CN113463582A - 适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构。本发明适用于水生态治理技术领域。本发明的技术方案为一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：具有沿水流方向依次设置的堰体、消力池和流态营造区，其中堰体的下游侧为多级跌水，堰体内设有连通其上、下游的底孔型鱼道并配有闸门，流态营造区底部错落布置有若干散石。所述多级跌水的跌坎高度介于20～40cm之间。所述多级跌水表面嵌有能形成滚水过流效果的若干河卵石。所述消力池蓄水深度大于等于50cm。所述散石最小散石粒径根据最大过流流速确定且大于等于40cm，散石采用错缝布置，构造高低流速交替的自然流态。

Description

适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构
技术领域
本发明涉及一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构。适用于水生态治理技术领域。
背景技术
溢流堰是广泛不至于河流的挡水过流结构，用以满足保护河床、农田灌溉、城区段景观水面等要求。传统溢流堰主要承担灌溉任务，过流面基本为圆弧式或斜坡式，溢流面较光滑且坡度较大，底孔功能主要是冲沙，功能较单一。
河流是鱼类、微生物等的重要栖息地，为生物提供生长、活动和繁殖的空间，具有生态多维连通的特性。因此，从生态学角度而言，传统溢流堰隔断了河流纵向连续性，无法满足鱼类及底栖生物洄游、上溯要求，从而影响生态系统稳定性。
随着生态水利的发展，溢流堰逐渐向生态化、景观化过渡，出现了景观跌水堰。部分景观跌水堰结合鱼道理论，通过减小过流面坡度、在过流面设置蓄水池等措施满足过鱼要求，但对于跳跃能力较弱的鱼类及底栖生物，无法适用；对于落差较大的区域，为满足鱼道要求，堰体延伸长度较大，一方面无法满足鱼类上溯能力，另一方面经济性较差；而大部分景观跌水堰以观赏性为主，无法满足过鱼要求。因此，研发新型溢流堰结构，既能保证传统水利功能，又能满足生态景观要求，保障鱼类及底栖生物上溯通道，实现河流纵向连通性，具有重要的工程及科学意义。
中国专利CN 108797525 A公布了一种生态景观堰坝及其构建方法，所述生态景观堰坝包括堰坝和各级跌水，所述堰坝为挡水建筑物，在堰坝下游紧邻堰坝设置“之”字形多级串联式跌水，以形成落差变化的多级人工瀑布，堰坝和第一级跌水之间、各级跌水之间分别设置跌水塘用以消能，同时利用串联的多级跌水，布置鱼道，或直接形成鱼梯，作为生物洄游通道；各级跌水塘兼作景观水池；另外，对枯水期不溢流的堰坝，在堰坝中部设置生态流量泄流孔，兼作过鱼孔。本发明解决了鱼类等洄游生物的过坝及堰坝下游局部断流的问题，有利于保护河流的生物多样性，提高了堰坝的平、立面景观效果及整体景观层次，使堰坝兼具便民、亲水功能，具有较好的社会经济综合效益。
中国专利CN106417136A公布了一种具有季节性河流水质改善功能的景观跌水结构，包括构筑在河道跌水处的C字形围堰，C字形围堰的顶部与河道的洪水位线平齐，其底部低于河道的旱季枯水位线以下5～10cm，其内侧设有下降坡度为15°至45°的阶梯，阶梯的中部高度上设有数个第一出水口，阶梯的下部向内延伸出一台阶状的弧形矮堰，弧形矮堰上设有数个第二出水口，弧形矮堰的顶部高出C字形围堰的底部0.5～1.0m，弧形矮堰与阶梯在C字形围堰的中间区域合围成一池塘，池塘中种植有挺水植物，池塘的底部铺置有人工湿地填料基质。本发明能灵活适应水流量的周期性和季节性的波动，使人工湿地适宜布置于河道中，节约了土地；减少泵站设施及电能消耗，能应对河道的不同水位且使水质得到净化改善。
综上所述，现有景观跌水堰以考虑景观性需求为主，其中部分考虑堰面过鱼要求，但仍无法满足跳跃能力较弱的鱼类以及底栖生物的上溯要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构。
本发明所采用的技术方案是：一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：具有沿水流方向依次设置的堰体、消力池和流态营造区，其中堰体的下游侧为多级跌水，堰体内设有连通其上、下游的底孔型鱼道并配有闸门，流态营造区底部错落布置有若干散石。
所述多级跌水的跌坎高度介于20～40cm之间。
所述多级跌水表面嵌有能形成滚水过流效果的若干河卵石。
所述消力池蓄水深度大于等于50cm。
所述散石最小散石粒径根据最大过流流速确定且大于等于40cm，散石采用错缝布置，构造高低流速交替的自然流态。
所述散石的最小粒径Dm由最大流速Vmax、卵石密度ρs为、水密度ρw、乱流影响系数Ei及坡度修正系数K确定
Figure BDA0003155909040000031
最大流速Vmax由断面平均流速V0、卵石阻水面积As及过水面积Ages计算
Figure BDA0003155909040000032
所述散石之间间距宜为3～4倍的散石最小粒径。
所述底孔型鱼道形成于埋入所述堰体内的过流涵管内。
本发明的有益效果是：本发明在堰体内设置底孔型鱼道，利用上游侧闸门启闭，调节上下游水位差，控制涵管内流速，能够满足过鱼要求，堰体下游侧设置消力池，消散水流能量的同时，作为鱼类上溯时的休息场所；消力池下游侧为流态营造区，错落布置散石，营造多样流态，形成吸引鱼类上溯的感应流速。
本发明堰体下游侧设置多级跌水，跌坎采用河卵石铺面，营造滚水效果，建设近自然生态景观。
本发明解决了大落差区域生态堰设计难题，保障了高落差溢流堰影响下的河流纵向连通性，提供了鱼类及底栖生物洄游过坝及下游局部断流的技术支撑，有利于保护河流生物多样性，提升堰坝平、立面景观效果及景观层次，打造近自然生态景观，具有显著的经济、社会及环境效益。
附图说明
图1为实施例的结构示意图图。
图2为实施例中堰体上游面结构图。
图3为实施例的平面布置示意图。
10、堰体；11、混凝土基础；12、止水片；13、消力池；14、岸坡挡墙；20、多级跌水；21、河卵石；30、底孔型鱼道；31、过流涵管；32、闸门；33、螺杆；40、散石。
具体实施方式
本实施例为一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，具有沿水流方向依次设置的堰体、消力池和流态营造区。
本例中堰体为挡水建筑物，该堰体的下游侧为多级跌水，多级跌水表面采用河卵石铺面，其中多级跌水的跌坎高度一般介于20～40cm之间，宽度介于50～80cm之间；河卵石粒径介于10～15cm之间，嵌入跌坎表面深度不小于4cm，能够形成滚水过流效果。
本实施例中在堰体内设有连通堰体上下游的过流涵管，涵管直径不小于100cm，过流涵管内形成底孔型鱼道，过流涵管上游端配有闸门，闸门由螺杆控制启闭。通过闸门启闭，控制上下游水位差，使得涵管内过流流速能够满足过鱼要求。
本实施例在堰体下部需设置混凝土基础，满足整体结构的承载力、抗倾覆及抗渗性要求，基础结合部位设置止水片。堰体两端需做好与岸坡挡墙的衔接，堰体部与挡墙顶部一致，便于闸门的启闭操作。
本例中消力池的蓄水深度不小于50cm，一方面消散泄流能量，另一方面，为上溯鱼类及底栖生物提供缓冲场所。
本实施例中流态营造区具有若干错落布置于消力池下游河床上的散石，散石放置于河床上，埋深需大于该区域的最大冲刷深度。散石最小粒径应根据最大过流流速确定，不宜小于40cm，确保一定的阻水效果，采用错缝布置，散石间距宜为3～4倍的散石最小粒径，构造高低流速交替的自然流态，形成吸引鱼类的感应流速。
本实施例中最小散石粒径Dm由最大流速Vmax、卵石密度ρs为、水密度ρw、乱流影响系数Ei(介于0.86～1.28之间)及坡度修正系数K确定，最大流速Vmax由断面平均流速V0、卵石阻水面积As及过水面积Ages计算。
Figure BDA0003155909040000051
Figure BDA0003155909040000052
本实施例中根据当地鱼类洄游习性调查数据及游泳能力测试，确定鱼类的洄游的临界流速。通过闸门启闭调节上游水位，控制上下游水位差ΔH(ΔH≤0.45m)，使得涵管内流速
Figure BDA0003155909040000053
不大于鱼类临界流速。

