CN116254802A - 一种直立式河岸生态化改造结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直立式河岸生态化改造结构，在河道内对应现状直立式河岸设置仿自然河道形态的驳岸结构，现状直立式河岸和相应的驳岸结构之间形成有从直立式河岸向驳岸结构倾斜的缓坡，该缓坡上种植有植物。本发明通过块石粘结堆砌形成的驳岸结构在河道内勾勒出仿自然河道形态，在驳岸与现状直立式河岸形成的封闭浅水区域内进行植被群落的恢复，改善城市河道生物多样性缺失、生态系统退化的现状。本发明通过河道内地形重塑增加河道结构的复杂度，增加水力条件的多样性，同时为水生动物提供良好的避难和休息场所，通过植被恢复还可净化河道水质，提高河道生物多样性，有助于构建健康河流水生态系统。本发明适用于河道生态修复技术领域。

Description

一种直立式河岸生态化改造结构

技术领域

本发明的优先权信息如下：优先权号为CN202210371207.4，优先权日为2022年04月1日，发明名称为直立式河岸生态化改造结构，其公开内容通过引用并入本文。本发明涉及河道生态修复技术领域,尤其涉及一种直立式河岸生态化改造结构。

背景技术

蜿蜒性是河流动态演变过程中的一种自然倾向，形成蜿蜒型河道的原因有多种，其中主要原因是水流经过微弯河段凸岸时，在离心力的作用下水流侵蚀凹岸，形成深潭，另一侧则形成浅滩。

由于历史原因，随着我国城市化进程的不断加强，传统的河道整治因为认识不足和滨水空间受限等原因，往往着重于水利建设忽略了生态。在这种理念指导下，我国多数城市河道都被裁弯取直、沟渠化、硬质化，河道生态性遭到破坏，景观呈现千篇一律的状态。尤其是平原河道常见的蜿蜒型河段整治，就目前整治措施而言，由于弯道水流所受到的阻力比同样长度的顺直河段要大，蜿蜒曲折的程度不断加剧，还有在曲率半径过小的弯道，汛期水流很不平顺，往往形成大溜顶凹岸的惊险局面，危机堤岸安全，难以保障整治改造工程的稳定性和使用寿命。

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，提供一种直立式河岸生态化改造结构。

本发明所采用的技术方案是：一种直立式河岸生态化改造结构，在河道内对应现状直立式河岸设置仿自然河道形态的驳岸结构，现状直立式河岸和相应的驳岸结构之间形成有从直立式河岸向驳岸结构倾斜的缓坡，该缓坡上种植有植物。

进一步地，所述驳岸结构上对应易受水流冲刷侵蚀的部位采用耐冲刷结构，其余部位采用卵砾边滩。

进一步地，所述耐冲刷结构采用大块石或大石板堆成。

进一步地，所述耐冲刷结构顶部略高于河道的常水位。

进一步地，所述卵砾边滩通过投放块石与级配卵石打造，边滩采用缓坡入水方式。

进一步地，所述卵砾边滩平均粒径约D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％。

进一步地，所述河道内设置横跨河道的生态矮堰。

进一步地，所述生态矮堰为I型、J型、V型、U型或W型，材料选用圆木或块石，高度一般不超过30cm；生态矮堰的最低部分应位于河槽的中心，块石延伸到河槽顶部。

进一步地，所述缓坡上种植的植物包括沉水植物和挺水植物恢复，挺水植物采用黄菖蒲、梭鱼草、伞草、荷花、水葱、香蒲、芦苇和花叶芦竹中的一种或几种，沉水植物采用矮生苦草、菹草、马来眼子菜中的一种或几种。

进一步地，将所述缓坡的能满足亲水需求的适当区域设为亲水平台，并设置从现状直立式河岸顶部延伸至亲水平台的台阶。

进一步地，所述直立式河岸生态化改造结构应用于蜿蜒型河段治理中，所述蜿蜒型河段包括若干个弯曲段，沿水流方向，每个所述弯曲段包括迎水侧和背水侧，所述迎水侧上设置耐冲刷结构，所述背水侧上设置卵砾边滩，并且，在每个弯曲段的衔接处设置横跨河道的生态矮堰。

