CN108487189A - 一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，三个坝段的堆石区中各设有一套过滤排水系统，该过滤排水系统包括：上下、左右间隔地设置的多根横向坝身过滤排水管，同一列的横向坝身过滤排水管之间通过竖向坝身过滤排水管连通，而同一排的横向坝身过滤排水管之间通过纵向坝身过滤排水管连通，三个坝段最底层的纵向坝身过滤排水管相互连通，并接入至其中一个生态景观坝段内设有的集水井中，集水井与埋入生态景观坝段毛石混凝土主体中的生态流量放水管连通，生态流量放水管另一端延伸至生态景观坝段外部。该蓄水坝结构是一种基于土石坝透水透气性较强的坝壳与坝顶溢流的混凝土坝坝身的结合，可同时满足水安全、水生态与水景观等要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种生态蓄水坝结构，特别是一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构。
背景技术
随着社会经济实力不断增强、城镇规模不断增大，生活理念和生活品质不断提高，为满足人民群众对良好生态环境新期待，在河流、人工湖驳岸等人工水景观的打造中，增加水面是必不可少的措施之一。生态系统中，水面发挥着防洪排涝、调节温湿度、净化空气、吸尘减噪、改善城市小气候、健康保健、美化景观等重要作用。常规做法通过下游设置混凝土坝、土石坝、钢坝实现上游景观水面及下游生态流量的调节。
土石坝结构形式简单，由相对不透水或弱透水土料，有机合成材料构成坝的防渗体，上下游透水性、透气性较强的土石料组成坝壳。护坡可采用生态护砌材料和种植草皮、灌木及挺水和沉水植物，可形成自然的生态系统。但土石坝坝顶不能溢流，需在岸边开设溢洪道下泄洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证坝体安全。河流洪水暴涨暴落，土石坝坝顶与库区水位高差较大，亲水性差，且土石坝坝顶不能溢流，需在岸边开设溢洪道下泄洪水。而混凝土坝采用混凝土或浆砌石等刚性材料砌筑，具有节约空间、可坝顶溢流、安全系数高等优点，但由于混凝土坝表面常为直立的光面，形态多样性单一，生态、景观效果差。
随着河道从传统单一的防洪功能转换为水资源、水生态、水环境、水灾害统筹治理的新时代治水思路，传统的河道治理已经不能满足河流可持续发展的需要。在河流治理拦河建筑物设计过程中，如何在保证河道防洪安全的前提下，实现水生态、水景观与水安全结合，成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构。该蓄水坝结构是一种基于土石坝透水透气性较强的坝壳与坝顶溢流的混凝土坝坝身的结合，可同时满足水安全、水生态与水景观等要求。
本发明的技术方案：一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，包括有设在河道内的生态溢流坝段，生态溢流坝段两侧为生态景观坝段，三个坝段从面向河道方向向后依次设置有：上游护坡、过滤区和堆石区，生态溢流坝段的堆石区背部为生态溢流坝段毛石混凝土主体，生态景观坝段的堆石区背部为生态景观坝段毛石混凝土主体，三个坝段的堆石区中各设有一套过滤排水系统，该过滤排水系统包括：上下、左右间隔地设置的多根横向坝身过滤排水管，同一列的横向坝身过滤排水管之间通过竖向坝身过滤排水管连通，而同一排的横向坝身过滤排水管之间通过纵向坝身过滤排水管连通，三个坝段最底层的纵向坝身过滤排水管相互连通，并接入至其中一个生态景观坝段内设有的集水井中，集水井与埋入生态景观坝段毛石混凝土主体中的生态流量放水管连通，生态流量放水管另一端延伸至生态景观坝段外部。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，其中1个生态景观坝段内部设有贯通其坝体的紧急放水管，紧急放水管面向河道的头端设有拦污栅，生态流量放水管和紧急放水管尾部均设有闸阀。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，所述生态溢流坝段顶部为溢流堰，溢流堰顶部为混凝土铺盖，两侧为边墙，生态溢流坝段毛石混凝土主体尾部设有下游石笼护坦。