Claims (8)

1.一种适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：具有沿水流方向依次设置的堰体、消力池和流态营造区，其中堰体的下游侧为多级跌水，堰体内设有连通其上、下游的底孔型鱼道并配有闸门，流态营造区底部错落布置有若干散石。
2.根据权利要求1所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：所述多级跌水的跌坎高度介于20～40cm之间。
3.根据权利要求1或2所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：所述多级跌水表面嵌有能形成滚水过流效果的若干河卵石。
4.根据权利要求1所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：所述消力池蓄水深度大于等于50cm。
5.根据权利要求1所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：所述散石最小散石粒径根据最大过流流速确定且大于等于40cm，散石采用错缝布置，构造高低流速交替的自然流态。
6.根据权利要求5所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于，所述散石的最小粒径Dm由最大流速Vmax、卵石密度ρs为、水密度ρw、乱流影响系数Ei及坡度修正系数K确定
Figure FDA0003155909030000011
最大流速Vmax由断面平均流速V0、卵石阻水面积As及过水面积Ages计算
Figure FDA0003155909030000012
7.根据权利要求5或6所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：所述散石之间间距宜为3～4倍的散石最小粒径。
8.根据权利要求1所述的适用构建底孔型鱼道景观跌水堰结构，其特征在于：所述底孔型鱼道形成于埋入所述堰体内的过流涵管内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115094844A (zh) * 2022-08-25 2022-09-23 交通运输部天津水运工程科学研究所 施工期过鱼设施、水工建筑物及过鱼方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115094844A (zh) * 2022-08-25 2022-09-23 交通运输部天津水运工程科学研究所 施工期过鱼设施、水工建筑物及过鱼方法
CN115094844B (zh) * 2022-08-25 2022-10-28 交通运输部天津水运工程科学研究所 施工期过鱼设施、水工建筑物及过鱼方法

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