CN110468792A - 一种不淤堵生态透水坝及其建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不淤堵生态透水坝结构，包括：梯形生态透水坝、排泥通道、输泥廊道、排泥井、排泥闸、河道异重流流量控制闸和排泥池；所述梯形生态透水坝坝体建基面修建成“V”字型，在“V”字型底部设置排泥通道；所述输泥廊道设置在生态透水坝下游侧面岸边，一端连接排泥通道，另一端与排泥井相连；所述排泥井设置在输泥廊道的出口处，所述排泥闸设置在排泥井底部的下游侧面，所述河道异重流流量控制闸设置在排泥井的中上部，所述排泥池设置在排泥闸出口下游侧。本发明还涉及不淤堵生态透水坝结构的建造方法，本发明通过利用河道异重流现象持续排放淤泥，使生态透水坝能够持续不断地排放污泥，减少污泥对透水坝的淤堵，达到一个满意的使用年限。
Description
技术领域
本发明涉及湖库前置库水质净化系统中生态透水坝建设领域，具体涉及一种不淤堵生态透水坝及其建造方法。
背景技术
异重流是两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。即，如果一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的流动。对水流而言，引起密度差异的主要因素有：含沙量、水温、溶解质含量。由于水流挟带泥沙而形成的异重流称浑水异重流，流进水库的浑浊河水成舌状水流潜入库底，在水库清水之下沿库底向前运动，形成水库异重流；两河交汇，当各自水流含沙量不同时，可在汇合处产生分层运动现象，形成河道异重流。
据实测资料分析，河道水流内部运动特征及运动要素的时空分布是相当复杂的，异重流的厚度、平均流速、平均含沙量等要素沿河道的变化规律呈现出当河道变窄，异重流的厚度、流速、含沙量及粒径都有增大现象；反之呈现出逐渐减小现象。在适当条件下，通过调控河道分层流速、流量，控制河道异重流泥沙的运动规律，获得分离河水中泥沙等污染物的较好效果。
在湖库前置库污水处理、水质净化系统中，生态透水坝控制着水的渗流速度，通过透水坝壅高上游水位，坝前蓄存河道基流水量，使之达到一定高度，延长上游来水的水力停留时间，水中污染物通过沉降、水生生物吸收、微生物降解等作用，净化水质。
渗透坝是利用堆石、砂砾卵石或碎石反滤、生物基质等一种或多种强透水材料堆砌而成，筑坝材料经过分区位、分层填筑摊铺后碾压密实，压实度一般应达到0.65～0.75，使坝体保持渗透稳定性。
实践表明，生态透水坝结构简单、能够就地取材、建造成本低、净化水质效果显著，但生态透水坝的淤堵问题一直没有得到解决，困扰着生态透水坝技术的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：利用河道异重流现象持续排放淤泥，改进生态透水坝的筑坝结构和建造方法，减少淤堵的发生，延长透水坝的渗滤功能期，彻底解决透水坝的淤堵问题。
本发明的技术方案：
一种不淤堵生态透水坝结构，包括：梯形生态透水坝、排泥通道、输泥廊道、排泥井、排泥闸、河道异重流流量控制闸和排泥池；
所述梯形生态透水坝坝体建基面修建成“V”字型，在“V”字型底部设置排泥通道；所述输泥廊道设置在生态透水坝下游侧面岸边，一端连接排泥通道，另一端与排泥井相连；所述排泥井设置在输泥廊道的出口处，所述排泥闸设置在排泥井底部的下游侧面，所述河道异重流流量控制闸设置在排泥井的中上部，所述排泥池设置在排泥闸出口下游侧。
进一步的，梯形生态透水坝坝体采用堆石、砂砾卵石或碎石反滤、生物基质等一种或两种及其以上强透水材料，经过分区位、分层填筑摊铺后碾压密实，压实度达到0.65-0.75，使坝体保持渗透稳定性。
进一步的，梯形生态透水坝建基面修建成“V”字型并将开挖建基面碾压密实，同时采用混凝土防护以利于流泥流动，在“V”字型底部设置排泥通道，排泥通道顶部设置筛孔状进泥孔，孔径不小于50mm；排泥通道纵坡不小于1.0%；排泥通道断面尺寸满足输泥、检修维护。
