CN203878542U - 一种w型石笼生态潜坝 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要是针对我国北方地区城市段河道，在宽且顺直河段处修建一种新型的生态拦蓄型水工建筑物——W型石笼生态潜坝。该潜坝布置于河道河槽内，分为典型三段，即左滩地段、主河槽段和右滩地段；左滩地段和右滩地段的平面为平直形状，该潜坝主河槽段的平面呈“W”形，本实用新型的W型石笼生态潜坝可过水，提高了河道的行洪能力，同时为鱼类提供洄游通道，改善了以往水工建筑物阻断河流生态连贯性的问题。

Description

一种W型石笼生态潜坝

技术领域：本实用新型主要涉及一种新型的W型石笼生态潜坝，是河道上修建的一种拦蓄浅水、鱼类洄游的生态型水工建筑物。W型石笼生态潜坝在枯水期拦河蓄水，使坝上游形成浅水面；丰水期过水，不影响河道排洪，同时潜坝坝面坡度缓、坡面导流道适合鱼类洄游，具有生态效应，属于生态治河技术领域。 

背景技术：随着人们对生态治河理念的深入理解，河道整治工程越来越趋向于生态化，注重景观工程，注重生态补偿及生态修复。以往许多水工建筑物不同程度的阻碍了河流的连通性，如大坝破坏了河流纵向的连续性，堤防破坏了河流侧向的连续性等，且许多建筑材料多采用混凝土、浆砌石，造成河道水流不畅，影响生态环境的连续性及天然性。 

实用新型内容：

实用新型目的：本实用新型提供一种W型石笼生态潜坝，其目的是解决以往的方式所存在的容易阻碍河流连通性的问题。 

技术方案： 

一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：该潜坝布置于河道河槽内，分为典型三段，即左滩地段、主河槽段和右滩地段；左滩地段和右滩地段的平面为平直形状，该潜坝主河槽段的平面呈“W”形，左滩地段及右滩地段的迎水面为垂直面，主河槽段的主河槽迎水面为斜坡面。 

主河槽迎水面的坡面坡比为1:2。 

主河槽段“W”形的两个凹进处形成两个深泓区，两个深泓区内形成深泓背水面，两个深泓区之间设置有与左滩地段及右滩地段方向一致的主河槽背水面，背水面为坡面结构，左滩地段的背水面及右滩地段的背水面均为坡面结构。 

深泓背水面、右滩背水面、主河槽背水面及左滩背水面的坡比分别为1:10、1:2、1:4和1:2。 

左滩地段及右滩地段的背水面为坡面，背水面的坡比为1:2，迎水面与背水面之间的坝体长为10m～40m。 

主河槽段的“W”形斜面与岸坡夹角在20°～30°。 

该潜坝的坝顶宽为0.5m，坝高为1m～2.5m。 

坝体底部1m为深埋部，坝体底部基础为石笼，基础末端设置成齿墙，齿墙尺寸为深度×厚度为50cm×50cm，齿墙下部设置20cm厚的砂垫层。 

潜坝的坝体由石笼构成，石笼网垫的铁丝采用8^#～12^#铁丝，铁丝构成双铰六角形柔性金属网，石笼网孔尺寸8×10cm、12×10cm或15×10cm，石笼隔片间距不大于1.0m。 

优点效果：本实用新型主要是针对我国北方地区城市段河道，在宽且顺直河段处修建一种新型的生态拦蓄型水工建筑物——W型石笼生态潜坝。该潜坝布置于河道河槽内，分为典型三段，即左滩地段、主河槽段和右滩地段；左滩地段和右滩地段的平面为平直形状，该潜坝主河槽段的平面呈“W”形，左滩地段及右滩地段的迎水面为垂直面，主河槽段的主河槽迎水面为斜坡面。北方地区的中、小河流多为季节性河道，河槽宽浅，河床宽广，汛期洪水源短流促，暴落暴涨；非汛期基流很小，甚至干涸，整个河道处于闲置状态。河道上修建W型石笼生态潜坝，其一是在河道上蓄水，形成生态水环境，为湿地工程创造水流条件。坝上游可种植水生植物，如芦苇、蒲草、千屈菜等，增加溶解氧含量、美化环境、净化水质，达到城市段河流的景观效果，同时通过局部壅水来减小水力坡度，使流速变小，降低水流冲刷能力，稳定河势；其二是解决了传统工 程措施对河道连续性的不良影响，致使水流在局部形成壅水、鱼类无法洄游。石笼生态潜坝坝体可过水，形成了悬浮物拦截沉淀区、水质净化湿地区以及自由表流湿地区，减缓水流流速，促进悬浮物沉降，通过种植水生植物来改善水质，保证了河流的营养物质输移、生物群落和信息流的连续性，同时为鱼类提供洄游通道，改善了以往水工建筑物阻断河流生态连贯性的问题；其三是改善了挡河建筑物柔性不足、刚性有余的现状，延长了建筑物的使用寿命。生态潜坝采用石笼筑坝，石笼垫属柔性、透水性结构，挠曲性较好，能适应比较大的河底不均匀沉陷，且耐冲刷及内外透水性良好，仅由格宾网(特点：抗老化，耐腐蚀)包裹，形成一个整体，增强了抗击洪水的能力，对基础的要求低，它与地面的接触面积大，稳定性较好，一般情况下，不需要开挖基础，无需导流、处理流沙等复杂的工序，大大减化了工序、节省了资金，易被普遍接受；其四，抬高河道的侵蚀基点，减小河道底坡，限制河道的进一步下切变深，与此同时增加水面，形成跌水，或呈现景观瀑布，丰富河流地貌形态。 

