CN113100042B - 一种基于生态流速的复式河床环境系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及雨源型河流水体生态修复领域，特别涉及一种基于生态流速的复式河床环境系统。包括旱季生态槽、覆盖有河道基层漫滩、顺着河道形式构建的河道护岸，所述漫摊位于两侧河道护岸构成的河道底部，所述漫摊与两侧河道护岸的坡脚处设置有防冲固岸的护脚部，所述漫摊表面混合有漫滩水质净化层，所述旱季生态槽通过漫滩下挖构建形成。依据河道水生生物栖息的水力特征，在界定生物适宜的生态流速基础上，构建枯水期的河道过流生境，改善污水截排雨源型河流旱季水动力条件，以保证旱季河道水生生物的栖息环境，满足水生生物枯水期生存繁衍需要，诱导河流生态功能的恢复，提高河流生物多样性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及雨源型河流水体生态修复领域，特别涉及一种基于生态流速的复式河床环境系统。
背景技术
城市雨源型河流丰枯季流量差异大，生态基流匮乏，污水截排后通常以污水处理厂尾水作为补充水源，然而实际补水量无法满足河道生态需水量，导致雨源型河流丰枯水期生态水量失衡，旱季水动力条件不足，水生态功能缺乏。
现有的河道构建方式主要考虑河道的行洪安全，未能充分考虑河流的水生态功能及水生生物栖息条件，也未兼顾对面源污染进行协同净化，由此造成水生态功能退化、水生生物生境受损、雨季雨污混流污染冲击等多重威胁。
发明内容
本发明旨在针对雨源型河流旱季和雨季河道水量差异巨大的水动力特点，提供一种基于生态流速的复式河床环境系统。
本发明提供一种基于生态流速的复式河床环境系统，包括旱季生态槽、覆盖有河道基层漫滩、顺着河道形式构建的河道护岸，所述漫摊位于两侧河道护岸构成的河道底部，所述漫摊与两侧河道护岸的坡脚处设置有防冲固岸的护脚部，所述漫摊表面混合有漫滩水质净化层，所述旱季生态槽通过漫滩下挖构建形成，所述旱季生态槽内水流流速、流量、水深设定方式如下：
a1.流速选取适宜的水生生物生态流速，且校核河道不淤流速和冲刷流速范围，确定旱季生态槽整体适宜的生态流速；
a2.流量选取枯水期最小流量；
a3.水深选取深度大于适合鱼类生存的最低生态水深。
作为本发明的进一步改进，所述旱季生态槽内水流的流速为0.2-1m/s，其水深为0.3-0.6m。
作为本发明的进一步改进，所述旱季生态槽的横截断面为倒梯形结构。
作为本发明的进一步改进，所述漫滩水质净化层为在漫滩表面基层混合一种或多种吸附滤污净水基质，包括但不限于火山岩、陶粒、牡蛎壳、沸石。
作为本发明的进一步改进，所述漫滩水质净化层的厚度为20-30cm，所述漫滩水质净化层与河道基层的混合比例为20-40％。
作为本发明的进一步改进，所述漫摊上覆盖有伏地类植物，伏地类植物选取包括铺地黍、鸭跖草的抗冲刷低矮草本植物。
作为本发明的进一步改进，所述护脚部设置有生态石笼，所述生态石笼由断面为45度直角梯形或由矩形石笼格宾网组合构建。
作为本发明的进一步改进，所述生态石笼上种植有坡脚生态带，所述坡脚生态带上种植包括具有防冲固岸、生态景观兼顾水质净化功能的水生植物，所述水生植物包括美人蕉、再力花、风车草、香根草。
作为本发明的进一步改进，所述旱季生态槽由沙石类透水河床材料在现状漫摊基底上构建。
本发明的有益效果是：
(1)依据河道水生生物栖息的水力特征，在界定生物适宜的生态流速基础上，构建枯水期的河道过流生境，改善污水截排雨源型河流旱季水动力条件，以保证旱季河道水生生物的栖息环境，满足水生生物枯水期生存繁衍需要，诱导河流生态功能的恢复，提高河流生物多样性和稳定性。
(2)恢复“水域-漫滩-驳岸带”的多级河道平面空间，对生态河床进行纵向蜿蜒性修复，横向断面多样化修复，模拟河道“曲折蜿蜒”的形态和“深浅变化”自然特征，形成水体中的不同流速和生境，提高漫滩湿地生产能力和生物多样性。
(3)在生态槽河道两侧利用透水河床材质结合强化水质净化功能的基质构建漫滩湿地，营造多孔生物巢穴，使附着在河床上的生物数量增加，增强对污染物的滤污、吸附、反应和降解能力，实现面源污染防治和水质自净功能。
附图说明
图1是本发明一种复式河床环境系统中生态河道的平面图；
图2是本发明一种复式河床环境系统中生态河道的横断面图；
