适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，包括拦水坝本体，其包括迎水面、背水面、顶面和底面。该顶面为水平面，该迎水面垂直于顶面，该背水面为阶梯型且包括沿顶面依次连接设置的一级过渡台阶和至少一级标准台阶；该标准台阶高宽比为0.6～0.7，过渡台阶高度与标准台阶高度相同，该过渡台阶高宽比为标准台阶高宽比的三分之二；坝体左端和河道左岸边接触，河道右岸设计一个长度为河道宽度10%～15%的开口。本实用新型的特点在于在满足传统河道治理基础上综合考虑生态和景观效益，增强城市整体功能，促进城市可持续发展，改善维护城市良好生态环境。
【专利说明】适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及拦水坝修建【技术领域】，特别涉及一种适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝。
【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也日益增高。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。传统的河道整治以防洪排涝为主，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，以及尚未考虑城市河道的景观性问题。
[0003]在城市河道整治中，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了变化，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。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。为了满足鱼类的过坝要求，在汛期能实现输沙，常常在坝底设计了鱼孔。但是，鱼孔一般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。
[0004]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，开展兼顾河道生态和河道景观问题，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。
[0005]综上所述，提供一种在满足传统河道治理的基础上能够同时改善和维护城市良好的生态环境的拦河建筑物，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
[0006]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
[0007]本实用新型要解决的问题是提供一种在满足传统河道治理的基础上能够同时改善城市良好的生态环境和形成河道景观的拦河建筑物。
[0008]为了解决上述问题，本实用新型提供一种适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝。所述适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，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，其特征在于，所述顶面为水平面；
[0009]所述迎水面为一个垂直所述顶面的平面，所述迎水面的高度为拦水坝本体的高度H；
[0010]所述背水面为阶梯型，包括沿顶面依次连接设置的一级过渡台阶和至少一级标准台阶；
[0011]所述标准台阶的高度h和宽度b的比为0.6?0.7 ;
[0012]所述过渡台阶的高度h0与所述标准台阶的高度h相同；
[0013]所述过渡台阶的高度h0和宽度b0的比为所述标准台阶的高度h和宽度b的比的
三分之二。
[0014]优选地，所述标准台阶的级数N=(H_hO)/h，其中，H为拦水坝本体的高度，h0为过渡台阶的高度，h为标准台阶的高度，所述标准台阶的级数N大于5。
[0015]优选地，所述顶面的宽度BO为过渡台阶的宽度b0的1.1?1.2倍。
[0016]优选地，所述底面的宽度B由以下公式计算得出:B=B0+b0+ (N-1) *b，其中，BO为顶面的宽度，b0为过渡台阶的宽度，b为标准台阶的宽度，N为标准台阶的级数。
[0017]优选地，所述顶面与所述背水面之间的坡度i=H/B，其中，H为拦水坝本体的高度，B为底面的宽度，坡度i的值为0.5?I。
[0018]优选地，所述拦水坝本体的长度LI为河道宽度L的85%?90%，并且，所述拦水坝本体的一端与河道的一个岸边接触。根据设计洪水位，下游河床质的防冲能力等，利用计算机数值模拟技术或者模型试验，选取开口长度LO为河道宽度L的10%?15%进行比较，最终确定较优的开口长度。