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，所述生态景观坝段毛石混凝土主体采用C20混凝土砌筑，上游坡比1:0.2，下游坡比1:0.7；生态溢流坝段毛石混凝土主体采用C20混凝土砌筑，上游坡比1:0.2，溢流堰面按幂曲线x1.85=2.0Hd0.85y与下游1：0.7坝坡相接，溢流面与下游石笼护坦19用圆弧连接，圆弧半径R=2/3Fr3/2h。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，堆石区内部最底层的横向坝身过滤排水管下方设有黏土保水层。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，所述堆石区中还分层水平设置有土工布。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，蓄水坝前的水库中还设有抛石鱼巢和人工浮岛，人工浮岛固定于生态景观坝段上，蓄水坝内还种植有水生植物。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，所述上游护坡为干砌石护坡。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，所述堆石区采用最大粒径＜60cm，孔隙率22%～25%的石料填筑。
前述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构中，所述过滤区采用三层级配均匀碎石及内层土工布构成。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、上游护坡采用干砌石护坡，材料表面透水透气，提高湿热交换能力，降低护砌材料表面湿度。
2、在传统流量下放的基础上，将放水管改为渗透管，使水在构筑物输送过程中向坝身渗透，增加净化行程与水力停留时间，从而加大水流阻力及渗透面积，为微生物提供附着介质，净化枯期下放流量。
3、蓄水坝集蓄水、过滤水体、拦截上游泥沙和污染杂质、坝前形成各种水生生物共存空间为一体，库区水域面积较宽，水体流速较低，库区河岸设置生态拦截带，种植具有观赏性的浮叶植物、漂浮植物、挺水植物等，保证库区在不同水位均具有较好的景观性。
4、在生态景观坝上游坝坡布置抛石鱼巢，人工浮岛，坝前形成植物、鱼和各种水生生物共存的空间，维持水生态链。不仅为水生生物提供良好的生活和栖息场所，形成多种水生植物、水生动物及微生物和谐共处的生物群落，实现河道生物多样性的恢复，还起到蓄水及净化水体的作用，从单一的蓄水功能扩展为同时满足水安全、水生态与水景观等要求。
附图说明
附图1为本发明的平面结构示意图；
附图2为本发明的上游立面结构示意图；
附图3为本发明的过滤排水系统布置图；
附图4为本发明的生态景观坝段横断面图；
附图5为本发明的生态溢流坝段横断面图；
附图6为本发明的生态流量放水管的布置图；
附图标记：1-上游护坡，2-过滤区，3-堆石区，4-横向坝身过滤排水管，5-纵向坝身过滤排水管，6-竖向坝身过滤排水管，7-黏土保水层，8-土工布，9-人工浮岛，10-抛石鱼巢，11-生态景观坝段毛石混凝土主体，12-生态流量放水管，13-紧急放水管，14-拦污栅，15-闸阀，16-生态溢流坝段毛石混凝土主体，17-混凝土铺盖，18-边墙，19-下游石笼护坦，20-集水井、21-水生植物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例：一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，如附图1-6所示，包括有设在河道内的生态溢流坝段，生态溢流坝段两侧为生态景观坝段，三个坝段从面向河道方向向后依次设置有：上游护坡1、过滤区2和堆石区3，生态溢流坝段的堆石区3背部为生态溢流坝段毛石混凝土主体16，生态景观坝段的堆石区3背部为生态景观坝段毛石混凝土主体11，三个坝段的堆石区3中各设有一套过滤排水系统，该过滤排水系统包括：上下、左右间隔地设置的多根横向坝身过滤排水管4，同一列的横向坝身过滤排水管4之间通过竖向坝身过滤排水管6连通，而同一排的横向坝身过滤排水管4之间通过纵向坝身过滤排水管5连通，三个坝段最底层的纵向坝身过滤排水管5相互连通，并接入至其中一个生态景观坝段内设有的集水井20中，集水井20与埋入生态景观坝段毛石混凝土主体11中的生态流量放水管12连通，生态流量放水管12另一端延伸至生态景观坝段外部。
