CN203411945U - 圆弧形生态拦水坝 - Google Patents

圆弧形生态拦水坝 Download PDF

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CN203411945U CN201320320847.9U CN201320320847U CN203411945U CN 203411945 U CN203411945 U CN 203411945U CN 201320320847 U CN201320320847 U CN 201320320847U CN 203411945 U CN203411945 U CN 203411945U
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楼益龙
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Abstract

本实用新型公开了一种圆弧形生态拦水坝,包括拦水坝本体(3),所述拦水坝本体(3)包括迎水面(1)、背水面(2)、顶面(4)和底面(5),所述迎水面(1)与所述背水面(2)均为向外凸出的圆弧曲面。本实用新型不但结构简单,而且在满足传统河道治理的基础上能够保证河道的流动水得到补给,且可以在坝的前后形成多级流速带,提高了水体自身的净化能力,不断改善和维护城市良好的生态环境。

Description

圆弧形生态拦水坝
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种拦水坝,特别是一种圆弧形生态拦水坝,属于拦水坝修建技术领域。
背景技术
[0002] 随着社会经济的发展以及人民生活水平的提高,人们对其居住环境的要求日益增高。城市河流在维持城市生态环境上占有重要的地位,河流水环境的好坏影响着城市环境质量。然而传统的河道整治主要以防洪排涝为主,往往忽略了河流自身的生物环境功能,包括:泥沙的推移,栖息地环境功能,环境净化,维持自然生态系统的结构与过程等。
[0003] 在现代的城市河道整治中,常常修建橡胶坝、闸坝等拦河建筑物。建设拦河建筑物会使得河道的生态与环境发生变化,而这种变化具有双重性,即会引起正面影响和负面影响。正面影响方面:建设拦水建筑物可以保证灌溉供水需要;可以改善居住环境;可以调节灌区气候;可以防止水土流失等,负面影响方面:建设拦水建筑物会使得河道水量水质发生变化,进而造成水体自身净化能力降低,水体污染加剧;会阻断了鱼类通道,使得生物多样性退化;会使得坝前壅水,流速减小,形成静水区,进而出现坝体上游河道淤积,水质黑臭等众多环境问题等。
[0004]目前,在河道污染水质修复的主要途径是利用上游水流流经拦河建筑物过程中的掺气,加速水体复氧过程,增大水体中的容解氧的水平,恢复水体中好氧生物的活力,进而使得水体自身净化能力有所增强。然而,采用该方法只能对坝体下游附近一段河道的水体净化有所作用,坝体上游河道的环境污染问题还是不能得到有效解决。另外,为了满足鱼类的过坝要求,以及在汛期能实现输沙的目的,常常在坝底设计鱼孔,但是,鱼孔一般是采用不同管径的塑料管或混凝土管,为了保证坝体安全,其管径大小是有限的,极易被上游杂物和淤泥堵塞,由于其设计在坝底,也较难被发现。
[0005] 随着河流的功能的扩展,河流整治要考虑的因素大大增加,而传统的河道治理已经不能满足河流可持续发展的需要。所以,开展兼顾河道生态问题,采用立体化和多元化进行拦河建筑物设计,具有一定的社会效益。
[0006] 申请号为:201110448113.4的实用新型专利公开了一种生态拦水坝,如图1所示,整个坝体包括土石坝体、木桩加固结构和隔离竹排三部分,土石坝体为双层结构,内层为袋装粘土,外层为袋装碎石,木桩加固结构保证坝体的安全稳固,隔离竹排起到加固和隔离扰动的作用。在该实用新型中,所述生态拦水坝虽可以达到拦截水体、控制水位及净化水质的功能,但由于上述生态拦水坝有多个组成部分,且每个组成部分之间并非一体连接,因此,不仅结构复杂,而且在长期使用的前提下存在结构与结构之间分离的风险,失去了生态拦水坝的核心作用。
[0007] 因此,设计一种不仅能满足河流可持续发展而且结构简单的拦河建筑物,成为本领域技术人员亟待解决的问题。
[0008] 公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
[0009] 本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的缺陷,提出了 一种圆弧形生态拦水坝。
[0010] 为达上述目的,本实用新型的具体技术方案为:本实用新型所述的一种圆弧形生态拦水坝,包括拦水坝本体,所述拦水坝本体包括迎水面、背水面、顶面和底面,所述迎水面与所述背水面均为圆弧曲面。迎水面为向外凸出的圆弧曲面,阻水面积大,有利于坝体上游壅水,而背水面也为圆弧曲面,可使坝下形成较稳定的水跃,消能效果好,可以减小下游河床的冲刷。