进一步的，所述输泥廊道的纵坡按输泥廊道轴线处地形纵坡确定，不小于5.0%或更陡，输泥廊道断面尺寸满足输泥、检修维护。
进一步的，所述排泥闸设置在排泥井底部的下游侧面，开启排泥闸使排泥通道、排泥廊道内的泥沙排放到排泥池。
进一步的，所述河道异重流流量控制闸出口面向河道主槽，调节过坝异重流水流流速、流量。
进一步的，所述排泥池的大小根据排泥量、排泥周期、泥水固结、疏浚转移周期等确定，所述排泥池上设有排泥池溢水堰，以便排出泥沙中的上清水。
进一步的，所述梯形生态透水坝由坝壳堆石区、坝体反滤区、坝体过滤料区组成。
一种不淤堵生态透水坝的建造方法，包括以下步骤：
第一步，选择河道末端河床窄、地形高差大的位置作为生态透水坝的坝址；
第二步，将梯形生态透水坝建基面开挖成“V”字型，并将地基岩土基础面碾压密实，满足基础承载力及稳定要求，同时“V”字型坡面采用混凝土防护以利于流泥流动；
第三步，在“V”字型底部设置排泥通道，通道断面尺寸满足输泥、检修维护需要，排泥通道纵坡不小于1.0%；通道顶部设置筛孔状进泥孔，孔径不小于60mm；
第四步，采用堆石、砾卵石或碎石反滤、生物基质等一种或两种及其以上强透水材料修建透水坝，筑坝材料经过分区位、分层填筑摊铺后碾压密实，压实度达到0.65～0.75，使坝体保持渗透稳定性；
第五步，在梯形生态透水坝下游侧面岸边修建输泥廊道，一端与生态透水坝底部的排泥通道连接，另一端与排泥井相接；
第六步，在排泥井的底部下游侧修建排泥闸，并在排泥闸的出口设置排泥池，排泥池上设置有排泥池溢流堰；
第七步，在排泥井的中上部位置，修建河道异重流流量控制闸，调节坝前河道异重流流速、流量，获取最佳排泥时效。
本发明具有的积极效果是：
本发明的目的是提供一种建造不淤堵生态透水坝及其建造方法；通过利用河道异重流现象持续排放淤泥，使生态透水坝能够持续不断地排放污泥，减少污泥对透水坝的淤堵，达到一个满意的使用年限。
目前，透水坝的建造中没有考虑污泥排出工艺，河道水体中的污染物经过透水坝渗滤净化的同时，不断地在坝体内蓄积，日久天长，污物将渗水通道堵塞，失去透水坝的渗滤作用。已建透水坝的使用年限多在4～5年，使用时间较长的能够延长到6～7年，远远没有达到10年以上的设计使用年限。本发明通过改进生态透水坝的筑坝结构和建造工艺，利用河道异重流现象持续排放淤泥，减少淤堵的发生，延长透水坝的渗滤功能期，可彻底解决透水坝的淤堵问题。
附图说明
图1 生态透水坝建造工艺平面图；
图2 生态透水坝建造工艺立面图；
图中：1-生态透水坝；1-1 坝体堆石体，1-2 坝体反滤体，1-3 坝体过滤料；2-排泥通道；2-1 进泥孔；3-输泥廊道；4-排泥井；5-排泥闸；6-河道异重流流量控制闸；7-排泥池；7-1 排泥池溢流堰。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，现展示部分内容，例举说明具体的实施方法（不限于），详细说明如下：
如图1-2所示，某水库流域有4条主要河道，其中东支流面源污染较重，为解决水库流域的面源污染物直接进入水库，拟在该支流流域末端即河道入库口处，利用库水位降落带，修建生态透水坝，通过透水坝壅高上游水位，形成前置库，坝前蓄存河道基流水量，使之达到一定高度，延长水力停留时间，水中污染物通过沉降、水生生物吸收、微生物降解等作用，净化水质。
河道基流水质指标：河道基流0.15m3/s，日均SS含量55mg/L，年推移质输沙量为0.6万t/a，发生在汛期洪水入库期间，平时无推移质入库。
地形地质条件：入库河口处河床两岸为不对称“U”型垭口，左岸山体为弱风化闪长岩，岩体较为完整。右岸平缓，表层一般为30～50cm的壤土及粗砂，其下为全风化花岗岩。主河床紧靠河床左岸山体，河漫滩现状为采砂加工厂，表层为1～2m的粉细砂及壤土，下部为砂卵石层，卵石呈灰白色，卵石含量40%～70%，粒径一般3～15cm，磨圆中等，砂以粗砂为主，密实。壤土、砾砂、粗砂、砂卵石的渗透系数分别为2×10-4cm/s、5×10-2cm/s、8×10-2cm/s、1.3×10-1cm/s。当地河道内砂砾卵石储量丰富，可满足项目建设需要。
