技术领域，提供一种可调节掺气生态景观拦水坝，包括：上层坝体、中层坝体和底层坝体，所述底层坝体固定于河床；上层坝体和中层坝体之间以及中层坝体和底层坝体之间分别连接有高度可调节支撑装置；所述高度调节装置与控制器电连接；所述上层坝体包括第一过流面，所述第一过流面包括第一WES堰面；所述中层坝体包括第二过流面，所述第二过流面包括依次连接的第二WES堰面和第一反弧曲面；所述底层坝体包括第三过流面，所述第三过流面包括依次连接的第三WES堰面、第一斜面、第二反弧曲面、第一水平面和第三反弧曲面。本发明能够根据上游来水情况调节三层坝体之间的距离，进而调节过水情况，提高水中掺气浓度。

Description

一种可调节掺气生态景观拦水坝

技术领域

本发明涉及水利设施技术领域，尤其涉及一种可调节掺气生态景观拦水坝。

背景技术

随着城市的发展，城市河道水体污染已经成为制约城市经济发展的重要因素。由于大量城市生活、工业污水排入河道，导致河水发黑、恶臭，水中溶解氧浓度不足，水体自净能力降低甚至丧失，因此设法提高水中溶解氧浓度成为提高水体自净能力最直接的手段，近年来为了改善城市河道水质，各级部门采取了一系列防污减排措施，虽然在一定程度上起到了一定的效果，但是效果并不明显，水质恶化问题仍然很严重。

目前，在河道污染水质修复的主要途径是利用上游水流流经拦河建筑物过程中的掺气，加速水体复氧过程，增大水体中的溶解氧的水平，恢复水体中好氧生物的活力，进而使水体净化能力有所增强。但是，建设拦水建筑物会使河道水质发生变化，进而造成水体自身净化能力降低，加速水体污染，并且会阻碍鱼类通道，使得生物多样性退化。传统的拦水坝过坝水流复氧量不足，已经不能满足河流可持续发展的需要。

发明内容

本发明主要针对城市内陆河道水污染严重，普通过水坝过坝水流复氧量不足的技术问题，提出一种可调节掺气生态景观拦水坝，能够增加下游水体溶解氧含量，促进水体自净能力。

本发明提供了一种可调节掺气生态景观拦水坝，包括：n个坝体；

n个坝体在竖直方向上顺次设置，n个坝体之间通过支撑装置进行连接，其中，n≥2；

最底层的坝体固定于河床。

进一步的，所述支撑装置为高度可调节支撑装置，所述高度可调节支撑装置与控制器电连接。

进一步的，所述可调节掺气生态景观拦水坝，包括：上层坝体、中层坝体和底层坝体，所述底层坝体固定于河床；

上层坝体和中层坝体之间以及中层坝体和底层坝体之间分别连接有高度可调节支撑装置；所述高度可调节支撑装置与控制器电连接。

进一步的，所述上层坝体包括第一过流面，所述第一过流面包括第一WES堰面；

所述中层坝体包括第二过流面，所述第二过流面包括依次连接的第二WES堰面和第一反弧曲面；

所述底层坝体包括第三过流面，所述第三过流面包括依次连接的第三WES堰面、第一斜面、第二反弧曲面、第一水平面和第三反弧曲面。

进一步的，所述上层坝体包括第一底面，所述第一底面包括依次连接的第二水平面、第二斜面和第三水平面；

所述中层坝体包括第二底面，所述第二底面包括依次连接的第四水平面、第三斜面和第五水平面；

所述底层坝体包括第三底面，所述第三底面固定于河床。

进一步的，所述上层坝体、所述中层坝体和所述底层坝体背水的一侧从上向下呈阶梯排列；

所述上层坝体、所述中层坝体和所述底层坝体采用钢筋混凝土浇筑而成。

进一步的，所述第一反弧曲面和第三反弧曲面的反弧角度均大于45°；

所述第一WES堰面包括依次连接的第一弧面、第二弧面、第三弧面和第四弧面；

所述第一弧面为圆弧，第一弧面的半径R₁为：R₁＝0.04H₀；

所述第二弧面为圆弧，第二弧面的半径R₂为：R₂＝0.2H₀；

所述第三弧面为圆弧，第三弧面的半径R₃为：R₃＝0.5H₀；

所述第四弧面的剖面曲线方程为：

其中，H₀表示总的设计水头，x表示水平方向的坐标，y表示垂直方向的坐标。

进一步的，上层坝体堰前总高、中层坝体堰前总高和底层坝体堰前总高之和小于等于所在河道的最大设计水位，并大于等于所在河道的最小设计水位。

进一步的，所述第一弧面的起点到第三弧面的终点在水平方向上的距离L₀为：L₀＝0.282H₀；

所述第四弧面在水平方向上的长度L₁为：

$H_0{\left(\frac{2W_1}{H_0}\right)}^{0.54}<L_1<H_0{\left(\frac{2(W_1+0.5H_2)}{H_0}\right)}^{0.54};$