[0011] 优选地,所述迎水面所在圆的半径Rl与所述背水面所在圆的半径R2相等。
[0012] 优选地,所述迎水面与所述背水面相对于所述圆弧形拦水坝的纵剖面的中轴线对称。
[0013] 优选地,所述迎水面所在的圆的半径Rl和所述背水面所在的圆的半径R2均为所述拦水坝高度H的1.1〜1.2倍。
[0014] 优选地,所述底面的宽度的一半R与所述迎水面所在圆的半径Rl或所述背水面所在圆的半径R2相等。
[0015] 优选地,所述顶面4的宽度B = 2>/r2-H2,其中,R为所述底面5的一半宽度,H为坝高。
[0016] 优选地,所述拦水坝的长度LI短于所述河道宽度L。
[0017] 优选地,所述拦水坝的长度LI为所述河道宽度L的80%〜90%,且所述拦水坝的一端与所述河道的一个岸边接触。坝体相对于河道一岸设置开口,上游来水一部分可以由开口流出,使得河道常年畅流,减小了坝体上游淤泥的形成,也为河道的鱼类等水游生物提供了通道。
[0018] 本实用新型的有益效果:本实用新型提供的一种圆弧形生态拦水坝,所述圆弧形生态拦水坝体型简单,坝体迎水面的圆弧曲面的阻水面积较平面或者斜平面的要大,对上游的壅水效果较好;而坝体的背水面也为圆弧曲面,使得坝后水流形成较稳定的水跃,消能效果较好;本实用新型的坝体长度为河道宽度的80%〜90%,在河道一岸设置有一个开口,开口的长度为河道宽度的10%〜20%,有利于河道的流动水补给,减小坝前泥沙的淤积,也为河道中鱼类等水游生物提供了通道;同时,在坝的前后可以形成多级流速区域,提高了水体自身的净化能力,能减小水体富营养化的形成,进而适应了河道中不同水生物的生存;本实用新型不仅满足传统河道治理的基础上而且结构简单、可促进城市河道的可持续发展,不断改善和维护城市良好的生态环境。
附图说明
[0019] 图1为现有技术中的拦水坝;
[0020] 图2为本实用新型实施例一种圆弧形型拦水坝的俯视图;
[0021] 图3为本实用新型实施例一种圆弧形型拦水坝的纵剖面图;[0022] 图4为本实用新型实施例1的圆弧形无开口拦水坝坝前后横断面上流速分布图;
[0023] 图5为本实用新型实施例2的圆弧形开口拦水坝坝前后横断面上流速分布图;
[0024] 图6为本实用新型实施例3的圆弧形无开口拦水坝坝前后横断面上流速分布图;
[0025] 图7为本实用新型实施例4的圆弧形开口拦水坝坝前后横断面上流速分布图。
具体实施方式
[0026] 下面对本实用新型技术方案进行详细说明,但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
[0027] 本实用新型提供一种圆弧形生态拦水坝,其俯视图如图2所示,包括拦水坝本体3,拦水坝本体3包括迎水面1、背水面2、顶面4和底面5。所述拦水坝的纵剖面图如图3所示,迎水面I和背水面2形成的两段圆弧曲线与顶面4和底面5形成的两平行直线组成的闭合四边形。
[0028] 顶面4和底面5的表面可以为任何形状,比如平面、斜面、阶梯面或者坑洼不平的面,优选顶面4为与底面5相对平行的水平面。
[0029] 迎水面I为圆弧曲面,所述圆弧曲面所在圆的半径为Rl。背水面2也为圆弧曲面,所述圆弧曲面所在圆的半径为R2,优选所述迎水面I的圆弧曲面与所述背水面2的圆弧曲面相对于所述圆弧形拦水坝的纵剖面的中轴线对称,并且,R1=R2。迎水面I所在的圆的半径为Rl和背水面2所在的圆的半径为R2均为所述拦水坝高度的1.1〜1.2倍。底面5的宽
度为迎水面I的圆弧曲面所在圆的半径的2倍。顶面4的宽度B = 2>/R2-H2 (R=R1=R2)。
[0030] 拦水坝的长度小于河道的宽度,优选拦水坝的长度为河道宽度的80%〜90%,所述拦水坝可以放入所述河道的任意位置,比如,所述拦水坝放入河道中央,使得所述拦水坝的两端与所述河道的两个岸边均不接触,从而在所述拦水坝的两端与所述河道之间留下便于鱼类过坝和汛期输沙的通道,也可使所述拦水坝置于所述河道的一边,即所述拦水坝的一段与所述河道的一个岸边接触,优选为所述拦水坝的一端与所述河道的一个岸边接触。
[0031] 拦水坝的长度LI根据坝体下游河床质的防冲能力以及坝体上游的综合用水要求等,利用计算机数值模拟技术或者模型试验,在道宽度L的80%〜90%中进行比较,最终选取较优的拦水坝长度LI。
[0032] 下面通过实施例详细论述本实用新型的具体技术方案:
[0033] 实施例1、根据某城市河道地形资料、河道两岸地形、洪峰流量、设计洪水位等,参考橡胶坝设计规范,选定坝体修建位置,确定出坝址处河道宽度L=30.6m以及坝体高度H=2.7m。
[0034] 在坝体高度H确定后,将坝体纵剖面中两段圆弧曲线所在圆的半径R定为3m。此时,圆弧曲线所在圆的半径R与坝体的高度H之间的比值为1.11。