进一步地，所述生态矮堰应用于浑水冲刷条件环境中，其结构类型为淹没式矮堰结构。

进一步地，所述淹没式矮堰结构优选为淹没式三维矮堰结构。

进一步地，所述生态矮堰的堰顶沿横跨河道方向呈锯齿波浪形；其中，所述生态矮堰的堰体迎水面的形状设计主要考虑的因素为：所述蜿蜒型河段的年平均径流量和平均比降；

具体地，当蜿蜒型河段的年平均径流量、平均比降为高阶段时，所述堰体迎水面的形状为靠近堰体方向内凹的弧形面，且所述弧形面与堰体底面的夹角α为30°-60°；

当蜿蜒型河段的年平均径流量、平均比降为中阶段时，所述堰体迎水面包括下部斜面和与所述下部斜面相衔接的上部弧面，所述上部弧面沿远离堰体的堰顶方向伸出，且所述下部斜面与堰体底面的夹角β为40°-80°；

当蜿蜒型河段的年平均径流量、平均比降为低阶段时，所述堰体迎水面为斜面，所述斜面与堰体底面的夹角γ为40°-80°。

本发明的有益效果是：本发明通过块石形成的驳岸结构在河道内勾勒出仿自然河道形态，在驳岸与现状直立式河岸形成的封闭浅水区域内进行植被群落的恢复，改善城市河道生物多样性缺失、生态系统退化和景观风貌单一的现状。本发明通过河道内地形重塑增加河道结构的复杂度，增加水力条件的多样性，同时为水生动物提供良好的避难和休息场所，通过植被恢复还可净化河道水质，提高河道生物多样性，有助于构建健康河流水生态。

再者，通过将耐冲刷结构设置在弯曲段的迎水侧和将卵砾边滩设置在弯曲段的背水侧，结合在每个弯曲段的衔接处设置生态矮堰的特定结构布局，能够有效减缓下一弯曲段的水流流速，进而减少了对驳岸结构的冲刷力，大大提升了生态化改造结构的整体稳定性和使用寿命，且具有结构简单、施工方便和降低整体改造成本的有益效果。

附图说明

以下附图是用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，且仅旨在于对本发明做示意性的解释和说明，并非用以限制本发明的范围。在附图中：

图1为本申请一实施例的平面布置示意图；

图2为本申请一实施例的典型剖面图；

图3为本申请另一实施例的平面布置示意图；

图4为本申请另一实施例中生态矮堰沿河道宽度方向的主视图；

图5为本申请另一实施例中沿图4中的A-A的剖视图A-A；

图6为本申请另一实施例中沿图4中的A-A的剖视图(A-A)’；

图7为本申请另一实施例中沿图4中的A-A的剖视图(A-A)”。

附图标记：

1、现状直立式河岸；2、植被；3、大块石；4、亲水平台；5、生态矮堰；50、堰体；51、堰顶；52、堰体底面；53、堰体迎水面；531、上部弧面；532、下部斜面；54、堰体背水面；6、卵砾边滩。

具体实施方式

下面将以图式揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右等方向均是以本申请实施例图1所示的上、下、左、右等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。本申请使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。

实施例一

本实施例为一种直立式河岸生态化改造结构，在河道内对应现状直立式河岸设置仿自然河道形态(如S型河道形态)的驳岸结构，驳岸高程应在满足河道行洪要求前提下，兼顾生态及景观美化需求。现状直立式河岸和相应的驳岸结构之间封闭浅水区域形成有从直立式河岸向驳岸结构倾斜的缓坡，该缓坡上种植有植被，进行植被群落的恢复。

本例中驳岸结构上对应易受水流冲刷侵蚀的部位采用耐冲刷结构，其余部位采用卵砾边滩，其中耐冲刷结构采用大块石或大石板堆成(大块石尺寸从40mm～200mm不等，形状从圆形砾石、鹅卵石到较大的平坦的石块)，耐冲刷结构顶部略高于河道的常水位约30cm；卵砾边滩通过投放块石与级配卵石打造，卵砾边滩平均粒径约D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，边滩采用缓坡入水方式。中间位置混合使用砾石，模拟河床基质的自然分级。

本实施例中根据河道地形在河道内设置横跨河道的生态矮堰，或设置连续的坡度结构。生态矮堰，根据不同的地质条件设置为I型、J型、V型、U型或W型等不同结构形式，材料选用圆木或块石，高度一般不超过30cm，不影响鱼类洄游。生态矮堰的最低部分应位于河槽的中心，块石延伸到河槽顶部，保护岸坡。

本实施例中植被群落恢复包括沉水植物和挺水植物恢复，挺水植物选取菖蒲(30株/m2)、芦苇(4株/m2)、水葱(20株/m2)、千屈菜(10株/m2)、香蒲(16株/m2)，沉水植物选取矮生苦草(4-5芽/丛，25丛/m2)、狐尾藻类(5-10芽/丛，9丛/m2)、菹草(10-15芽/丛，9丛/m2)等，通过植物搭配种植实现水质净化和河道景观风貌改善功能。