附图说明： 

图1为本实用新型的W型潜坝平面布置图； 

图2为本实用新型的Ⅰ-Ⅰ位置剖面图； 

图3为本实用新型的Ⅱ-Ⅱ位置剖面图。 

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型提供一种W型石笼生态潜坝，该潜坝布置于河道河槽内，分为典型三段，即左滩地段111、主河槽段222和右滩地段333；左滩地段111和右滩地段333的平面为平直形状，该潜坝主河槽段222的平面呈“W”形，左滩地段111及右滩地段333的迎水面7为垂直面，主河槽段222的主河槽迎水面2为斜坡面。 

主河槽迎水面2的坡面坡比为1:2。 

主河槽段222“W”形的两个凹进处形成两个深泓区666，两个深泓区666内形成深泓背水面3，两个深泓区666之间设置有与左滩地段111及右滩地段333方向一致的主河槽背水面5，背水面5为坡面结构，左滩地段111的背水面6及右滩地段333的背水面4均为坡面结构。 

深泓背水面3、右滩背水面4、主河槽背水面5及左滩背水面6的坡比分别为1:10、1:2、1:4和1:2。 

左滩地段111及右滩地段333的背水面8为坡面，背水面8的坡比为1:2，迎水面7与背水面8之间的坝体宽L为10m～40m。 

主河槽段222的“W”形斜面与岸坡444或555的夹角R在20°～30°。444为左岸坡线，555为右岸坡线。 

该潜坝的坝顶1宽为0.5m，坝高为1m～2.5m。 

坝体底部1m为深埋部，坝体底部基础为石笼，基础末端设置成齿墙777，齿墙尺寸为高×宽为50cm×50cm，齿墙777下部设置20cm厚的砂垫层。 

潜坝的坝体由石笼构成，石笼网垫的铁丝采用8^#～12^#铁丝，铁丝构成双铰六角形柔性金属网，石笼网孔尺寸8×10cm、12×10cm或15×10cm，石笼隔片间距不大于1.0m。图1中箭头方向为水流方向，A为河段下游，B为河段上游。 

本实用新型的W型石笼生态潜坝，河道枯水期蓄水，低水位时露出地面；丰水期高水位时淹没地下以辅助泄水，保证河道天然的连续性。 

(1)水流特性：本实用新型的W型石笼生态潜坝适合修建于河宽约50m～100m、水流流速为0.5m/s～6.5m/s流速的顺直河段上。石笼生态潜坝属透水结构，当水流流速超过2.5m/s时，石笼结构透水，坝体上下游、坝体内水流流态 复杂，在潜坝下游40m范围内存在明显的紊流场，且近坝区存在局部水流横向流动；40m以外河道流场相对简单，以河道流向为主，恢复为河道急流状态；此外，石笼潜坝下游40m范围内，河底冲刷效应减弱，高速水流集中在石笼坝顶高程之上。当过坝流速小于2.5m/s时，石笼生态潜坝透水效应不明显，水流以典型的堰流形式通过坝体，在坝下游20m范围内存在局部涡状流场，横向缓流效应不明显，下游河道流场基本稳定。 

(2)顺水流方向结构形式：本实用新型的W型石笼生态潜坝，结构形式独特，从平面看呈W型，根据辽宁省中小型河流已修建好的生态潜坝情况来看，坝体宽度约10m～30m为宜，在平滩高程位置以与岸坡夹角在20°～30°之间的方向从河岸向上游主槽延伸，但在l/4河道平滩宽度位置处开始向下游延伸，并逐渐抬高，形成两个深泓。W型生态潜坝的迎水坡坡比可以设定为1：2，背水坡坡比为1：10，考虑河流溢流能力，坝顶宽设定0.5m为宜。 

