感潮河段间错压脚束形生态河道的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种感潮河段间错压脚束形生态河道，包括由两侧堤岸围成的河道本体，所述河道本体上设有若干抛石压脚堆，所述各抛石压脚堆沿堤岸方向间错布置，使河道本体内形成“S”型的河槽。本发明通过河道本体内间错布置的抛石压脚堆，可达到在小流量，特别是感潮河段、往复潮流工况下，把河槽束窄成“S”型，加大河槽流速及水深，丰富水流流态，提供更多样的堤岸脚动植物栖息环境，改善河道生态景观效果。本发明可应用于小流量工况下的河流整治。
【专利说明】感潮河段间错压脚束形生态河道
【技术领域】
[0001]本发明涉及河道整治，特别是涉及一种小流量工况下的感潮河段间错压脚束形生态河道。
【背景技术】
[0002]压脚是河道整治设计中防止堤脚淘刷、保障堤岸安全的重要措施，目前公知的压脚为抛石压脚，亦称为抛石压脚带，沿堤岸脚呈带状分布。抛石压脚带分为平河床和高河床两种基本形式，各有其适用性和局限性。
[0003](I)平河床抛石压脚带:其抛石面与河床高程一致，抛石呈连续扁平带状设置于堤岸脚，尺寸根据堤岸条件而定，通常厚度0.5?1.0m,宽度1.5?2.5m，抛石带后抵堤岸挡墙脚。由于抛石面与设计河床等高，本压脚方式在起到防止洪水对堤岸脚淘刷、防止堤脚凌空、压重堤脚防滑移等功能的情况下，对水流无阻碍，但由于堤脚水流流速慢，往往在堤脚抛石带上形成淤泥岸滩，覆盖抛石带，小流量工况下，水流呈浅碟状在河床中部流动，景观单调，水深浅，流速慢，流态单一，抛石带浸没与水面之下，与外界水体交换量较小，故其生态景观效果差。
[0004](2)高河床抛石压脚带:在部分地质条件较差的河段，特别是在利用旧堤岸结构加固改造的情况下，由于顾忌开挖堤脚再抛石工法，可能损害堤岸安全，往往直接沿堤脚抛石或者干砌石形成连续带状压脚。该方法虽然增加了堤岸脚配重，但存在小流量下，水流被束窄成近于直线状在河床中部流动，枯水时景观单调，加之水流流程短，流态单一，此外，抛石间缝隙过大，对水体无过滤净化功能，故其生态景观效果差。
【发明内容】
[0005]为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种改善河道生态景观效果的感潮河段间错压脚束形生态河道。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
一种感潮河段间错压脚束形生态河道，包括由两侧堤岸围成的河道本体，所述河道本体上设有若干抛石压脚堆，所述各抛石压脚堆沿堤岸方向间错布置，使河道本体内形成“ S ”型的河槽。该河道的结构除了在保障堤岸压脚防水流淘刷、配重防滑移基本功能的情况下，摒弃传统抛石压脚连续带状布置的思维，在堤岸间采用间错式抛石压脚堆，使得小流量工况下，水流沿间错的抛石压脚堆间呈舒缓的“S”形蜿蜒流动，流程得以加长，流速加快，从而刷深了中部河槽，形成“S”形河槽。水流在“S”形河槽中不断改变方向，流态更加丰富。而抛石压脚堆间的堤脚则由于水流速度低，在压脚堆与堤脚间形成近于三角形的淤积区，大部分时间浸于水下的淤积区与水下河槽及间断出露的抛石堆共同形成生态丰富的河道，较之连续的抛石压脚带，可形成更丰富的动植物栖息环境。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进，所述每个抛石压脚堆顺堤岸方向布置长度为堤岸高的0.5?2倍。[0008]作为上述技术方案的进一步改进，所述同侧堤岸相邻的抛石压脚堆间距为1.5?3倍堤岸闻。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进，所述每个抛石压脚堆垂直堤岸的宽度为河道本体宽度的1/4?1/3。