本发明的蓄水坝使用过程中，库区的水流分别经上游护坡1、过滤区2进行过滤，其中库区2/3水头高程以下水流经上游护坡1、过滤区2过滤后均流入横向坝身过滤排水管4，高层的横向坝身过滤排水管4中的水流最终经过纵向坝身过滤排水管5和竖向坝身过滤排水管6流入至最底层的纵向坝身过滤排水管5中，最后流入至集水井20中进行储存，集水井20中的水流需要排出时经生态流量放水管12排出，即可控制净化枯期下放生态流量。横向坝身过滤排水管4、纵向坝身过滤排水管5以及竖向坝身过滤排水管6材质均为无砂混凝土管，管径φ200～400mm，管外包土工布，土工布搭接不小于150mm。管四周采用粒料填充，粒径10～20mm。坝后采用钢管，管下游布置闸阀15，控制下放流量。同排之间的横向坝身过滤排水管4间距2m设置，纵向坝身过滤排水管5与坝轴线平行，连接最底层横向坝身过滤排水管4。
其中1个生态景观坝段内部设有贯通其坝体的紧急放水管13，紧急放水管13面向河道的头端设有拦污栅14，生态流量放水管12和紧急放水管13尾部均设有闸阀15。紧急放水管13采用钢管，用于当水质较差，悬浮物颗粒较多，坝身过滤排水系统超出负荷，非常情况下下放生态流量。
所述生态溢流坝段顶部为溢流堰，溢流堰顶部为混凝土铺盖17，两侧为边墙18，生态溢流坝段毛石混凝土主体16尾部设有下游石笼护坦19。
所述生态景观坝段毛石混凝土主体11采用C20混凝土砌筑，上游坡比1:0.2，顶宽2.0m，下游坡比1:0.7，保证其结构较为稳定；；生态溢流坝段毛石混凝土主体16采用C20混凝土砌筑，上游坡比1:0.2，顶宽2.0m，溢流堰面按幂曲线x1.85=2.0Hd0.85y与下游1：0.7坝坡相接，溢流面与下游石笼护坦19用圆弧连接，圆弧半径R=2/3Fr3/2h。不仅使得生态溢流坝段结构稳定，而且水流条件比较好。
堆石区3内部最底层的横向坝身过滤排水管4下方设有黏土保水层7。黏土保水层7布置于最底层横向坝身过滤排水管4或最底层纵向坝身过滤排水管5底部1/3范围内。设置黏土保水层7可以避免水流比降太大，直接从堆石之间漏走，无法通过过滤排水系统排出。因最底层横向坝身过滤排水管4或最底层纵向坝身过滤排水管5四周都是堆石，故黏土保水层7只能设置在其底部1/3范围内。
所述堆石区3中还分层水平设置有土工布8，层距2.0m。库区2/3水头高程以上水流渗入堆石区3后经土工布8过滤，过滤后的水流进入上层的横向坝身过滤排水管4中。
蓄水坝前的水库中还设有抛石鱼巢10和人工浮岛9，人工浮岛9固定于生态景观坝段上，蓄水坝内还种植有水生植物21。抛石鱼巢10由粒径40-50cm的块石10块，粒径20-30cm的块石10块，粒径10cm的块石15块依次以直径150cm的定位圈、直径84cm的定位圈、直径50cm的定位圈递减布置。人工浮岛9固定于两岸的生态景观坝段，为框架式结构。人工浮岛9的浮床采用强化塑料作为框架、发泡聚苯乙烯作为浮力材料，尺寸为5m×5m，浮床上种植美人蕉、鸢尾等观赏性植物。生态浮床可以4、6、8个为一组，相互间隔20m设置，之间连接悬挂式软性填料，形成一个大的浮岛式生态净化系统。悬挂式软性填料，上端设有浮球，填料长度2m，相互间隔0.5m。水生植物21由种植于上游坝面深水区沉水植物、浅水区挺水植物及部分浮叶植物组成。深水区沉水植物的种植主要选择净水能力较强的沉水植物，主要以矮生耐寒苦草、苦草、轮叶黑藻、金鱼藻、伊乐藻、马来眼子菜等为主，栽植方式以群落形式。上游坝坡0.4米浅区域挺水植物种植，主要选择品种有再力花、水生美人蕉、水葱、旱伞草、茭白、芦苇等挺水植物，点缀部分浮叶植物，以睡莲为主。