分析：生态透水坝的设计包括选址、选择筑坝材料，确定水力停留时间、渗流水量，水生植物构建，透水坝防淤堵及污泥处置等，并依据场区地形条件完成平面立面结构布置及工艺流程等内容。以下仅就本发明内容，说明在本例中具体实施方法。
第一步，确定生态透水坝1坝址。水库常年平均蓄水位50.5m，水库正常蓄水位58.5m，落差达8.0m，河段长1.5km，入河口处河床两岸为不对称“U”型垭口，高程约50.5m。为充分利用库水位变动区的水位落差，科学合理利用垭口地形条件，选择垭口偏上游侧作为生态透水坝的坝址。
第二步，生态透水坝1建基面处置工艺。将整个坝体基础碾压密实，密实度不小于0.7，使其满足基础承载力及稳定要求。以生态透水坝1中心线或偏上游侧为轴线，将生态透水坝1建基面开挖成“V”字型坡面（非对称），坡面坡度1:10左右，以利于坝体渗透水流将污泥冲向下游，“V”字型坡面采用混凝土防护以利于流泥流动。
第三步，排泥通道2设置工艺。在“V”字型坝基底部设置排泥通道2，排泥通道2内不进人，按清淤设备要求确定通道断面尺寸，排泥通道2纵坡不小于1.0%；排泥通道2顶部设置筛孔状进泥孔2-1，孔径不小于60mm。当水流通过生态透水坝1时，截留下来的污泥不断地通过进泥孔2-1进入排泥通道2内。
第四步，生态透水坝1坝体建造工艺。采用堆石、砾卵石或碎石反滤、生物基质一种或两种及其以上强透水材料作为筑坝材料，筑坝材料经过分区位、分层填筑摊铺后碾压密实，压实度达到0.65～0.75。当河道发生超标准洪水时，为防止生态透水坝1坝顶过流冲刷坝体，在生态透水坝1的坝顶、下游坝坡以及下游坝脚处一定范围内设置铅丝网石笼防护，以使坝体保持渗透稳定。所述梯形生态透水坝1由坝壳堆石体1-1、坝体反滤体1-2、坝体过滤体1-3组成，分区填筑，分层碾压密实。
第五步，污泥输送廊道设置工艺。在生态透水坝1底部排泥通道的一端（或两端）修建顺河向输泥廊道3，一端与生态透水坝1底部的排泥通道2连接，另一端与排泥井4相接，顺河向输泥廊道3的断面尺寸要比生态透水坝1底部排泥通道2的断面尺寸略大一些，以方便排泥，纵坡可根据河床纵坡确定，一般较陡。
第六步，排泥闸5设置工艺。在排泥井4的底部设置排泥闸5，根据输泥廊道3、排泥通道2内淤泥蓄积情况，适时开启排泥闸5排泥，并在排泥闸5的出口设置处理污泥池的排泥池7。
第七步，河道异重流控制闸6设置工艺。在排泥井4的中上部位置，修建河道异重流流量控制闸6，调节坝前河道异重流流速、流量。
为使异重流控制闸能够达到自动化、智能化响应，在生态透水坝1上游河道、前置库等位置设置河道异重流流态监测仪以及水位、流量、水质等观测装置；在排泥通道2、输泥廊道3适当位置设置淤泥蓄积量观测装置；在壅水坝下游设置水位、渗流水量、水质等观测装置；在生态透水坝1坝体内设置渗流浸润线、渗透变形、坝体应力应变等内观装置，在生态透水坝1坝体表面设置水平位移、沉降等外观装置。自动获取相关数据，传输到中央云控制平台，通过云计算分析，作用异重流控制闸的开启度，精准控制通过生态透水坝1的渗流速度、渗透水量，获取最佳排泥时效。
生态透水坝1按上述工艺建成后，通过河道异重流控制闸6，调节通过生态透水坝1的河道水流流量、流速，其实质就是调整河道异重流泥沙、污染物等的过坝渗流能力，使河道水体中的泥沙等污染物不断地进入排泥通道2，大大减少甚至不再积蓄在生态透水坝1坝体内，从而保证了生态透水坝1的可持续运行。
生态透水坝1的其它建设内容，如，水力停留时间、水生植物种植、污泥处置、以及在排泥通道2和输泥廊道3上设置观测井孔等常规设计及建造工艺，本发明不再赘述。
