一种适用于山地海绵城市建设的双层生态河道结构的制作方法

本发明属于水利工程领域，具体是一种适用于山地海绵城市建设的双层生态河道结构。

背景技术：

城市生态河流承担了防洪与生态文明的双重任务，需营造出集防洪、生态、亲水、景观、休闲等功能于一体的城市河流工程体系，达到人、水、城的和谐发展。

在城市化、工业化进程不断加快的今天，城市河道治理、修复与提升工作在全国范围内正如火如荼的进行着。但以往在河道治理过程中目标过于单调，仅考虑考河道的防洪、排涝、蓄水等功能，护岸和护底材料多采用刚性材料如混凝土、浆砌石等，使城市河道形成了“三面光”、“两面光”等缺乏美感的水泥排洪沟。我国城市河道生态建设的现状问题可以归结为以下四个方面：

(1)城市河流呈“刚性”：平面形状“直线化”，纵向“坡度化”，断面型式“规矩化”，防护材料“刚性化”，忽略了河流的生态功能。

(2)城市河流纳污数量超过了河流的自净能力，导致城市河流水质恶化。

(3)城市河流的直线化和渠道化，阻断了河道与生态系统其他成员之间的互通，导致河流生态系统损坏严重。

(4)城市河流景观缺乏。

传统城市河流存在的形式有两类：建在地面以上的开敞式河流和埋在地下的暗河，开敞式河流适用于河流与周边场地高差较小的情况，暗河适用于河流与河流与周边场地高差较大且河流规模特别小的情况，暗河仅有排洪排涝的功能。为解决深窄式城市河流亲水性问题，提出双层河道建设。国内有记载的双层河道的案例只有北京市北护城河生态治理工程。国外关于双层河道的记载只有日本的宇都宫市，流经该市市中心的一段全长1.9km河段。这两段双层河道均是平原地区的城市河道，双层河道上层是明河，下层是暗涵，上层明河水深浅，具有亲水、休闲等功能，下层暗涵主要是泄洪、排涝的功能。发明专利“一种适用于山溪性河道的双层河道结构”(申请号：201710428948.0)所述双层河道包括上层明渠和设置在上层明渠河下方的下层暗河，上层明渠和下层暗河均不透水，下层暗涵设置雨水孔，接纳周边排水管网的洪水。其结构下层暗涵解决了洪水期过流问题，上层明渠解决了枯水期游人亲水问题。此发明专利与北京北护城河和宇都宫市双层河道内涵一样，只解决了普通深窄河道亲水性不好的弊端，并不能解决城市化之前山地溪流深切、山势波状起伏地形，城市化后河流与周边城市存在大高差；城市化进程是溯河而上时建设期河流上游的防洪问题；城市化后回填区地下水位上升对地下结构损坏；城市河流建设无弹性无海绵特征；城市河流生态脆弱等问题。

综上所述，在山地海绵城市建设中寻找一种适应于溪流深切、山势波状起伏的城市生态河道型式迫在眉睫，此发明也是国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题之一，在水生态文明建设中具有很强的应用前景。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种适应于溪流深切、山势波状起伏的城市生态河道。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种适用于山地海绵城市建设的双层生态河道结构，包括流向相同但纵向上带有高度差且相互间隔的上层自然河流和下层暗河，上层自然河流平面的轮廓线与河流的流动方向相同，轮廓线呈相互连接的样条曲线；纵向上设置有深潭、浅滩和跌水建筑物；上层自然河流带有横断面，横断面的形状依照轮廓线的变化而变化，下层暗河的平面和下层暗河的纵向均保持与原始河流一致。

进一步，所述上层自然河流采用的断面形式包括复式断面、梯形断面和桥涵断面，复式断面处于常年水位以下时采用矩形断面，复式断面处于常年水位至洪水位间时采用梯形；复式断面处于无明显常年水位的河流时采用梯形断面；复式断面处于跨河有交通要求的位置时采用桥涵断面，桥涵断面包括拱形或矩形。

进一步，所述下层暗河纵坡为缓坡，根据地形设置有跌水和消力池，下层暗河的上游和下游的端点的河底高程都与自然河流的河底高程一致；下层暗河的断面形式为矩形单孔、矩形双孔或矩形多孔，跌水和消力池断面形式采用矩形。

进一步，所述上层自然河流设置有回环性的两条步行道，两条步行道相互平行，且两条步行道位于常年水位以上0.3m的高程和河顶高程之间。

进一步，所述复式断面常年水位以下采用矩形，复式断面位于常年水位至洪水位间的部分采用梯形，梯形边坡按土壤的自然休止角进行放坡，坡度宜缓于1:3.0。

进一步，所述复式断面常年水位以下的矩形断面的护岸采用结构性护岸，护岸依据力学原则采用干砌块石、木桩和混凝土堆叠为护岸；常年水位以上的梯形断面采用自然缓坡式护岸，护岸的面层种植植被或铺设细砂或卵石以形成草坡或沙滩。