所述上游护坡1为干砌石护坡，护坡厚度0.5m，外坡比1:2.5。所述堆石区3采用级配良好，渗透系数大，最大粒径<60cm，孔隙率22%～25%的石料填筑。堆石分层厚度1.5m铺设土工布。所述过滤区2采用三层级配均匀碎石及内层土工布构成。过滤区2可以保证水位下降的时候，上游坡不容易产生滑动，而上游护坡1可以起到固坡的作用，而堆石区3可以增大过滤后的水流流速，若全部由过滤区2组成，则水流在过滤区2过滤过程中就容易形成水流通道，导致整个坝体结构就变得非常不牢固，而堆石区3本身结构比较稳定，故可以保证坝体结构牢固。
Claims (10)
1.一种坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：包括有设在河道内的生态溢流坝段，生态溢流坝段两侧为生态景观坝段，三个坝段从面向河道方向向后依次设置有：上游护坡（1）、过滤区（2）和堆石区（3），生态溢流坝段的堆石区（3）背部为生态溢流坝段毛石混凝土主体（16），生态景观坝段的堆石区（3）背部为生态景观坝段毛石混凝土主体（11），三个坝段的堆石区（3）中各设有一套过滤排水系统，该过滤排水系统包括：上下、左右间隔地设置的多根横向坝身过滤排水管（4），同一列的横向坝身过滤排水管（4）之间通过竖向坝身过滤排水管（6）连通，而同一排的横向坝身过滤排水管（4）之间通过纵向坝身过滤排水管（5）连通，三个坝段最底层的纵向坝身过滤排水管（5）相互连通，并接入至其中一个生态景观坝段内设有的集水井（20）中，集水井（20）与埋入生态景观坝段毛石混凝土主体（11）中的生态流量放水管（12）连通，生态流量放水管（12）另一端延伸至生态景观坝段外部。
2.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：其中1个生态景观坝段内部设有贯通其坝体的紧急放水管（13），紧急放水管（13）面向河道的头端设有拦污栅（14），生态流量放水管（12）和紧急放水管（13）尾部均设有闸阀（15）。
3.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：所述生态溢流坝段顶部为溢流堰，溢流堰顶部为混凝土铺盖（17），两侧为边墙（18），生态溢流坝段毛石混凝土主体（16）尾部设有下游石笼护坦（19）。
4.根据权利要求3所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：所述生态景观坝段毛石混凝土主体（11）采用C20混凝土砌筑，上游坡比1:0.2，下游坡比1:0.7；生态溢流坝段毛石混凝土主体（16）采用C20混凝土砌筑，上游坡比1:0.2，溢流堰面按幂曲线x1.85=2.0Hd0.85y与下游1：0.7坝坡相接，溢流面与下游石笼护坦19用圆弧连接，圆弧半径R=2/3Fr3/2h。
5.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：堆石区（3）内部最底层的横向坝身过滤排水管（4）下方设有黏土保水层（7）。
6.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：所述堆石区（3）中还分层水平设置有土工布（8）。
7.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：蓄水坝前的水库中还设有抛石鱼巢（10）和人工浮岛（9），人工浮岛（9）固定于生态景观坝段上，蓄水坝内还种植有水生植物（21）。
8.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：所述上游护坡（1）为干砌石护坡。
9.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：所述堆石区（3）采用最大粒径<60cm，孔隙率22%～25%的石料填筑。
10.根据权利要求1所述的坝身过滤结合坝顶溢流的生态蓄水坝结构，其特征在于：所述过滤区（2）采用三层级配均匀碎石及内层土工布构成。
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