(3)垂直于水流方向结构形式：本实用新型的W型石笼生态潜坝，垂直于水流方向分三部分：左滩地段、主河槽段、右滩地段。滩地段长度根据规划河宽及河道滩地的天然条件视具体情况确定，一般为10m～25m。主河槽段，坝体宽度与主河槽相同，一般为10m～40m。滩地段迎水面与地面相垂直，背水坡坡比为1：2，坝顶宽0.5m，与主河槽段坝顶高程相同。 

(4)坝高确定：本实用新型的W型石笼生态潜坝，坝高确定，依据河底高程、枯水期水位、坝上游形成的水面宽度，保证河流的连续性，确定坝高约1m～2.5m。 

(5)块石直径：生态潜坝坝体采用石笼砌筑，根据冲刷公式确定埋深，基础也为石笼，基础末端设置成齿墙，齿墙尺寸为50cm×50cm，下部设置20cm厚的砂垫层。筑坝的块石直径应满足抗冲的要求，因不考虑块石之间的相互咬合， 故其抗冲能力相对较弱。考虑坝体的稳定性，可以计算单体石笼的抗冲能力，可按下式计算： 

$d=\frac{v^2}{C^{2}2g\frac{{\mathrm{\γ}}_s-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}}$

式中：d——为折算粒径，m，可按球形折算； 

v——为水流流速，m/s； 

g——为重力加速度，9.81m/s²； 

C——为石块运动的稳定系数，水平底坡C＝0.9，倾斜底坡C＝1.2； 

γ_s——为石块的重率，可取γ_s＝2.65kN/m³； 

γ——为水的重率，γ＝1kN/m³。 

石笼坝对石料的要求不高，除风化岩石外，一般石料均可使用，有80％的块石直径大于20cm就可以使用，块石直径越大，对坝体稳定就越好，可以就地取材。 

(6)石笼网垫：采用经表面防蚀处理的8#～12#铁丝，编织成双铰六角形柔性金属网，经剪裁、编边和组合后制成网笼金属网，绑扎成网垫结构并相互连接。石笼网孔尺寸多选用8×10cm、12×10cm、15×10cm，石笼网隔片间距不大于1m。 

(7)过坝水流冲刷深度：由于生态潜坝坝体采用石笼砌筑，且具透水性质，因此其过流能力验算及过坝水流冲刷验算较难确定。本次对过坝水流冲刷深度的计算，首先假设坝体常年运行后，坝体透水性可以忽略，即认为坝体处于不透水状态运行，同时假设石笼生态潜坝的过流能力计算符合宽顶堰过流特征，相关公式依据《水力学》相关公式计算确定。经计算，在河道中设置生态潜坝，上游来水流速设为1m/s、2.8m/s时，计算得出河底流速范围为0.5～1m/s左右， 对河底冲刷影响很小。根据《河道整治设计规范》，在潜坝上下游作护底工程即可。依据不同流量过流计算成果，确定潜坝上游护底长度取坝高的1.5倍，下游护底长度取坝高的3～8倍。 

本实用新型是针对北方季节性河流城市段设计的一种生态拦蓄型水工建筑物，在潜坝结构设计时考虑了鱼类洄游的需要，充分体现了河道整治设计中生态治河的理念，顺应了河道的自然演变，为河流生物的多样性创造条件。 

本实用新型的W型石笼生态潜坝，形状独特新颖，在我国北方季节性河流城市段河道首次设计施工，具有如下优点： 

(1)在河道水流控制方面，可以截留河道的枯水流量，利用较小的流量形成一定的水面，而在汛期能增强河床的抗冲能力，防止河道深切，起到治河防冲的作用； 

(2)在河道治污方面，可以将河道的污物聚集，部分有机物污染可以通过植物措施分解，提高了河道纳污治污的能力； 

(3)在河道生态建设方面，潜坝增加了水面面积，形成了水生植物所需的生存环境，水生动物也拥有栖息繁衍的环境，进而对修复河道湿生环境起到积极作用。 

(4)在潜坝工程施工方面，相比其它河道上修建的挡水建筑物，石笼生态潜坝的施工工艺简单，地基不需要做防渗处理，施工材料为石笼，造价低，投资小。 

本实用新型的W型石笼生态潜坝生态效益显著，潜坝上游可种植水生植物，美化环境，净化了水质；一些鸟类可在坝面上栖息；坝下游形成两个深泓，为鱼类提供休息场所，有利于鱼的洄游。生态潜坝的修建有利于生态环境的恢复，最大程度的维持了河道的生态平衡。人文效益，W型石笼生态潜坝，形式独特新 颖，具有景观欣赏价值，同时为水上娱乐创造良好的水流条件。 

施工方法 

本实用新型的W型石笼生态潜坝多在枯水期或河道内水深小于1m时施工，工期多为1个月。地基开挖深度为1.2m，因石笼生态潜坝坝体可过水，所以地基不需要做防渗处理，只需要在建坝处河床底高程以下开挖1.2m，满足生态潜坝的埋深要求。 