第一WES堰面末端到第一反弧曲面底部的水平距离L2为：

$L_2=0.5H_1+\frac{v_1^{2}sin2{\mathrm{\&alpha;}}_1}{2g}(-1+\sqrt{1-\frac{8g(0.5H_2+W_2+H_3-S_1)}{4v_1^2{\sin }^2{\mathrm{\&alpha;}}_1}});$

中层坝体末端到第三反弧曲面起点的水平距离L₃为：

$L_3=\frac{v_2^{2}sin2{\mathrm{\&alpha;}}_2}{2g}(1+\sqrt{1-\frac{8g(H_3+W_3-S_2)}{4v_2^2{\sin }^2{\mathrm{\&alpha;}}_2}});$

其中，H₀表示总的设计水头，W₁表示上层坝体堰前总高，W₂表示中层坝体堰前总高，W₃表示底层坝体堰前总高，H₁表示上层坝体堰上水头，H₂表示上层坝体和中层坝体之间的净空高度，H₃表示中层坝体和底层坝体之间的净空高度，v₁表示上层坝体下泄流速，v₂表示中层坝体下泄流速，α₁表示上层坝体下泄流速和x方向的夹角，α₂表示中层坝体下泄流速和x方向的夹角，g表示重力加速度，S₁表示第一反弧曲面底部到中层坝体底面的距离，S₂表示第一水平面到底层坝体底面的距离。

进一步的，上层坝体末端到中层坝体之间的垂直距离D₁为：

D₁≥W₂+H₂；

中层坝体末端到下层坝体之间的垂直距离D₂为：

W₃+H₃-S₁-R₄(1-cosθ₁)≥D₂≥W₃；

第二斜面和第二WES堰面法线方向的最小距离D₃为：

D₃≥H₂；

第三斜面和第三WES堰面法线方向的最小距离D₄为：

D₄≥H₃；

其中，W₂表示中层坝体堰前总高，W₃表示底层坝体堰前总高，H₂表示上层坝体和中层坝体之间的净空高度，H₃表示中层坝体和底层坝体之间的净空高度，S₁表示第一反弧曲面底部到中层坝体底面的距离，R₄表示第一反弧曲面的反弧半径，θ₁表示第一反弧曲面的反弧角度。

本发明提供的一种可调节掺气生态景观拦水坝，将传统的过水坝分割成上中下三层活动结构，上层坝体为标准WES型过流堰，中层坝体和底层坝体为两级反弧泄水坝，三层坝体呈阶梯状上下排列，其中层坝体和底层坝体的反弧角均大于45°，水流不能迅速下泄，较大的挑角使得水流有足够的时间在反弧内形成旋滚水流，通过水流滚动提高反弧段内水体掺气浓度，进而增加下游水体溶解氧含量，促进水体自净能力。同时，分级构造还可以灵活调整上中下三股水流的分流情况，可根据实际需要实现不同的过流方式。本发明在上层坝体、中层坝体和底层坝体之间设置高度可调节支撑装置，可以根据上游来水情况调节三层坝体之间的距离，进而调节过水情况，在保证最优的泄流情况下，使得中层坝体和底层坝体的反弧曲面内形成较好的旋滚水流，尽可能使得下泄水流同时流经两级反弧段，提高水中掺气浓度。此外，本发明的拦水坝兼具一定的景观效应，适用于城市生态景观建设。