以上所述的实例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍是本发明的专利范围内。
Claims (8)
1.一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，包括：梯形生态透水坝（1）、排泥通道（2）、输泥廊道（3）、排泥井（4）、排泥闸（5）、河道异重流流量控制闸（6）和排泥池（7）；
所述梯形生态透水坝（1）坝体建基面修建成“V”字型，在“V”字型底部设置排泥通道（2）；所述输泥廊道（3）设置在生态透水坝（1）下游侧面岸边，一端连接排泥通道（2），另一端与排泥井（4）相连；所述排泥井（4）设置在输泥廊道（3）的出口处，所述排泥闸（5）设置在排泥井（4）底部的下游侧面，所述河道异重流流量控制闸（6）设置在排泥井（4）的中上部，所述排泥池（7）设置在排泥闸（5）出口下游侧。
2.根据权利要求1所述的一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，所述梯形生态透水坝（1）坝体采用堆石、砂砾卵石或碎石反滤、生物基质中的一种或两种及其以上强透水材料，经过分区位、分层填筑摊铺后碾压密实，压实度达到0.65-0.75。
3.根据权利要求1所述的一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，所述梯形生态透水坝（1）建基面修建成“V”字型并将开挖建基面碾压密实，同时采用混凝土防护，在“V”字型底部设置排泥通道（2），排泥通道（2）顶部设置筛孔状进泥孔（2-1），孔径不小于50mm；排泥通道（2）纵坡不小于1.0%。
4.根据权利要求1所述的一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，所述输泥廊道（3）的纵坡按输泥廊道轴线处地形纵坡确定，不小于5.0%。
5.根据权利要求1所述的一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，所述河道异重流流量控制闸（6）出口面向河道主槽。
6.根据权利要求1所述的一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，所述排泥池（7）上设有排泥池溢水堰（7-1）。
7.根据权利要求1所述的一种不淤堵生态透水坝，其特征在于，所述梯形生态透水坝（1）坝体分为坝壳堆石区（1-1）、坝体反滤区（1-2），坝体过滤料区（1-3）。
8.一种不淤堵生态透水坝的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，选择河道末端河床窄、地形高差较大的位置作为梯形生态透水坝（1）的坝址；
第二步，将梯形生态透水坝（1）建基面开挖成“V”字型，并将地基岩土基础面碾压密实，满足基础承载力及稳定要求，同时“V”字型坡面采用混凝土防护；
第三步，在“V”字型底部设置排泥通道（2），通道断面尺寸满足输泥、检修维护需要，排泥通道（2）纵坡不小于1.0%；排泥通道（2）顶部设置筛孔状进泥孔，孔径不小于50mm；
第四步，采用堆石、砾卵石或碎石反滤、生物基质中的一种或两种及其以上强透水材料修建透水坝，筑坝材料经过分区位、分层填筑摊铺后碾压密实，压实度达到0.65～0.75，使坝体保持渗透稳定性；
第五步，在梯形生态透水坝（1）下游侧面岸边修建输泥廊道（3），一端与梯形生态透水坝（1）底部的排泥通道（2）连接，另一端与排泥井（4）相接；
第六步，在排泥井（4）的底部下游侧修建排泥闸（5），并在排泥闸（5）的出口设置排泥池（7），排泥池（7）上设置有排泥池溢流堰（7-1）；
第七步，在排泥井（7）的中上部位置，修建河道异重流流量控制闸（6），调节坝前河道异重流流速和流量。
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