CN108824364A - 防治河道凹岸侵蚀的保护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防治河道凹岸侵蚀的保护结构，包括双层镶嵌而成的溢流堰与保护臂以及由大颗块石镶嵌而成的坝肩。本发明在河道易受侵蚀的凹岸一侧布置相对较高的防护臂，在河道中心布置相对较矮的溢流堰，使河水集中在溢流堰以及无防护的凸岸流过河湾，减缓河水在靠近凹岸处的流动，降低凹岸处的剪切应力，保护凹岸处的泥沙不被河水侵蚀，同时溢流堰前水位壅高，而堰后形成冲刷坑，水位的不同在河床上形成压力梯度，增强地表水地下水交换。与传统方法相比，本发明成本低廉、使用寿命长，还能防止凹岸侵蚀，增强了地表水地下水交换，进而增强了河道自净能力，缓解了河道污染，在河道山区流域河道整治等领域应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及河道水土保持与河流生态治理领域，尤其涉及防治河道凹岸侵蚀的保护结构。
技术背景
河岸侵蚀是河流横向演变的重要方式，几乎存在于所有江河沿岸。河岸被侵蚀之后面临生态环境退化，甚至会发生河岸崩塌造成重大事故，因此河岸侵蚀也是沿岸土地、生态环境及人民生命财产安全的重要威胁。在国土整治、河道整治过程中，保持水土、防止河岸侵蚀一直是重中之重。天然河流几乎都是弯曲的，因河湾独特的水流特点，使得河湾凹岸的边坡更易受到冲刷侵蚀，故而找到行之有效的方法防治河湾凹岸侵蚀对水土保持具有重要意义。目前在河道水土保持、防止河岸侵蚀等河道整治过程中，并未针对凹岸侵蚀采取针对性的工程措施，而传统的硬化河岸等措施不仅造价高，而且还会破坏生态环境，有一定局限性。
在河岸侵蚀过程中被剥离的泥沙在进入地表水系后，会进一步影响河网水质，影响流域生态系统。目前许多河道污染严重，水体出现季节性或终年黑臭，成为河流生态治理中亟待解决的水环境问题。现有的河道整治、污染治理过程中，并未注意到河道生态系统的完整性，仅仅考虑河道水流而忽略了地表水地下水交换过程对维持河流生境的重要意义，忽略了潜流带作为地表水地下水交错带在河道自净过程中扮演的重要角色。
因此，在河道整治过程中，尤其是山区河道整治过程中，亟需针对河湾凹岸侵蚀开发一种成本低廉、行之有效，并且能将地表水地下水作为有机整体综合考虑从而发挥河道自净能力的保护性措施。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种防治河道凹岸侵蚀的保护结构，以解决现有技术中的不足之处。
技术方案：防治河道凹岸侵蚀的保护结构，包括位于上游河道中心的溢流堰、位于易受侵蚀的凹岸侧的保护臂，以及下游凹岸处的坝肩，溢流堰在靠近凹岸侧与保护臂一侧相连，保护臂另一侧与凹岸处的坝肩相连。
溢流堰沿直线布置在河道中部，垂直于河道主流方向。保护臂沿直线布置，与凹岸有夹角。保护臂将水流冲刷产生的力传导到坝肩，坝肩方向与河岸垂直，伸入河岸，增强了抵抗水流冲刷的能力，有利于维持结构本身的稳定性。
溢流堰高度低于断面年平均水深，保护臂靠近溢流堰处高度与溢流堰相同，向边岸逐渐增高至断面年平均水深，使水流集中从溢流堰与溢流堰另一侧流过；减小了河道布置保护臂一侧的流速与剪切应力，可以有效保护凹岸防治侵蚀。
溢流堰抬高上游水位，在溢流堰下游形成冲刷坑；水位差导致河床上形成阶梯状压力梯度，增强了垂向地表水地下水交换过程。
保护结构布置于河湾转折处，溢流堰布置在河湾上游河道中心，坝肩布置在河湾下游凹岸处，使保护臂延伸保护整个河湾转折处易被河水冲刷的凹岸。
溢流堰与保护臂均由双侧块石镶嵌堆叠而成，坝肩由大直径块石镶嵌堆叠而成。
工作原理：本发明在河道易受侵蚀的凹岸一侧布置相对较高的防护臂，在河道中心布置相对较矮的溢流堰，使河水集中在溢流堰以及无防护的凸岸流过河湾，减缓河水在靠近凹岸处的流动，降低凹岸处的剪切应力，从而保护凹岸处的泥沙不被河水侵蚀；同时溢流堰前水位壅高，而堰后形成冲刷坑，水位的不同在河床上形成压力梯度，进一步增强地表水地下水交换。由于溢流堰高度较低，而保护臂高度沿向凹岸方向逐渐升高，使水流集中从溢流堰以及河道靠近凸岸一侧流过，增加了河流靠近凸岸一侧以及中部的流速，减小了河流靠近凹岸一侧的流速，因此减少了河湾凹岸处的剪切应力，防止河湾凹岸处的泥沙被水流剥蚀。溢流堰抬高了上游水位，减缓了上游河道比降，延缓侵蚀，同时河流中部流速快，带走泥沙防止淤积。河道水流流经溢流堰后形成冲刷坑，堰上游与下游的冲刷坑的水位差距较大，在河床上形成较大压力梯度。地表水在上游压力大的区域进入地下水体，在下游压力小的区域回归河道，因此该结构能大大增强沿河道方向的地表水地下水交换过程。大量溶解氧、碳氮等物质随着地表水进入河床底质，在河床底质的微生物催化下发生大量复杂的物理化学生物过程，完成碳、氮等污染物质的分解过程，增强河道自净能力。