附图说明

图1为可调节掺气生态景观拦水坝的剖面图；

图2为可调节掺气生态景观拦水坝的另一剖面图；

图3为可调节掺气生态景观拦水坝的正面图；

图4为上层坝体的结构示意图；

图5为上层坝体和中层坝体的结构示意图；

图6为中层坝体和底层坝体的结构示意图；

图7a-c为三股水流流态示意图。

图中附图标记指代的技术特征为：

1、上层坝体；2、中层坝体；3、底层坝体；4、高度可调节支撑装置；5、第一WES堰面；6、第二WES堰面；7、第一反弧曲面；8、第三WES堰面；9、第一斜面；10、第二反弧曲面；11、第一水平面；12、第三反弧曲面；13、第二水平面；14、第二斜面；15、第三水平面；16、第四水平面；17、第三斜面；18、第五水平面。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1为可调节掺气生态景观拦水坝的剖面图。图2为可调节掺气生态景观拦水坝的另一剖面图。图3为可调节掺气生态景观拦水坝的正面图。如图1、2和3所示，本发明实施例提供的可调节掺气生态景观拦水坝包括：

上层坝体1、中层坝体2和底层坝体3；上层坝体1和中层坝体2之间以及中层坝体2和底层坝体3之间分别连接有高度可调节支撑装置4；所述高度可调节支撑装置4与控制器电连接；所述底层坝体3固定于河床。高度可调节支撑装置4可以为液压装置或者为电动升降装置。控制器可设置在拦水坝旁边的控制室，由控制器控制高度可调节支撑装置的高度。上层坝体1和中层坝体2之间的间距，以及中层坝体2和底层坝体3之间的间距可根据上游水位情况自由调节。

所述上层坝体包括第一迎水面、第一过流面和第一底面；所述第一迎水面为垂直面，所述第一过流面为第一WES堰面5；所述第一底面包括依次连接的第二水平面13、第二斜面14和第三水平面15。

所述中层坝体包括第二迎水面、第二过流面、第二底面和第一背水面；所述第二迎水面为垂直面，所述第二过流面包括依次连接的第二WES堰面6和第一反弧曲面7；所述第二底面包括依次连接的第四水平面16、第三斜面17和第五水平面18。所述第一背水面为垂直面。

所述底层坝体包括第三迎水面、第三过流面、第三底面和第二背水面；所述第三迎水面为垂直面，所述第三过流面包括依次连接的第三WES堰面8、第一斜面9、第二反弧曲面10、第一水平面11和第三反弧曲面12；所述第三底面固定于河床。

其中，所述上层坝体1、所述中层坝体2和所述底层坝体3背水的一侧从上向下呈阶梯状排列。本发明中上层坝体1、所述中层坝体2和所述底层坝体3采用钢筋混凝土浇筑而成或者用其他经济可行的新型材料制作而成。高度可调节支撑装置4上部可连接大型钢架结构以对上部的坝体进行固定。

图4为上层坝体的结构示意图。参照图4，上层坝体的第一过流面为WES堰面，WES堰面的剖面曲线为标准WES曲线，即堰顶上游由三段弧线组成。

因此，所述第一WES堰面包括依次连接的第一弧面、第二弧面、第三弧面和第四弧面。

所述第一弧面为圆弧，第一弧面的半径R₁为：

R₁＝0.04H₀ (1)

所述第二弧面为圆弧，第二弧面的半径R₂为：

R₂＝0.2H₀ (2)

所述第三弧面为圆弧，第三弧面的半径R₃为：

R₃＝0.5H₀ (3)

所述第四弧面的剖面曲线方程为：

$y=0.5H_0{\left(\frac{x}{H_0}\right)}^{1.85}---\left(4\right)$

其中，R₁、R₂、R₃分别为WES曲线的三段弧线的半径，H₀表示总的设计水头，可根据河道水文资料及过流量的需要来确定，x表示水平方向的坐标，y表示垂直方向的坐标(见图4)。

由于本发明中中层坝体2和底层坝体3的过流面均包含WES堰面，为了施工方便，可以将第二WES堰面6和第三WES堰面8选取为第一WES堰面5相同，便于制作模具加工制造，如果工程要求较高的话，也可以根据实际情况做成不同的WES堰面或者是其他形式的曲面。

上层坝体堰前总高W₁、中层坝体堰前总高W₂和底层坝体堰前总高W₃的确定需根据所在河道设计水位来定，具体确定方法为：先按照常规拦水坝的设计标准设计所在河道满足最大设计水位时所需的坝高W_max，取W₁+W₂+W₃＝W_max；用所在河道随地设计水位计算出所需最低坝高W_min，取W₃＝W_min，W₁和W₂的设计较为灵活，可根据实际情况，在考虑结构强度的前提下设计成任意高度。但是考虑到施工方便，建议设计成：