图3是本发明一种复式河床环境系统中生态河道的纵断面图。
附图中各标号表示的含义如下：
旱季生态槽1，漫滩水质净化层2，伏地类植物3，坡脚生态带4，生态石笼5，河道基底6，河道护岸7。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明的一种基于生态流速的复式河床环境系统，包括旱季生态槽1、覆盖有河道基层漫滩8、顺着河道形式构建的河道护岸7，漫摊8位于两侧河道护岸7构成的河道底部，漫摊8与两侧河道护岸7的坡脚处设置有防冲固岸的护脚部，漫摊8表面混合有漫滩水质净化层2，旱季生态槽1通过漫滩8下挖构建形成，旱季生态槽1内水流流速、流量、水深设定方式如下：
a1.流速选取适宜的水生生物生态流速，且校核河道不淤流速和冲刷流速范围，确定旱季生态槽1整体适宜的生态流速；
a2.流量选取枯水期最小流量；枯水期最小流量＝枯水期生态基流量+枯水期外源补水水量；
a3.水深选取深度大于适合鱼类生存的最低生态水深。
在界定生物适宜的生态流速基础上，构建枯水期的河道过流生境，以保证旱季河道水生生物的栖息环境。
旱季生态槽1依据河道水生生物栖息的水力特征，选择鱼类作为关键保护性目标，依据流域内生态特点，最大程度满足土著鱼类适宜流速需求，选取适宜的水生生物生态流速，旱季生态槽1水流流速优选鱼类的适宜生存流速0.2-1m/s。旱季生态槽1为避免冲刷和淤积，同时校核河道不淤流速和冲刷流速范围，由此确定生态系统整体适宜的生态流速，取在三者之间的生态流速v。
旱季生态槽1为保证生态系统的基本生态功能，深度大于适合鱼类生存的最低生态水深，其有效生态水深h采用0.3-0.6m，水面超高0.3m。旱季生态槽1流量以枯水期最小流量Q计算。
旱季生态槽1采用类梯形断面，根据上述参数采用明渠均匀流水力公式计算，确定生态槽宽取值范围b。旱季生态槽1通过计算优选生态槽过水断面尺寸及形态，平面采用蜿蜒形态，宽窄相宜的进行横向断面多样化修复，纵断面基底在河道坡度的基础上，以深浅交替变化形式。旱季生态槽1过水断面尺寸及形态，平面采用蜿蜒形态，生态槽宽度取值在b范围内变化，生态槽纵断面水深取值在h范围内深浅变化。旱季生态槽1的宽度和深度在取值范围内多样变化构建不同生物生境。
旱季生态槽1内各参数的计算确定方式如下：
(1)根据河道断面形式拟定边坡系数(m)、河床糙率(n，合理取值范围0.025-0.03)及河道现状确定坡降(i)。
(2)根据已知的边坡系数m，生态水深h，生态槽宽度b范围，确定过水断面湿周χ、确定水面宽度B、过水面积A、水力半径R等计算参数。
(3)根据公式
已知水力半径R和河床糙率n，确定谢齐系数C。
(4)根据公式
Q＝Av，已知上述求得的水力半径R，谢齐系数C和坡降i，确定拟定各断面底生态槽宽度b和生态水深h下的生态流速v。
(5)河流基本断面形态的设计：拟定生态槽的边坡系数m，确定生态槽的坡降i，确定生态槽河床糙率n(合理取值范围0.025-0.03)，根据曼宁-谢齐公式拟定的几种生态槽宽度b和生态水深h；保持流量Q一定，边坡系数m一定，坡降i一定下；不断调整糙率n，计算出生态流速v，选定①计算生态流速v接近确定生态流速v1下的生态槽宽度b和生态水深h，②糙率在合理范围内的生态槽宽度b和生态水深h。
(6)防洪校核：P＝2％时，水面线影响偏差±0.5％。
旱季生态槽1为漫滩8通过下挖构建形成，当不具备下挖条件区域由沙石类材料在现状河床上构建。
漫滩8表面基层混合一种或多种吸附滤污净水基质2，厚度20-30cm，包括火山岩、陶粒、牡蛎壳、沸石等，与原基质混合比例20-40％。通过制定漫滩湿地的外形边界，使表层水流沿着设计的流路和运动方式流动，提高对水质的自净能力，协同面源污染净化。
漫滩8上覆盖有伏地类植物3，增加漫滩8表面粗糙度但不影响雨季行洪，对沉积污染物有截留作用并增强面源径流的渗透能力，伏地类植物3选取包括铺地黍、鸭跖草等抗冲刷低矮草本植物。漫滩8初始规划伏地植物3覆盖度30％～40％，通过播撒草籽或择时栽种，经自然繁殖生长后可达到覆盖度近100％。配置伏地类植物3，可以形成漫流8湿地，对初期雨水发挥沉积、截留、过滤的作用，同时具有较好的生态功能和景观效果。同时不影响行洪安全。
坡脚处护脚部设置有生态石笼5，生态石笼5采用石笼格宾网，石笼断面为45度直角梯形或由矩形石笼格宾网组合构建，高度为60-90cm，上层面宽120-150cm。其具有保护堤岸护脚的功能，并为水生植被创造植根空间。