进一步，所述复式断面常年水位以下采用复合土工膜防渗，常年水位以上不防渗，复合土工膜采用土工织布和砂砾石作综合反滤层以防止渗透破坏。

进一步，所述下层暗河采用钢筋混凝土箱涵结构，跌水和消力池采用异形钢筋混凝土框架结构。

进一步，所述下层箱涵常年水位以下设有止水设施，下层箱涵常年水位以上设有排水孔，排水孔周边设有装有卵石反滤的施土工织布袋装，下层箱涵沿双层河道浸润面设排水盲沟。

采用上述方案后实现了以下有益效果：通过高差较大的上、下两层河道解决城市化之前山地溪流深切，城市化后河流与周边城市存在大高差的问题；通过下层暗河解决城市建设溯河而上时施工期的防洪问题；通过上层生态河流建设解决城市河流无弹性、无海绵特征及生态脆弱等问题；下层暗河设置排水反滤设施能有效防止回填区地下水位上升对地下结构的破坏。常年水位步行道路是人们近距离欣赏水面，亲近河流的通道，河顶高程步行道串联各个公共开放空间，将沿河的社区、商业区、办公区、工业区、观景平台、广场、绿化水系组织起来，形成丰富的步行交通空间，达到移步异景的空间景观效果。

附图说明

图1为本发明实施例一的河道剖面图；

图2为本发明实施例二中河道剖面图；

图3为实施例二中结构变形后的河道剖面图；

图4为图1中下层暗河的结构剖面图；

图5为实施例三中的下层暗河的结构剖面图；

图6为实施例四中的下层暗河的结构剖面图；

图7为实施例五的河道剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一：

实施例基本如附图1所示：一种适用于山地海绵城市建设的双层生态河道结构包括流向相同但相互间隔的上层明河和下层暗河，上层明河的横断面根据天然河道断面形成有复式断面和梯形断面，横断面径向两侧加固有护岸，复式断面处于常年水位以下时采用矩形断面，复式断面处于常年水位至洪水位间时采用梯形；复式断面处于无明显常年水位的河流时采用梯形断面；复式断面处于跨河有交通要求的位置时采用桥涵断面，桥涵断面包括拱形或矩形。

护岸采用结构性护岸，护岸依据力学原则采用干砌块石、木桩和混凝土堆叠为护岸；常年水位以上的梯形断面采用自然缓坡式护岸，护岸的面层种植植被或铺设细砂或卵石以形成草坡或沙滩。

上层自然河流设置有回环性的两条步行道，两条步行道相互平行，且两条步行道位于常年水位以上0.3m的高程和河顶高程之间。

复式断面处于常年水位以下时，复式断面采用矩形断面，且护岸采用结构性护岸，结构性护岸由上到下依次包括块石、木桩和混凝土，所述上层明河与下层暗河之间铺设符合土工膜，复式断面的边坡坡度缓于1:3.0。

请参考图4，下层暗河的纵向与原始河流一致，且下层暗河的上游起点的河底高程与原始河流的上游起点高程一致，下层暗河的纵坡方向为缓坡设置，且下层暗河采用箱涵结构，箱涵结构的横截面为矩形单孔，下层位于常年水位以下时箱涵设置有止水设施。

实施例二：

请参考图2和图3，本实施例与其他实施例的区别在于，复式断面处于常年水位以上时复式断面采用梯形断面，且护岸采用自然缓坡式护岸，自然缓坡式护岸根据土壤的自然休止角进行放坡，护岸表面铺设细砂或护岸表面种植植被，所述上层明河与下层暗河之间铺设综合的反滤层，反滤层包括土工织布和砂砾石。

实施例三

请参考图5，本实施例与其他实施例的区别在于下层暗河的纵坡方向为缓坡设置，且下层暗河采用箱涵结构，箱涵结构的横截面为矩形双孔，箱涵的下层位于常年水位以下时箱涵设置有止水设施。

实施例四

请参考图6，本实施例与其他实施例的区别在于箱涵位于常年水位以上时箱涵设有排水孔，排水孔的周向设有装载鹅卵石的织布袋，所述织布袋的浸润面开设有排水盲沟。

实施例五

请参考图7，以巴南区龙洲湾新区b区堰河治理工程为例，本工程原始河道长4263m，下游终点以上河道集雨面积为8.3km²。

采用双层生态河道建设后设计洪水标准达200年一遇，穿越市政道路的桥涵防洪标准也达200年一遇；上、下层河道汇合前上层明渠设计洪水标准能达到区间洪水200年一遇，下层暗河过流能力能保证暗涵进口处(b区和职教城相交处)在遭遇20年一遇洪水(施工期防洪标准)时不造成水位雍高。

发明技术与传统技术效果比较

表1

治理后上层生态河流长4354m，设计纵坡为10‰和1‰，生态河流底宽5～7m，顶宽30～68m。上层生态河流在穿市政道路的位置设置10座交通桥涵，桥涵净空尺寸5种：6.5×3.5m、5×3.8m、7×3.8m、7×4.2m、5×4.2m。下层暗河长4362m，设计纵坡为2.5‰、1‰、3‰，下层暗河采用3种单孔矩形断面：4.0×4.0m、4.7×4.7m、3.9×3.9m，2种双孔矩形断面：3.5×4.2m、3.5×5.5m。

采用传统的低明渠方案设计洪水标准达200年一遇，穿越市政道路的桥涵防洪标准也达200年一遇。低明渠方案治理后总河道长4194.34m。河底高程设计基本同原河道河床高程一致，河底高程为202.77～213.07m，采用的纵坡为2.5‰、1‰、3‰。采用复式断面，下部矩形槽宽3.0m高0.6m采用，上部梯形底宽5m，坡率采用1:2，梯形顶部宽22～25m，城市场平高程距离坡顶部采用挡墙支挡。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。