CN208717853U - 用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，所述构造具有沿水流方向人工构建的多个深潭浅滩序列，所述深潭浅滩序列包括拆除河道底部的硬质材料形成的深潭以及将所拆除的废弃硬质材料作为底质的浅滩，所述浅滩和深潭交错布置。该河道构造中构建深潭浅滩序列，从而使河道蜿蜒度增加，为鱼类等水生植物创造适宜的栖息地条件和避难场所，增加或修复河道结构的复杂度和水利条件多样性，维护河道的稳定，保护河流的生态系统。

Description

用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造

技术领域

本实用新型涉及生态型河道技术领域，特别涉及一种用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造。

背景技术

渠化河道以防洪为目的开展的河道整治，对河道的平面形态进行了改造，将河道形态直线化，河道取直，硬化河堤河底等，即将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线型和河床材料的硬质化。但是这种渠化河道改变了急流与缓流相间、深潭浅滩交错的格局，造成生境的异质性降低，底栖生物生存环境变化，生物多样性减少，不利于生态型河道的建设。

特别是直线式的渠化河道，改变了河道中底栖生物的环境。随着社会和环保意识的发展，人们逐渐认识到需要建设环境友好型社会，需要建设人与自然和谐共生的社会形态，使得人类的生产和消费活动与自然生态系统协调可持续发展。

为了获得生态系统的协调可持续发展，应将渠化河流恢复成蜿蜒性河流。蜿蜒性河流包含有多种空间异质性的地貌单元，对于稳定河流物理结构和维持生态系统具有重要意义。在欧洲有人建议将已经渠化顺直河道的护岸拆除，使河流恢复自然弯曲轮廓，在美国也有将已经裁弯取直的河道重新恢复弯曲外形的先例，但拆除护岸无疑会造成人员、资金、资源、时间等的浪费。在现有技术中上没有一种成熟的技术方案来实现对于直线式渠化河道的平面蜿蜒形态的有效修复。

实用新型内容

为解决或缓解上述问题，本实用新型提供了一种用于修复直线式渠化河道的平面蜿蜒形态的河道构造，河道构造具有沿水流方向人工构建的多个深潭浅滩序列，深潭浅滩序列包括拆除河道底部的硬质材料形成的深潭以及将所拆除的废弃硬质材料作为底质的浅滩，浅滩和深潭交错布置。

在根据本实用新型的一个实施方式的河道构造中，深潭—深潭或浅滩-浅滩的间距可以是发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍。

可选地，在根据本实用新型的河道构造的另一个实施方式中，深潭-浅滩序列的间距可以根据如下的计算公式来确定。

式中，L_r为沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离，以米为单位；d为河床材料颗粒的直径，以毫米为单位；下标r和p分别为浅滩和深潭的材料；ω为河流平均宽度，以米为单位；S为河段平均坡降，根据所确定的深潭中心位置，按照深潭-浅滩序列间距确定下一个深潭中心位置，并以二者距离的中心处作为浅滩位置。

进一步优选地，在根据本实用新型的河道结构中，浅滩的底质基础上可以铺设有卵石或块石；深潭的底质基础为砂砾石；深潭的截面为大致平缓的弧线；河道构造沿水流方向具有河道坡降；浅滩至上一级深潭的坡面为上游面，浅滩至下一级深潭的坡面为下游面。优选地，上游面的坡度为1:4，下游面的坡度为1:10～1：20。

进一步优选地，根据本实用新型的河道结构，所述浅滩的高度为河道纵比降之上30cm，所述深潭的高度为河道纵比降之下30cm。

进一步优选地，所述浅滩的下游面上铺设有土工布反滤层。

进一步优选地，在所述下游面上靠近所述浅滩最高处位置，沿所述河道构造的宽度方向，间隔15～25cm布置一组所述卵石或块石，以形成低流速的鱼道。

进一步优选地，所述砂砾石的粒径小于所述卵石或块石的粒径。

进一步优选地，所述浅滩-浅滩的顶高程的连续坡度与所述河道坡降一致。

进一步优选地，在河道构造的水深大于30cm的情况下，所述深潭比上一级或下一级的所述浅滩的断面窄25％。

本实用新型的用于修复直线式渠化河道的平面蜿蜒形态的河道构造人工构建多个深潭浅滩序列，从而使河道蜿蜒度增加，为鱼类等水生植物创造适宜的栖息地条件和避难场所，增加或修复河道结构的复杂度和水利条件多样性，维护河道的稳定，保护河流的生态系统。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出蜿蜒型河道发育过程的示意图；