生态石笼5上种植具有防冲固岸、生态景观兼顾水质净化功能的水生植物，包括美人蕉、再力花、风车草、香根草等、形成1.2-1.5m宽的坡脚生态带4。
河道护岸7采用顺直河道形式，满足行洪冲刷及最高水位要求。
本发明复式河床环境系统中，河道以适宜土著鱼类生存繁衍的生态流速构建旱季生态槽1，同时对河道纵向和横向断面进行多样性修复形成水体中的不同流速和生境，保证旱季河道水生生物的栖息环境；在生态槽河道两侧利用透水河床材质结合强化水质净化功能的基质构建漫滩湿地，营造多孔生物巢穴，增强对污染物的滤污、吸附、反应和降解能力，实现对面源污染防治和水质自净功能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，包括旱季生态槽、覆盖在河道基层的漫滩、顺着河道形式构建的河道护岸，所述漫摊位于两侧河道护岸构成的河道底部，所述漫摊与两侧河道护岸的坡脚处设置有防冲固岸的护脚部，所述漫摊表面混合有漫滩水质净化层，所述旱季生态槽通过漫滩下挖构建形成，所述旱季生态槽内水流流速、流量、水深设定方式如下：
a1.流速选取适宜的水生生物生态流速，且校核河道不淤流速和冲刷流速范围，确定旱季生态槽整体适宜的生态流速v1，所述适宜的水生生物生态流速为0.2-1m/s；
a2.流量选取枯水期最小流量；
a3.水深深度选取0.3-0.6m，深度大于适合鱼类生存的最低生态水深；
所述旱季生态槽内各参数的计算确定方式如下：
（1）根据河道断面形式拟定边坡系数m、河床糙率n及河道现状确定坡降i；
（2）根据已知的河道边坡系数m，生态水深h，生态槽宽度b范围，确定过水断面湿周x、确定水面宽度B、过水面积A、水力半径R计算参数；
（3）根据公式
，已知水力半径R和河床糙率n，确定谢齐系数C；
（4）根据公式
，Q=Av，已知上述求得的水力半径R，谢齐系数C和坡降i，确定拟定各断面底生态槽宽度b和生态水深h下的生态流速v；
（5）河流基本断面形态的设计：拟定生态槽的边坡系数m，确定生态槽的坡降i，确定生态槽河床糙率n，根据曼宁-谢齐公式拟定的生态槽宽度b和生态水深h；保持流量Q一定，生态槽的边坡系数m一定，生态槽的坡降i一定下；不断调整生态槽河床糙率n，计算出生态流速v，选定①计算生态流速v接近确定生态流速v1下的生态槽宽度b和生态水深h，②糙率在0.025-0.03内的生态槽宽度b和生态水深h；
（6）防洪校核：P=2%时，水面线影响偏差±0.5%。
2.根据权利要求1所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述旱季生态槽的横截断面为倒梯形结构。
3.根据权利要求1所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述漫滩水质净化层为在漫滩表面基层混合一种或多种吸附滤污净水基质，包括但不限于火山岩、陶粒、牡蛎壳和沸石。
4.根据权利要求3所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述漫滩水质净化层的厚度为20-30cm。
5.根据权利要求1所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述漫摊上覆盖有伏地类植物，伏地类植物选取包括铺地黍、鸭跖草的抗冲刷低矮草本植物。
6.根据权利要求1所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述护脚部设置有生态石笼，所述生态石笼由断面为45度直角梯形或由矩形石笼格宾网组合构建。
7.根据权利要求6所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述生态石笼上种植有坡脚生态带，所述坡脚生态带上种植包括具有防冲固岸、生态景观兼顾水质净化功能的水生植物，所述水生植物包括美人蕉、再力花、风车草和香根草。
8.根据权利要求1所述基于生态流速的复式河床环境系统，其特征在于，所述旱季生态槽由沙石类透水河床材料在现状漫摊基底上构建。
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