本实施例将现状直立式河岸和相应的驳岸结构之间封闭浅水区域中对应城区或有亲水需求的适当位置设置为亲水平台，并设置从现状直立式河岸顶部延伸至亲水平台的青石台阶，人员可通过青石台阶进入亲水平台。亲水平台高于常水位约40cm，开放提防内可种植草皮护坡，构建亲水空间，满足周围居民亲水需求。

实施例二

本实施例中的一种直立式河岸生态化改造结构，应用于蜿蜒型河段治理中，所述蜿蜒型河段包括若干个弯曲段，沿水流方向，每个所述弯曲段包括迎水侧和背水侧，所述迎水侧上设置耐冲刷结构，所述背水侧上设置卵砾边滩；并且，在每个弯曲段的衔接处设置横跨河道的生态矮堰。

需要说明的是，生态矮堰是一种建设于河道之上的河流水工建筑物，连接河岸两侧，具有防止河道床面下切、减缓局部流速的作用。如图3所示，本实施例通过在每个弯曲段的衔接处(即，弯曲段a和弯曲段b之间、弯曲段b和弯曲段c之间和弯曲段c和弯曲段d之间)均设置横跨河道的生态矮堰，能够有效减缓下一弯曲段的水流流速进而减少了对驳岸结构的冲刷力，利于驳岸结构的稳定使用和延长寿命，且具有结构简单、施工方便和降低整体成本的有益效果。

再说，将耐冲刷结构设置在弯曲段的迎水侧和将卵砾边滩设置在弯曲段的背水侧，结合在每个弯曲段的衔接处设置生态矮堰的特定结构布局，生态矮堰设置在弯曲段的衔接处能够有效减缓水流流速的同时，也改变了水流直冲向耐冲刷结构的方向，进而减弱了对耐冲刷结构的冲击力，对驳岸结构起到较好的维护作用，大大提升了驳岸结构的使用稳定性和使用寿命，在蜿蜒型河段治理领域具有改造突破性的重要意义。

需要说明的是，本实施例驳岸结构中耐冲刷结构和卵砾边滩的构造方式采用水泥固结的人工仿自然属性的构造方式即可。

另外，在实际应用中，基于在浑水冲刷条件下的水流强度较大，造成在河岸生态修复改造上，怎样能够更好的保障驳岸结构的使用稳定性和使用寿命是本领域技术人员一直探讨研究但终未能突破的技术难题。对此，本申请人研发团队基于上述技术难题，在本发明技术方案的基础上进行了N多次的浑水冲刷实验。例如一实验例：在一条长15m，宽1.54m，深0.48m，具有三个蜿蜒弯曲段，在每个弯曲段的迎水侧设置耐冲刷结构，背水侧设置卵砾边滩，且在相邻两个弯曲段的衔接处分别设置了第一淹没式矮堰结构和第二淹没式矮堰结构的水沙自循环水槽里开展输沙浑水条件下的冲刷实验，测量了第一淹没式矮堰结构和第二淹没式矮堰结构上、下游的冲刷数据以及上、下游驳岸结构中大块石、级配卵石的位置数据。经过设定不同的流速流量及对应设定不同堰体迎水面不同结构形状的生态矮堰，其驳岸结构的位置数据的测量结果几乎没有变化，进而有效证实了本实施例中的河岸生态化改造结构的特定布局，能够大大提升驳岸结构的使用稳定性和使用寿命的有益效果，进而保障了河岸生态化改造结构的整体稳定性和使用寿命。

实施例三

在实施例二的基础上，作为一种优选的实施方式，本实施例中的生态矮堰的结构类型为淹没式矮堰结构，应用于浑水冲刷条件环境中。如图4所示，本实施例中的生态矮堰5的堰顶51沿横跨河道方向呈锯齿波浪形，便于鱼类洄游，但也不限于锯齿波浪形，也可根据实际情况设定为孔洞框架型等其它异型形状。其中，本实施例主要是针对生态矮堰的堰体迎水面的结构进行巧妙设计，该生态矮堰的堰体迎水面53的形状设计主要考虑蜿蜒型河段的年平均径流量和平均比降等因素。

需要说明的是，所谓蜿蜒型河段的年平均径流量是指通过河流上某一断面的平均流量，是多年期间年径流的算术平均值；所谓蜿蜒型河段的平均比降是指蜿蜒型河段的的总落差与河段长度的比值。