有益效果：与现有技术相比，本发明针对山区河道整治，对于河湾凹岸易被水流冲刷的部分予以保护，能够有效保护河湾凹岸处的泥沙不被河水剥蚀，防止河岸泥沙流失，预防河岸崩塌，避免了硬化河道而造成的生态破坏；同时增强河湾处的地表水地下水交换，增强天然河道的自净能力，缓解河流污染，有助于维持河流环境，保护水生动植物。本发明所需材料仅为块石，在山区方便就地取材，成本低廉，结构稳定性强，不需人工维护。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的横向剖面示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的保护结构布置于河湾转折处，包括溢流堰1、保护臂2与坝肩3，溢流堰1布置在上游河流进入转折区的河道中心，垂直于河道主流方向，整体长度为河宽的1/3，高度为当地平均水深的1/3。溢流堰1由双层块石镶嵌而成，块石直径40～60cm，块石之间留有缝隙。溢流堰1在靠近凹岸一侧与保护臂2相连。保护臂2材质与溢流堰1相同，由直径为40～60cm的双层块石镶嵌而成。保护臂2沿直线布置，与凹岸夹角为20°，整体长度覆盖整个河湾区域，为1～3倍河宽长度。坝肩3布置在河流下游凹岸离开转折区处，与保护臂2相连分担保护臂2承受的水流冲击力以稳定整体结构。坝肩3由直径60cm的大直径块石镶嵌而成，方向与河岸垂直，伸入河岸1/3河宽长度。由于溢流堰1与保护臂2的存在，河水会主要沿着路径5的方向从溢流堰1与靠近凸岸一侧流经河湾。在河水冲刷下，溢流堰1下游会形成冲刷坑4。
如图2所示，溢流堰1高度为断面年平均水深的1/3；保护臂2靠近溢流堰1处高度与溢流堰1相同，向边岸方向逐渐增高，靠近边岸处高度为断面年平均水深；坝肩3伸入边岸，高度高于与之相连的保护臂2。
Claims (8)
1.一种防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：包括位于上游河流进入转折区河道中心的溢流堰(1)、位于易受侵蚀的凹岸侧的保护臂(2)，以及下游凹岸处的坝肩(3)；所述溢流堰(1)在靠近凹岸侧与保护臂(2)一侧相连，所述保护臂(2)另一侧与凹岸处的坝肩(3)相连。
2.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述溢流堰(1)沿直线布置在河道中部，垂直于河道主流方向。
3.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述保护臂(2)沿直线布置，与凹岸有夹角。
4.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述坝肩(3)方向与河岸垂直，伸入河岸。
5.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述溢流堰(1)高度低于断面年平均水深，保护臂(2)靠近溢流堰(1)处高度与溢流堰相同，向边岸逐渐增高至断面年平均水深。
6.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述溢流堰(1)抬高上游水位以增强垂向地表水地下水交换过程，并在溢流堰(1)下游形成冲刷坑(4)。
7.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述溢流堰(1)和坝肩(3)使保护臂(2)延伸保护整个河湾转折处易被河水冲刷的凹岸。
8.根据权利要求1所述的防治河道凹岸侵蚀的保护结构，其特征在于：所述溢流堰(1)与所述保护臂(2)均由双侧块石镶嵌堆叠而成，所述坝肩(3)由块石镶嵌堆叠而成。
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