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述抛石压脚堆高于河道的低潮位。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进，所述抛石压脚堆顶高程低于河道平均高潮水位的 10 ?20cm。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，所述抛石压脚堆的抛石缝隙填充砂性土。由于在感潮河段，河道水位每天在高潮位和低潮位间往复循环升降，对束窄的“S”形河道不断进行冲刷的同时，间错式的抛石压脚堆会不断浸没和出露于水面，压脚堆中填充砂性土后，砂性土中的孔隙会在不断涨潮浸没时吸收水，落潮出露时缓慢渗出水，起到过滤功能；同时砂性土的填充还可增加抛石压脚堆的重量，利于进一步增强堤岸稳定性。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进，所述砂性土的渗透系数介于I?5m/d。
[0014]本发明的有益效果是:本发明通过河道本体内间错布置的抛石压脚堆，可达到在小流量，特别是感潮河段、往复潮流工况下，把河槽束窄成舒缓的“S”形，加大河槽流速及水深，丰富水流流态，提供更多样的堤岸脚动植物栖息环境，改善河道生态景观效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
[0016]图1是本发明的平面布置图；
图2是图1中的A向剖面图；
图3是图1中的B向剖面图。
[0017]图中，I为堤岸，2为抛石压脚堆，3为砂性土，4为平均高潮水位，5为平均低潮位，6为设计洪水位。
【具体实施方式】
[0018]如图1-图3所示的感潮河段间错压脚束形生态河道，包括由两侧堤岸I围成的河道本体，河道本体上设有若干抛石压脚堆2，各抛石压脚堆2沿堤岸I方向间错布置，使河道本体内形成“S”型的河槽。不同于传统的连续带状抛石压脚，本实施例的抛石压脚堆2呈间错式布置，抛石压脚堆2在顺堤岸I方向进行断开，顺堤岸I方向布置长度约为堤岸I高的0.5?2倍，同一侧堤岸I相邻的抛石压脚堆2间距约为1.5?3倍堤岸I高；抛石压脚堆2高度设置为略低于平均高潮水位10?20cm。以珠江广州河段为例，平均高潮位为珠基0.7?0.Sm，相应的抛石堆顶高程取0.6m。抛石压脚堆2垂直堤岸I宽度占河道宽的1/4?1/3。根据土力学原理，以增加高、宽的方式形成的抛石压脚堆2，与较薄的抛石带相t匕，按土压力计算公式，抛石压脚堆2能形成更大的土压力，增加堤岸脚向河道滑移的抗滑力，而抛石压脚堆2之间则形成空间效应，亦可对压脚堆间堤岸I起到限制滑动的功能。
[0019]优选的，各抛石压脚堆2间充填有砂性土 3，抛石顶面及侧面需整平。因为堤岸脚处于水陆交接的特殊部位，其渗透过滤性是生态河道的重要组成部分，传统堤岸水工设计中重安全轻生态，对压脚生态潜力的利用不佳，抛石间空隙过大，水体进出速度过快，无法有效过滤净化水质。本实施例将提高、恢复堤岸抛石压脚的生态功能作为重要目标，在抛石压脚堆2间充填具有渗透能力的砂性土 3。
[0020]砂性土 3是指含砂粒较多，具有一定粘性的土。为了产生有效的过滤净化效果，在孔隙率达到30%的抛石堆中充填料的渗透系数K即不能太大也不能太小，渗透系数过大，水流快进快出，渗透系数过小，水体难以渗入渗出，均无法有效过滤净化水质。通过砂性土的级配调适，可将其渗透系数调至I?5m/d，与感潮河段5?7小时的涨退潮历时相匹配，在每次涨退潮期间，完成填料孔隙水与河道水体间的交换。本实施例的河道中水体流动及交换过程如下:
(I)溯源水流与浸没充水:抛石压脚堆2高于低潮位(以珠江广州河段为例，平均低潮位为珠基-0.4?-0.Sm，相应的抛石堆脚高程取-0.5m),因此，低潮位期间，抛石压脚堆2相当部分是出露于水面。一方面随着涨潮，潮水沿着抛石压脚堆2间蜿蜒曲流，溯源而上；另一方面，抛石压脚堆2的出露部分随着水位上涨，逐渐被浸没。