[0035] 接着,在坝体高度H和圆弧曲线所在圆的半径R确定后,与坝底5平行的坝顶4平面至坝底5的距离就等于坝体高度H,即可计算坝顶4水平面的宽度B=2.62m。而坝底5的长度为2R=6m。
[0036] 然后,构建拦水坝的长度,拦水坝的长度LI和河道的宽度L,L1=L=30.6m。
[0037] 通过上述步骤即得到了一种圆弧形生态拦水坝,上述圆弧形无开口拦水坝在某工况下坝前后横断面的流速分布图如图4所示。[0038] 实施例2、本实施例提供一种圆弧形生态拦水坝,其结构与修建方法与实施例1基本相同,不同点为:确定拦水坝的长度LI时,拦水坝的长度LI为河道宽度L的80%~90%。
[0039] 根据防洪要求,坝体下游河床质的防冲能力以及坝体上游的综合用水要求等,利用计算机数值模拟技术,在河道位置宽度L的10%~20%中选几个开口长度进行比较,最终确定较优的开口长度为坝体所在河道位置宽度L的13.5%,即得出L0=4.lm。则,拦水坝的长度 L1=L-L0=26.5。
[0040] 通过上述步骤即得一种圆弧形生态拦水坝,上述圆弧形生态开口拦水坝在某工况下坝前后横断面的流速分布图如图5所示。
[0041] 经数值模拟结果表明,在不同来水工况下,以上实施例1和实例2中所述的圆弧形生态拦水坝与具有相同纵剖面面积和坝顶高程的开口型梯形拦水坝以及开口型橡胶坝相t匕,上游壅水均最多,壅水量对比表如表1所示。
[0042] 表1:某工况下不同种类坝型上游壅水量(m3)
[0043]
Figure CN203411945UD00061
[0044] 当上游来水经圆弧形背水面下泄,能在坝体的下游形成良好的水跃,消能较好,水跃性能对比表如表2所示:
[0045] 表2:某工况下不同种类坝型下游收缩断面的Fr数
[0046]
Figure CN203411945UD00062
[0047] 实施例3、本实施例提供一种圆弧形生态拦水坝,其结构及修建方法为:
[0048] 根据某城市河道地形资料、河道两岸地形、洪峰流量、设计洪水位等,参考橡胶坝设计规范,选定坝体修建位置,确定出坝址处河道宽度L=22.5m以及坝体的高度H=2m。
[0049] 在坝体高度H确定后,将坝体纵剖面中两段圆弧曲线所在圆的半径R定为2.3m。此时,圆弧曲线所在圆的半径R与坝体的高度H之间的比值为1.15。
[0050] 接着,在坝体高度H和圆弧曲线所在圆的半径R确定后,与坝底平行的坝顶平面至坝底的距离等于坝体高度H,即可计算坝顶水平面的宽度B=2.27m。而坝底5的长度为2R=4.6m ο
[0051] 然后,构建拦水坝的长度,拦水坝的长度LI和河道的宽度L,L1=L=22.5m。
[0052] 通过上述步骤即得一种圆弧形生态拦水坝,上述圆弧形生态无开口拦水坝在某工况下坝前后断面的流速分布图如图6所示。
[0053] 实施例4、本实施例提供一种圆弧形生态拦水坝,其结构与修建方法与实施例3基本相同,不同点为:确定拦水坝的长度LI时,拦水坝的长度LI为河道宽度L的80%~90%。
[0054] 根据防洪要求,坝体下游河床质的防冲能力以及坝体上游的综合用水要求等,利用计算机数值模拟技术,在河道位置宽度L的10%~20%中选几个开口长度进行比较,最终确定较优的开口长度为坝体所在河道位置宽度L的11.5%,即得出L0=2.6m。则,拦水坝的长度 L1=L-L0=19.9mο
[0055] 通过上述步骤即得一种圆弧形生态拦水坝,上述圆弧形生态开口拦水坝在某工况下坝前后横断面的流速分布图如图7所示。[0056] 经数值模拟结果表明,在不同来水工况下,以上实施例3和实例4中所述的圆弧形生态拦水坝与具有相同纵剖面面积和坝顶高程的开口型梯形拦水坝以及开口型橡胶坝相t匕,上游壅水均最多,对比表如表3所示:
[0057] 表3:某工况下不同种类坝型上游壅水量(m3)
[0058]
Figure CN203411945UD00071
[0059] 当上游来水经圆弧形背水面下泄,能在坝体的下游形成良好的水跃,消能较好,水跃性能对比表如表4所示:
[0060] 表4:某工况下不同种类坝型下游收缩断面的Fr数
[0061]
Figure CN203411945UD00072
[0062] 坝体右岸的开口的设计,有利于河道的流动水补给。同时,坝前后横断面上的流速成明显的梯级曲线分布(如图5图7所示),其与右岸无开口的同类型圆弧形拦水坝的流速在断面上的较均匀分布(如图4和图6)相比,能在坝体前后形成多级流速带,这样可以提高水体自身的净化能力,有效减小了水体富营养化的形成,进而可适应河道中不同水生物的生存,也为河道的鱼类等水游生物提供了通道。
[0063] 上述实施例是用于例示性说明本实用新型的原理及其功效,但是本实用新型并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下,在权利要求保护范围内,对上述实施例进行修改。因此本实用新型的保护范围,应如本实用新型的权利要求书覆盖。