图2为本实用新型河道构造的深潭浅滩序列的纵剖面示意图；

图3为本实用新型河道构造的浅滩的纵剖面示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本实用新型的目的在于提供用于修复直线式渠化河道的平面蜿蜒形态的河道构造，该河道构造基于构建的多个深潭浅滩序列，可使之前被人工渠化的河道最终恢复成自然的蜿蜒形态，或使渠化河道获得更佳的生态稳定性，为生物多样性提供自然基础。

本实用新型中河道构造具有沿水流方向人工构建的多个深潭浅滩序列10，深潭浅滩序列10包括拆除河道底部的废弃硬质材料形成的深潭12以及将所拆除的硬质材料作为底质的浅滩11，浅滩11和深潭12高度不同，交错布置。

浅滩11的底质基础上铺设有卵石或块石；深潭12的底质基础为砂砾石，优选地，砂砾石的粒径小于卵石或块石的粒径。深潭12的截面为大致平缓的弧线。优选地，河道构造沿水流方向具有河道坡降，以便水流通畅。浅滩11至上一级深潭12的坡面为上游面，浅滩11至下一级深潭12的坡面为下游面。进一步优选地，上游面的坡度为1:4，下游面的坡度为1:10～1：20。

进一步优选地，浅滩-浅滩的顶高程的连续坡度与河道坡降一致。

浅滩11的高度为河道纵比降之上30cm，深潭12的高度为河道纵比降之下30cm。

为防止下部河床材料产生冲刷，可在浅滩11的下游面上铺设一层土工布反滤层。

在下游面上靠近浅滩11最高处位置，沿河道构造的宽度方向，间隔15～25cm布置一组卵石或块石，以形成低流速的鱼道。

在河道构造的水深大于30cm的情况下，深潭比上一级或下一级的浅滩的断面窄25％。

该河道构造中构建深潭浅滩序列，从而使河道蜿蜒度增加，为鱼类等水生植物创造适宜的栖息地条件和避难场所，增加或修复河道结构的复杂度和水利条件多样性，维护河道的稳定，保护河流的生态系统。

具体实施时，首先需确认渠化河道的深潭中心位置。天然河流的深潭中心位置(最深处)一般位于弯曲顶点的下游，本实用新型的河道构造的河流形态多样性构造应当模拟天然河流的性质，深潭位置可以应用深槽偏移比来确定，即弯曲顶点与最大冲刷深度位置之间的河流长度与弯曲顶点与下游拐点之间的河流长度之比。可根据公式(1)计算深槽偏移比。

Z_a-p/Z_a-i＝0.36±u (1)

式中：u为同一位置下(蜿蜒段)置信度变化引起的偏差；

Z_a-p为弯曲顶点与最大冲刷深度位置之间的河流长度；

Z_a-i为弯曲顶点与下游拐点之间的河流长度。

根据公式(1)即可确定深潭中心的位置。

其次，需确定深潭浅滩序列或深潭—深潭或浅滩—浅滩的间距。

本实用新型中渠化河道适宜的深潭—深潭或浅滩—浅滩间距是发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍，也可根据给出了下面的回归公式(2)进行深潭浅滩序列的间距确定：

式中：L_r为沿河流两个浅滩之间的距离(m)，一般情况下，近似为弯曲河流的弧长；

d为河床材料颗粒的直径(mm)，下标r和p分别为浅滩和深潭的材料；

ω为河流平均宽度(m)；

S为河段平均坡降。

根据确定的深潭中心位置，按照深潭浅滩序列间距确定下一个深潭的中心位置，并以二者距离的中心处作为浅滩位置。

再次，可构建本实用新型中的浅滩和深潭的底质基础。

本实用新型的河道构造可以拆除深潭位置处的混凝土结构等硬质材料，将其移至到浅滩，作为浅滩的底质材料。此外，浅滩在放置拆除材料的基础上再放置一层粗糙、密实的卵石，深潭的河床可放置一些松散的砂砾石。块石粒径可以根据公式(3)确定：

式中：D_c砂是特征粒径(通常D_c＝D₅₀，表示块石平均粒径)；

U_b为河床的底部流速；

g为重力加速度；

γ_s为块石容重；

γ_w为水容重；

△＝(γ_s—γ_w)/γ_w；

对于部分埋藏在河床的块石φ＝1.4，露出在外的块石φ＝0.7。

一般在浅滩处布设粒径大于特征粒径D_c的卵石和块石，并将特征小于D_c的剩余河床材料铺设在深潭处，取D_c＝D₅₀。深潭的底质基础砂砾石的粒径小于浅滩的底质基础卵石或块石的粒径。