W₁＝W₂＝0.5(W_max-W₃)。综上，上层坝体堰前总高W₁、中层坝体堰前总高W₂和底层坝体堰前总高W₃之和小于等于所在河道的最大设计水位，并大于等于所在河道的最小设计水位。

在上述方案中，L₀、L₁、L₂、L₃的计算过程如下：

1、所述第一弧面的起点到第三弧面的终点在水平方向上的距离L₀(即上层坝体1堰顶上游水平方向长度)为：

L₀＝0.282H₀ (5)

2、所述第四弧面在水平方向上的长度L₁(即上层坝体1堰顶下游水平方向长度)的取值范围由公式(1)确定，其中W₁<y<W₁+0.5H₂，则有：

$H_0{\left(\frac{2W_1}{H_0}\right)}^{0.54}<L_1<H_0{\left(\frac{2(W_1+0.5H_2)}{H_0}\right)}^{0.54}---\left(6\right)$

其中，W₁表示上层坝体1堰前总高，H₂表示上层坝体和中层坝体之间的净空高度。

3、第一WES堰面末端到第一反弧曲面7底部的水平距离L₂(上层坝体1末端到中层坝体2下游反弧底部的距离)的计算过程：

参照图5，设上层坝体1的总流速系数m₁，则水流从上层坝体1下泄流速为v₁：

$v_1=m_1\sqrt{2{\mathrm{gH}}_1}---\left(7\right)$

其中，H₁表示上层坝体堰上水头，g表示重力加速度。

参照图5中的坐标轴，取向坝体的背水方向为x正向，向上为y的正向，假设上层坝体1的下泄水流脱离上层坝体1时的流速大小仍为v₁，流速方向与x方向的夹角为α₁，则

${\mathrm{\&alpha;}}_1=arctan{\left(\frac{dy}{dx}\right)}_{x=L_1}=arctan\left(0.925{\left(\frac{L_1}{H_1}\right)}^{0.85}\right)---\left(8\right)$

则上层坝体1下泄水流在x、y方向的分量分别为：

v_1x＝v₁cosα₁ (9)

v_1y＝-v₁sinα₁ (10)

根据抛射体理论，水流从上层坝体1跌落在中层坝体2底板上的时间为t₁，则有：

$0.5H_2+W_2+H_3-S_1=v_{1y}{t}_1-\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}_1^2---\left(11\right)$

L₂＝v_1xt+0.5H₁ (12)

利用公式(7)至(12)可以计算出L₂的计算式为：

$L_2=0.5H_1+\frac{v_1^{2}sin2{\mathrm{\&alpha;}}_1}{2g}(-1+\sqrt{1-\frac{8g(0.5H_2+W_2+H_3-S_1)}{4v_1^2{\sin }^2{\mathrm{\&alpha;}}_1}})---\left(13\right)$

4、中层坝体2末端到第三反弧曲面12起点的水平距离L₃(中层坝体2到底层坝体3反弧起点位置的距离)的计算过程：

L₃的长度要足够长，以确保中间坝体2下泄水流能够跌落在下层坝体3的反弧段最低点附近，估算方法和L₂相似：

参照图6，设中层坝体2的总流速系数m₂(需根据具体试验确定)，则水流从中层坝体2下泄流速v₂为：

$v_2=m_2\sqrt{2g(H_1+H_2+W_1+W_2)}---\left(14\right)$

取向右方向为x正向，向上为y的正向，假设中层坝体2的下泄水流从第一反弧曲面7流出的方向近似等于反弧角度α₂，α₂小于反弧角θ₁，前期估算时可近似取α₂≈θ₁。则中层坝体2下泄水流在x、y方向的分量分别为：

v_2x＝v_x cosα₂ (15)

v_2y＝v₂sinα₂ (16)

根据抛射体理论，水流从中层坝体2跌落在底层坝体3底板上时的时间为t₂，则有：

$H_3+W_3-S_2=v_{2y}{t}_2-\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}_2^2---\left(17\right)$

L₃＝v_1xt (18)

利用公式(7)至(11)可以计算出L₃的计算式：

$L_3=\frac{v_2^{2}sin2{\mathrm{\&alpha;}}_2}{2g}(1+\sqrt{1-\frac{8g(H_3+W_3-S_2)}{4v_2^2{\sin }^2{\mathrm{\&alpha;}}_2}})---\left(19\right)$