[0021](2)造槽水流与出露渗水:涨潮至高潮位后，河道水位随即进入退潮过程，抛石压脚堆2逐渐出露水面，一方面对退潮流形成导控，退潮流被限制在抛石压脚堆2间的河道，根据水力学原理，较之于直线流程，退潮时段过程中上游河段同样体积水体流过时，路程加长，流速将加快，形成造槽流量，减少了河槽淤积，甚至刷深河槽，利于河道维护。而抛石压脚堆2间的堤脚则由于水流速度低，在压脚堆与堤脚间形成近于三角形的淤积区，大部分时间浸于水下的淤积区与水下河槽及间断出露的抛石压脚堆2共同形成生态丰富的河道。另一方面，随着抛石压脚堆2出露高程的增加，抛石缝隙中砂性土 3中的孔隙水逐渐渗出。从浸没充水至出露渗水，完成一次过滤循环。砂性土的孔隙比可达到e=0.8，结合抛石压脚堆30%的孔隙率计算，则每立方米抛石压脚堆2中的孔隙空间为0.13立方米，每次循环含水量的变化约3?5%，即折算为每立方米抛石压脚堆2和砂性土 3由浸没饱和状态至出露水面状态而渗出的水量为10?20升，平均15升。
[0022]广州为不规则半日潮，每天出现高潮和低潮位各两次，因此，每立方米抛石压脚堆2和砂性土 3中水体的渗出过滤量为30升，虽然每天的渗出量不大，但与潮汐进退相匹配的缓慢渗进渗出，每公里河道的过滤量为80立方米/天，累计达2.9万立方米/年。结合水草、螺贝类等动植物搭配管理，每次渗流循环，对C0D、TN、TP消减可以达到10%?15%，SS去除率可以达到20%?30%，因此，抛石压脚堆2对河道水质的累计改善效果还是相当可观的。
[0023](3)行洪:河道设计洪水位明显高于抛石压脚堆2顶高程，加之常水量对河槽的刷深，抵消了因升高抛石面而减少的部分，因此，本实施例对河道整体行洪过流断面不会造成显著的负面影响。
[0024]以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
【权利要求】
1.一种感潮河段间错压脚束形生态河道，包括由两侧堤岸围成的河道本体，其特征在于:所述河道本体上设有若干抛石压脚堆，所述各抛石压脚堆沿堤岸方向间错布置，使河道本体内形成“ S ”型的河槽。
2.根据权利要求1所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述每个抛石压脚堆顺堤岸方向布置长度为堤岸高的0.5?2倍。
3.根据权利要求1所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述同侧堤岸相邻的抛石压脚堆间距为1.5?3倍堤岸高。
4.根据权利要求1所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述每个抛石压脚堆垂直堤岸的宽度为河道本体宽度的1/4?1/3。
5.根据权利要求1所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述抛石压脚堆高于河道的低潮位。
6.根据权利要求5所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述抛石压脚堆顶高程低于河道平均高潮水位的10?20cm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述抛石压脚堆的抛石缝隙填充砂性土。
8.根据权利要求7所述的感潮河段间错压脚束形生态河道，其特征在于:所述砂性土的渗透系数介于I?5m/d。
【文档编号】E02B3/02GK103938579SQ201410095413
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】黎友添, 蔡剑波, 李承海, 余明稹, 单联君, 谭泽新, 郑杰元, 张欣, 李亚生 申请人:广州市市政工程设计研究院