如图5所示，作为一种实施例，当蜿蜒型河段的年平均径流量、平均比降为高阶段时，所述堰体迎水面53的形状为靠近堰体方向内凹的弧形面，所述弧形面的曲率半径根据堰体的高度和厚度，做出合理的数值设计，且所述弧形面与堰体底面52的夹角α为30°-60°，进一步优选为40°-50°，更进一步优选为45°，以便使生态矮堰上游的泥沙水流(图5中箭头表示泥沙水流方向)沿着所述弧形面回旋，在回旋过程中，最后会沿着所述弧形面的上部弧面531向远离堰体50的方向回旋落下，利于减缓水流流速及改变水流方向，从而更好地起到保护驳岸结构的作用，提升驳岸结构的使用稳定性和使用寿命，进而保障了河岸生态化改造结构的整体稳定性和使用寿命，且具有结构简单、施工方便和降低整体改造成本的有益效果。

需要说明的是，本实施例中所谓高阶段具体定义为蜿蜒型河段的年平均径流量在20～40亿立方米、平均比降在6％～8％，例如我国汉江的干支流任河、金钱河等河流。之所以将堰体迎水面53的形状设定为内凹的弧形面及合适的夹角α，是因为高阶段的蜿蜒型河流的径流量、径流速较大，且携带有相对较多的泥沙水流，正好该泥沙水流能够在内凹的弧形面内具有较大的空间回旋，利于实现减缓水流流速及改变水流方向的效果，从而更好的保障了河岸生态化改造结构的整体稳定性和使用寿命。

如图6所示，作为一种实施例，当蜿蜒型河段的年平均径流量、平均比降为中阶段时，所述堰体迎水面包括下部斜面532和与所述下部斜面相衔接的上部弧面531，所述上部弧面531沿远离堰体的堰顶方向伸出，所述上部弧面的曲率半径根据堰体的高度和厚度，做出合理的数值设计。再者，所述下部斜面532与堰体底面52的夹角β为40°-80°，进一步优选为50°-70°，更进一步优选为60°。本实施例的技术方案能够使生态矮堰上游的泥沙水流(图6中箭头表示泥沙水流方向)沿着下部斜面532和上部弧面531回旋，在回旋过程中，在最后沿着上部弧面531向远离堰体50的方向回旋落下。

需要说明的是，本实施例中所谓中阶段具体定义为蜿蜒型河段的年平均径流量在10～20亿立方米、平均比降在3％～6％，例如我国汉江的干支流丹江、子午河等河流。

如图7所示，作为一种实施例，当蜿蜒型河段的年平均径流量、平均比降为低阶段时，所述堰体迎水面53为斜面，所述斜面与堰体底面52的夹角γ为40°-80°，进一步优选50°-70°，更进一步优选60°。由于低阶段的蜿蜒型河流的径流量、径流速较小，且携带相对较小的泥沙水流，堰体迎水面53为斜面能够足以实现减缓水流流速及改变水流方向，保障河岸生态化改造结构的整体稳定性和使用寿命的效果了。

需要说明的是，本实施例中所谓低阶段具体定义为蜿蜒型河段的年平均径流量在0.1～10亿立方米、平均比降在0.2％～3％，例如我国汉江的干支流玉带河、牧马河、黄洋河等河流。

上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：在河道内对应现状直立式河岸设置仿自然河道形态的驳岸结构，现状直立式河岸和相应的驳岸结构之间形成有从直立式河岸向驳岸结构倾斜的缓坡，该缓坡上种植有植被。

2.根据权利要求1所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述驳岸结构上对应易受水流冲刷侵蚀的部位采用耐冲刷结构，其余部位采用卵砾边滩。

3.根据权利要求2所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述耐冲刷结构采用大块石或大石板堆成。

4.根据权利要求2所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述耐冲刷结构顶部略高于河道的常水位。

5.根据权利要求2所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述卵砾边滩通过投放块石与级配卵石打造，边滩采用缓坡入水方式。

6.根据权利要求5所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述卵砾边滩平均粒径约D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％。

7.根据权利要求1所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述河道内设置横跨河道的生态矮堰。

8.根据权利要求7所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述生态矮堰为I型、J型、V型、U型或W型，材料选用圆木或块石，高度一般不超过30cm；生态矮堰的最低部分应位于河槽的中心，块石延伸到河槽顶部。

9.根据权利要求1所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：所述缓坡上种植的植被包括沉水植被和挺水植被恢复，挺水植被采用黄菖蒲、梭鱼草、伞草、荷花、水葱、香蒲、芦苇和花叶芦竹中的一种或几种，沉水植被采用矮生苦草、菹草、马来眼子菜中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的直立式河岸生态化改造结构，其特征在于：将所述缓坡的能满足亲水需求的适当区域设为亲水平台，并设置从现状直立式河岸顶部延伸至亲水平台的台阶。

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