本发明中其他参数的确定：

由于本发明上层坝体1和中层坝体2是可以上下调节，故H₁、H₂和H₃的大小可根据实际运行情况自由调节。上层坝体1、中层坝体2和底层坝体3之间的间距D及其他参数可按以下范围取值：

上层坝体1末端到中层坝体2之间的垂直距离D₁为：D₁≥W₂+H₂；

中层坝体2末端到下层坝体3之间的垂直距离D₂为：

W₃+H₃-S₁-R₄(1-cosθ₁)≥D₂≥W₃；

第二斜面14和第二WES堰面6法线方向的最小距离D₃为：D₃≥H₂；

第三斜面17和第三WES堰面8法线方向的最小距离D₄为：D₄≥H₃；

本发明中符号表示的含义：H₀表示总的设计水头，W₁表示上层坝体堰前总高，W₂表示中层坝体堰前总高，W₃表示底层坝体堰前总高，H₁表示上层坝体堰上水头，H₂表示上层坝体和中层坝体之间的净空高度，H₃表示中层坝体和底层坝体之间的净空高度，v₁表示上层坝体下泄流速，v₂表示中层坝体下泄流速，α₁表示上层坝体下泄流速和x方向的夹角，α₂表示中层坝体下泄流速和x方向的夹角，g表示重力加速度，S₁表示第一反弧曲面底部到中层坝体底面的距离(即中层坝体下游底板厚度)，S₂表示第一水平面到底层坝体底面的距离(底层坝体下游底板厚度)，R₁、R₂、R₃分别表示第一WES堰面中第一弧面的半径、第二弧面的半径和第三弧面的半径，R₄表示第一反弧曲面的反弧半径(即中层坝体下游逆坡段反弧半径)，R₅表示第三反弧曲面的反弧半径(即底层坝体下游逆坡段反弧半径)，R₆表示底层坝体堰面和水平面连接处弧形曲线半径，θ₁表示第一反弧曲面的反弧角度(即中层坝体下游逆坡段反弧角度)，θ₂表示的第三反弧曲面的反弧角度(即底层坝体末端反弧角度)，θ₃表示底层坝体堰面和水平面连接处弧形曲线角度。

第二反弧曲面的半径R₅、第三反弧曲面的半径R₆可以取等于第一反弧曲面的半径R₄，θ₃取值较为灵活，只要满足从底层坝体3从斜面过度到水平面即可。所述中层坝体2和所述底层坝体3末端的反弧曲面的反弧角度均大于45°，即θ₁≥45°，θ₂≥45°。

以上所述为本发明的具体参数要求，由于本发明大部分参数的确定可以利用经验值或者常规坝的设计标准，其中得了流速系数需要根据模型试验确定，或者采用经验值估算，实际工程中可根据需要，在确保工程结构安全和过流能力不受影响的前提下，可对部分参数进行适当修正。

参照图7a-c，图7a为三层坝体同时运行时的水流流态示意图，此时，上层水股为堰流，中间和底层水股为孔流。图7b为上层坝体1不过水，中层坝体2和底层坝体3同时运行的水流流态示意图，此种工况下中层坝体堰上水流可为孔流也可为堰流。图7c为仅底层坝体3运行时的水流流态示意图，同样堰上水流可调节为孔流或者堰流。

本领域技术人员可以知道，本实施例提供的可调节掺气生态景观拦水坝可以从三层坝体拓展到n层坝体，n层坝体在垂直方向顺次设置，n个坝体之间通过支撑装置连接，底层坝体固定于河床。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于，包括：n个坝体；

n个坝体在竖直方向上顺次设置，n个坝体之间通过支撑装置进行连接，其中，n≥2；

最底层的坝体固定于河床；

所述支撑装置为高度可调节支撑装置，所述高度可调节支撑装置与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于，所述可调节掺气生态景观拦水坝，包括：上层坝体、中层坝体和底层坝体，所述底层坝体固定于河床；

上层坝体和中层坝体之间以及中层坝体和底层坝体之间分别连接有高度可调节支撑装置；所述高度可调节支撑装置与控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于：