[0019]本实用新型的有益效果是:本实用新型提供的一种适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其背水面的阶梯型设计，一方面对水流的消能效果较佳，最大消能率高达71%。另一方面可形成跌水景观，冲击人们视觉；同时，坝体的右岸设计有开口，使得拦水坝开口一岸水深的变化与河道左岸附近的水深变化相比要相对的滞后，恢复了河流在空间上的联通性，有利于河道的流动水补给，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；此外，在坝体前能形成多级流速区域，进而适应了河道中不同水生物的生存。本实用新型的坝体体型施工简单，且兼顾了阶梯型拦河坝的景观效益，并在一定程度上解决了河道中的生态环境治理问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为根据本实用新型的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝的俯视图。
[0021]图2为根据本实用新型的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝的纵剖面图。
[0022]图3为根据本实用新型实施例1的适用于城市河道的无开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上水深分布图。
[0023]图4为根据本实用新型实施例2的适用于城市河道的开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上水深分布图。
[0024]图5为根据本实用新型实施例3的适用于城市河道的无开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上水深分布图。[0025]图6为根据本实用新型实施例4的适用于城市河道的开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上水深分布图。
[0026]图7为根据本实用新型实施例1的适用于城市河道的无开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上流速分布图。
[0027]图8为根据本实用新型实施例2的适用于城市河道的开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上流速分布图。
[0028]图9为根据本实用新型实施例3的适用于城市河道的无开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上流速分布图。
[0029]图10根据为本实用新型实施例4的适用于城市河道的开口阶梯型生态景观拦水坝在某工况下坝前横断面上流速分布图。
[0030]主要部件符号说明:
[0031]I 迎水面L 河道宽度
[0032]2 背水面LI挡水坝长度
[0033]3 挡水坝本体 LO开口长度
[0034]4 顶面H 挡水坝本体高度
[0035]5 底面BO顶面宽度
[0036]6 过渡台阶 B 底面宽度
[0037]7 标准台阶 h0过渡台阶高度
[0038]b0过渡台阶宽度h 标准台阶高度
[0039]b 标准台阶宽度。
【具体实施方式】
[0040]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0041]请参阅图1和图2所示，本实用新型提供一种适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，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。需要说明的是在图1中，沿着单向箭头方向规定单向箭头的左边为河道左岸，单向箭头的右边为河道右岸。
[0042]顶面4为水平面，底面5为沿河道铺设的水平面。迎水面I为一个垂直顶面4的平面，所述背水面2为阶梯型斜面，顶面4与背水面2之间的坡度i=H/B(公式1)，其中H为拦水坝本体3的高度，B为底面5的宽度，坡度i的值为0.5~I。
[0043]背水面2包括沿顶面4依次连接设置的一级过渡台阶6和至少一级标准台阶7，标准台阶7的高度h和宽度b的比为0.6~0.7，过渡台阶6的高度h0与标准台阶7的高度h相同，过渡台阶6的高度h0和宽度b0的比为所述标准台阶7的高度h和宽度b的比的三分之二。标准台阶7的级数N= (H-h0) /h (公式2)，其中，H为拦水坝本体3的高度，h0为过渡台阶6的高度，h为标准台阶7的高度，并且当标准台阶7的级数N大于5时，该拦水坝可以起到更好的效果。[0044]顶面4的宽度BO为过渡台阶6的宽度b0的1.1~1.2倍，底面5的宽度B由以下公式计算得出:B=BO+bO+ (N-1) *b (公式3)，其中，BO为顶面4的宽度，bO为过渡台阶6的宽度，b为标准台阶7的宽度，N为标准台阶7的级数。
[0045]拦水坝的长度LI为河道宽度L的85%?90%，并且，所述拦水坝的一端与所述河道的一个岸边接触。根据设计洪水位，下游河床质的防冲能力等，利用计算机数值模拟技术或者模型试验，选取开口长度LO为河道宽度L的10%?15%进行比较，最终确定较优的开口长度。
[0046]下面通过实施例详细论述本实用新型的具体技术方案。
[0047]在本实用新型的实施例1中，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为32.4m以及拦水坝本体高度H为3.2m。
[0048]然后，构建标准台阶7的高度h，并对每级标准台阶7的宽度b进行计算，使标准台阶7的高宽比在0.6?0.7之间；同时，设定过渡台阶6的高度h0等于标准台阶7的高度h，过渡台阶6的高宽比为所述标准台阶7的高宽比的三分之二，从而设定过渡台阶6的宽度bO ;标准台阶7的级数N= (H-hO) /h,且标准台阶7的级数N大于5。