本实用新型中的河道构造根据公式(1)确定深潭位置，根据公式(2)或5～7倍河宽公式确定浅滩位置。即潭—深潭或浅滩-浅滩的间距是发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍。在施工构造时，可在现有已经渠化的河道，开挖深潭位置的混凝土等硬质材料，将其移至浅滩位置处，作为底质基础。

依据设计河段的河道纵比降，在浅滩位置处布置高度约30cm的浅滩结构，顶高程的连线坡度应与河道坡降一致。

在拆除硬质材料的基础上，在顶面铺一层粒径大于中值粒径D₅₀的块石，满足抗冲稳定性要求，下游面较大拆除物之间间距约20cm，以便形成低流速的鱼道。为防止下部河床材料产生冲刷，可设置一层土工布反滤层，并兼有垫层作用。

浅滩至上一级深潭的坡面为上游面，浅滩至下一级深潭的坡面为下游面。优选地，浅滩上游面坡度为1:4，下游面坡度为1:10～1：20，以保证鱼类能够顺利通过。

深潭结构的深度低于河道纵比降30cm，以小大于中值粒径D₅₀的砂砾石为底质进行深潭结构的铺设。在水深大于0.3m的所有流量条件下，比相关联的浅滩断面窄25％，可通过自然水文过程的冲淤平衡实现深潭-浅滩结构的调整。

本实用新型的河道构造以构建深潭浅滩序列为基础，结合人工渠化河道原有形态，通过河相统计关系和经验公式确定河道内深潭浅滩序列的间距和个数，基于确定的间距和位置，开挖深潭位置处的混凝土等硬质材料，将其拆除的废弃硬质材料移至到浅滩处，作为浅滩底质，以此类推，构建深潭浅滩序列，从而形成平面蜿蜒形态的河道。

与常规的河道治理相比，本实用新型的河道构造可获得的有益效果至少包括：

1.维持河道稳定性；

2.维持生态系统的平衡；

3.增加地貌多样性；

4.为生物多样性提供自然基础；

5.丰富河流自然景观。

结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，所述河道构造具有沿水流方向人工构建的多个深潭浅滩序列，所述深潭浅滩序列包括拆除河道底部的硬质材料形成的深潭以及将所拆除的废弃硬质材料作为底质的浅滩，所述浅滩和深潭交错布置。

2.根据权利要求1所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，深潭—深潭或浅滩-浅滩的间距是发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍。

3.根据权利要求1所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，所述深潭-浅滩序列的间距根据以下公式确定：

式中，L_r为沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离，以米为单位；d为河床材料颗粒的直径，以毫米为单位；下标r和p分别为浅滩和深潭的材料；ω为河流平均宽度，以米为单位；S为河段平均坡降，根据所确定的深潭中心位置，按照深潭-浅滩序列间距确定下一个深潭中心位置，并以二者距离的中心处作为浅滩位置。

4.根据权利要求3所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，所述浅滩的底质基础上铺设有卵石或块石；所述深潭的底质基础为砂砾石；所述深潭的截面为大致平缓的弧线；

所述河道构造沿水流方向具有河道坡降；

所述浅滩至上一级所述深潭的坡面为上游面，所述浅滩至下一级深潭的坡面为下游面；

所述上游面的坡度为1:4，所述下游面的坡度为1:10～1：20。

5.根据权利要求4所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，

所述浅滩的高度为河道纵比降之上30cm，所述深潭的高度为河道纵比降之下30cm。

6.根据权利要求4所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，

所述浅滩的下游面上铺设有土工布反滤层。

7.根据权利要求4所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，

在所述下游面上靠近所述浅滩最高处位置，沿所述河道构造的宽度方向，间隔15～25cm布置一组所述卵石或块石，以形成低流速的鱼道。

8.根据权利要求4所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，

所述砂砾石的粒径小于所述卵石或块石的粒径。

9.根据权利要求3所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，

所述浅滩-浅滩的顶高程的连续坡度与所述河道坡降一致。

10.根据权利要求4所述的用于修复直线式渠化河道的自适应式平面蜿蜒形态构造，其特征在于，

在所述河道构造的水深大于30cm的情况下，所述深潭比上一级或下一级的所述浅滩的断面窄25％。