所述上层坝体包括第一过流面，所述第一过流面包括第一WES堰面；

所述中层坝体包括第二过流面，所述第二过流面包括依次连接的第二WES堰面和第一反弧曲面；

所述底层坝体包括第三过流面，所述第三过流面包括依次连接的第三WES堰面、第一斜面、第二反弧曲面、第一水平面和第三反弧曲面。

4.根据权利要求3所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于：

所述上层坝体包括第一底面，所述第一底面包括依次连接的第二水平面、第二斜面和第三水平面；

所述中层坝体包括第二底面，所述第二底面包括依次连接的第四水平面、第三斜面和第五水平面；

所述底层坝体包括第三底面，所述第三底面固定于河床。

5.根据权利要求2所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于，所述上层坝体、所述中层坝体和所述底层坝体背水的一侧从上向下呈阶梯排列；

所述上层坝体、所述中层坝体和所述底层坝体采用钢筋混凝土浇筑而成。

6.根据权利要求3所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于，所述第一反弧曲面和第三反弧曲面的反弧角度均大于45°；

所述第一WES堰面包括依次连接的第一弧面、第二弧面、第三弧面和第四弧面；

所述第一弧面为圆弧，第一弧面的半径R₁为：R₁＝0.04H₀；

所述第二弧面为圆弧，第二弧面的半径R₂为：R₂＝0.2H₀；

所述第三弧面为圆弧，第三弧面的半径R₃为：R₃＝0.5H₀；

所述第四弧面的剖面曲线方程为：

其中，H₀表示总的设计水头，x表示水平方向的坐标，y表示垂直方向的坐标。

7.根据权利要求2所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于，上层坝体堰前总高、中层坝体堰前总高和底层坝体堰前总高之和小于等于所在河道的最大设计水位，并大于等于所在河道的最小设计水位。

8.根据权利要求6所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于：

所述第一弧面的起点到第三弧面的终点在水平方向上的距离L₀为：L₀＝0.282H₀；

所述第四弧面在水平方向上的长度L₁为：

$H_0{\left(\frac{2W}{H_0}\right)}^{0.54}<L_1<H_0{\left(\frac{2(W_1+0.5H_2)}{H_0}\right)}^{0.54};$

第一WES堰面末端到第一反弧曲面底部的水平距离L₂为：

$L_2=0.5H_1+\frac{v_1^{2}sin2{\mathrm{\&alpha;}}_1}{2g}(-1+\sqrt{1-\frac{8g(0.5H_2+W_2+H_3-S_1)}{4v_1^2{\sin }^2{\mathrm{\&alpha;}}_1}});$

中层坝体末端到第三反弧曲面起点的水平距离L₃为：

$L_3=\frac{v_2^{2}sin2{\mathrm{\&alpha;}}_2}{2g}(1+\sqrt{1-\frac{8g(H_3+W_3-S_2)}{4v_2^2{\sin }^2{\mathrm{\&alpha;}}_2}});$

其中，H₀表示总的设计水头，W₁表示上层坝体堰前总高，W₂表示中层坝体堰前总高，W₃表示底层坝体堰前总高，H₁表示上层坝体堰上水头，H₂表示上层坝体和中层坝体之间的净空高度，H₃表示中层坝体和底层坝体之间的净空高度，v₁表示上层坝体下泄流速，v₂表示中层坝体下泄流速，α₁表示上层坝体下泄流速和x方向的夹角，α₂表示中层坝体下泄流速和x方向的夹角，g表示重力加速度，S₁表示第一反弧曲面底部到中层坝体底面的距离，S₂表示第一水平面到底层坝体底面的距离。

9.根据权利要求4所述的可调节掺气生态景观拦水坝，其特征在于：

上层坝体末端到中层坝体之间的垂直距离D₁为：

D₁≥W₂+H₂；

中层坝体末端到下层坝体之间的垂直距离D₂为：

W₃+H₃-S₁-R₄(1-cosθ₁)≥D₂≥W₃；

第二斜面和第二WES堰面法线方向的最小距离D₃为：

D₃≥H₂；

第三斜面和第三WES堰面法线方向的最小距离D₄为：

D₄≥H₃；

其中，W₂表示中层坝体堰前总高，W₃表示底层坝体堰前总高，H₂表示上层坝体和中层坝体之间的净空高度，H₃表示中层坝体和底层坝体之间的净空高度，S₁表示第一反弧曲面底部到中层坝体底面的距离，R₄表示第一反弧曲面的反弧半径，θ₁表示第一反弧曲面的反弧角度。