[0049]设定每级标准台阶7的高度h为0.4m,宽度b为0.6m。此时，标准台阶7的高宽比为0.67。而过渡台阶6的级数为1，过渡台阶6的高度h0与标准台阶7的高度h相等，均为0.4m。标准台阶7的级数N由坝高H以及标准台阶7高度h决定，通过前述公式2计算得出级数N为7。
[0050]接着，构建顶面4的宽度BO为过渡台阶6的宽度bO的1.1?1.2倍，而底面5的宽度B=B0+b0+ (N-1) *b，并且，所述顶面4与所述背水面2之间的坡度i为0.5?I。
[0051]由过渡台阶6满足其高宽比为标准台阶7的高宽比的三分之二可计算出过渡台阶6的宽度bO为0.9m。当过渡台阶6的宽度bO确定后，坝身顶部4宽度BO取过渡台阶6的宽度bO的1.1?1.2倍，则坝身顶部4宽度BO为0.99m?1.08m。在该实施例1中，选取坝身顶面4宽度B0=lm，而通过前述公式I和公式3计算得到坝身底部5宽度B为5.5m且坝面坡度i为0.582。
[0052]最后，构建拦水坝的长度，拦水坝的长度为河道宽度32.4m，从而，修建得到适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其在某工况下坝前水深分布图如图3所示，其在某工况下坝前流速分布图如图7所示。
[0053]在本实用新型的实施例2中的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝结构与修建方法与实施例1基本相同，不同之处在于:拦水坝的长度LI为河道宽度L的85%?90%,即坝体左岸与河道左岸接触,坝体右岸为一开口，其开口的宽度LO为河道宽度L的10% ?15%。
[0054]根据设计洪水位，下游河床质的防冲能力等，利用计算机数值模拟技术，在河道位置宽度L的10%?15%中选几个开口长度LO进行比较，最终确定较优的开口长度LO为河道宽度的12%，即得出LO为3.9m。通过Ll=L-LO(公式4)计算得出拦水坝的长度LI为28.5m。
[0055]本实施例2的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其在某工况下坝前水深分布图如图4所示，其在某工况下坝前流速分布图如图8所示。
[0056]实施例2与实施例1中修建的阶梯型生态景观拦水坝相比，坝前壅水减小不大，坝前壅水比较如表I所示，可以满足蓄水要求。[0057]表1:不同来水工况下不同种类坝型上游壅水量(m3)
[0058]
【权利要求】
1.一种适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，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，所述顶面(4)为水平面； 所述迎水面(I)为一个垂直所述顶面(4)的平面，所述迎水面(I)的高度为拦水坝本体(3)的高度(H)； 所述背水面(2)为阶梯型，包括沿顶面(4)依次连接设置的一级过渡台阶(6)和至少一级标准台阶(7); 所述标准台阶(7)的高度(h)和宽度(b)的比为0.6~0.7 ; 所述过渡台阶(6)的高度(h0)与所述标准台阶(7)的高度(h)相同； 所述过渡台阶(6)的高度(h0)和宽度(b0)的比为所述标准台阶(7)的高度(h)和宽度(b)的比的三分之二。
2.根据权利要求1所述的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其特征在于，所述标准台阶(7)的级数N=(H-hO)/h，其中，H为拦水坝本体(3)的高度，h0为过渡台阶(6)的高度，h为标准台阶(7)的高度，所述标准台阶(7)的级数N大于5。
3.根据权利要求1所述的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其特征在于，所述顶面(4)的宽度(BO)为过渡台阶(6)的宽度(b0)的1.1~1.2倍。
4.根据权利要求3所述的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其特征在于，所述底面(5)的宽度(B)由以下公式计算得出:
B=B0+b0+ (N-1) *b，` 其中，B为底面(5)的宽度,BO为顶面(4)的宽度，b0为过渡台阶(6)的宽度，b为标准台阶(7)的宽度，N为标准台阶(7)的级数。
5.根据权利要求1所述的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其特征在于，所述顶面(4)与所述背水面(2)之间的坡度i=H/B，其中，H为拦水坝本体(3)的高度，B为底面(5)的宽度，坡度i的值为0.5~I。
6.根据权利要求1所述的适用于城市河道的阶梯型生态景观拦水坝，其特征在于，所述拦水坝本体(3)的长度(LI)为河道宽度(L)的85%~90%，并且，所述拦水坝本体(3)的一端与河道的一个岸边接触。
【文档编号】E02B3/10GK203383184SQ201320335689
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年6月9日 优先权日:2013年6月9日
【发明者】戴会超, 张鸿清, 楼益龙, 柯云 申请人:中国长江三峡集团公司