Claims (7)

1.一种圆弧形生态拦水坝,包括拦水坝本体(3),所述拦水坝本体(3)包括迎水面(I)、背水面(2)、顶面(4)和底面(5),其特征在于,所述迎水面(I)与所述背水面(2)均为向外凸出的圆弧曲面。
2.根据权利要求1所述的圆弧形生态拦水坝,其特征在于,沿所述圆弧形拦水坝的纵剖面截得的坝体迎水面(I)圆弧半径(Rl)和背水面(2)的圆弧半径(R2)相同,且所述迎水面(I)与所述背水面(2)的圆弧相对于所述圆弧形拦水坝的纵剖面的中轴线对称。
3.根据权利要求2所述的圆弧形生态拦水坝,其特征在于,所述坝体迎水面(I)圆弧半径(Rl)和背水面⑵的圆弧半径(R2)均为坝高⑶的1.1~1.2倍。
4.根据权利要求2所述的圆弧形生态拦水坝,其特征在于,所述底面(5)的一半宽度(R)与所述迎水面(I)圆弧半径(Rl)或背水面(2)圆弧半径(R2)相等。
5.根据权利要求2所述的圆弧形生态拦水坝,其特征在于,所述顶面(4)的宽度(B)满足如下的公式:
Figure CN203411945UC00021
,其中,R为所述底面(5)的一半宽度,H为坝高。
6.根据权利要求1所述的圆弧形生态拦水坝,其特征在于,所述拦水坝的长度(LI)短于所述河道宽度(L)。
7.根据权利要求6所述的圆弧形生态拦水坝,其特征在于,所述拦水坝的长度(LI)为所述河道宽度(L)的80%~90%,并且所述拦水坝的一端与所述河道的一个岸边接触。
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CN103321182A (zh) * 2013-06-05 2013-09-25 中国长江三峡集团公司 圆弧形生态拦水坝及其修建方法
CN112411485A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 梅伯寿 一种环境保护用河道挡水装置

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