组装：石笼安装好，边缘对齐，隔片装好，组装网垫时，组合体网垫的间隔网片与网身应呈90°相交后，才可进入绑扎、组装网垫工序。 

连接：网箱在施工填充料前，在网箱外露面绑扎竹竿、木棒、钢管或木板等，待填充料施工结束后拆除，以保证箱体整齐、平整。 

绑扎：用螺旋丝固定边丝，每隔8～15cm双螺旋一次。螺旋丝直径为2.0mm。边丝必须紧贴在一起。 

整形：检查尺寸，为填充石块做准备。 

填充：人工填充，网箱填充料块石粒径应控制在20～30cm的占80％以上，其余为级配好的碎石。 

实施例子 

大凌河北票凉水河段河道综合治理一期工程，为加强河道生态建设，实验性的建设本实用新型的W型石笼生态潜坝。 

生态潜坝修建于河宽61.5m、水流流速为3.5m/s的凉水河顺直河段上。沿水流方向坝体长10.61m，在平滩高程位置以与岸坡夹角在30°的方向从河岸向上游主槽延伸。垂直水流方向，左滩地段长20m，主河槽段长17.5m，右滩地段长20m，本实用新型的W型石笼生态潜坝的主河槽段迎水坡坡比为1:2，背水坡坡比为1:10，滩地段迎水坡垂直，背水坡坡比为1:2，坝顶宽0.5m。河床底高程 127.20m，附近湿地的淹没范围为7690m²，允许的淹没高程为128.30m，故坝高为1.1m。生态潜坝坝体采用石笼砌筑，埋深1m，基础也为石笼，基础末端设置成齿墙，齿墙尺寸为50cm×50cm，下部设置20cm厚的砂垫层。 

此河段处水流流速为2.5m/s，块石比重值初步选择25KN/cm³，故块石的最小直径D_min＝26cm，则施工中干砌石的粒径控制在25～60cm之间；石笼网垫，采用经表面防蚀处理的8#铁丝，石笼网孔尺寸选用12cm×10cm。 

本实用新型从生态治河的理念出发，考虑河道的天然特性，弥补以往水工建筑物的不足，设计了体现生态效应的本实用新型的W型石笼生态潜坝。在城市河流段实施，有利于创建景观工程，美化环境，是城市河道整治、生态治理的有效措施。此类生态潜坝在枯水期可拦蓄河水形成水面，有利于水生植物生长，为水生动物提供了栖息场所，体现了河道生物的多样性。丰水期，本实用新型的W型石笼生态潜坝可过水，提高了河道的行洪能力，同时为鱼类提供洄游通道，改善了以往水工建筑物阻断河流生态连贯性的问题。 

Claims (9)

1.一种W型石笼生态潜坝，其特征在于： 该潜坝布置于河道河槽内，分为典型三段，即左滩地段（111）、主河槽段（222）和右滩地段（333）；左滩地段（111）和右滩地段（333）的平面为平直形状，该潜坝主河槽段（222）的平面呈“W”形，左滩地段（111）及右滩地段（333）的迎水面（7）为垂直面，主河槽段（222）的主河槽迎水面（2）为斜坡面。

2.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：主河槽迎水面（2）的坡面坡比为1:2。

3.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：主河槽段（222）“W”形的两个凹进处形成两个深泓区（666），两个深泓区（666）内形成深泓背水面（3），两个深泓区（666）之间设置有与左滩地段（111）及右滩地段（333）方向一致的主河槽背水面（5），背水面（5）为坡面结构，左滩地段（111）的背水面（6）及右滩地段（333）的背水面（4）均为坡面结构。

4.根据权利要求3所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：深泓背水面（3）、右滩背水面（4）、主河槽背水面（5）及左滩背水面（6）的坡比分别为1:10、1:2、1:4和1:2。

5.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：左滩地段（111）及右滩地段（333）的背水面（8）为坡面，背水面（8）的坡比为1:2，迎水面（7）与背水面（8）之间的坝体长为10m～40m。

6.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：主河槽段（222）的“W”形斜面与岸坡夹角在20°～30°。

7.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：该潜坝的坝顶（1）宽为0.5m，坝高为1m～2.5m。

8.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：坝体底部1m为深埋部，坝体底部基础为石笼，基础末端设置成齿墙（777），齿墙尺寸为深度×厚度为50cm×50cm，齿墙（777）下部设置20cm厚的砂垫层。

9.根据权利要求1所述的一种W型石笼生态潜坝，其特征在于：潜坝的坝体由石笼构成，石笼网垫的铁丝采用8^#～12^#铁丝，铁丝构成双铰六角形柔性金属网，石笼网孔尺寸8×10cm、12×10cm或15×10cm，石笼隔片间距不大于1.0m。