一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构的制作方法

1.本实用新型涉及生态堤坝技术领域，特别是涉及一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构。


背景技术：

2.在海岸线附近，通常使用硬结构吸收及消减波能。防波堤作为主要的结构形式被用于沿海岸线及地区的防护，如斜坡堤、浮堤等，有效地减少了海岸线侵蚀，但大多数都非常昂贵，并且对极端波浪条件下(如海啸、风暴潮)的海岸防护能力不足。近几十年来，许多研究者对不同类型的新型岸线防护装置进行了研究。这些设备包括安装在框架上的悬挂式管道防波堤、锯齿状海堤、水下斜管防波堤等，这些防波堤通过衍射来实现减波消能，虽然这可能会降低近海防波堤后面的波高，但周围地区可能会遭受比以前更大的波高，不仅影响了海岸线，也影响了原生生态系统。
3.出于这些原因，防波堤的设计应最大化衰减波能(与衍射相反)，同时最小化环境和经济成本。尽管一些设计使波浪部分通过这些渗透性结构，如多孔防波堤，通过粗糙斜坡上的破碎和/或这些结构内的湍流损耗而适度消散，但仍无法消除对堤坝迎浪面堤脚处的冲刷，并且应对极端海洋灾害天气的能力较弱。
4.沿海植物能够吸收波浪能并减少飓风和风暴期间的洪水，降低海岸线侵蚀问题的可能性。同时沿海植物通过过滤水中的污染物以改善水质，为野生动植物提供栖息地，增加鱼类和野生动物的数量和种类，提升海岸生态功能。但相对硬性消浪结构，植物培育难度大，生长周期长，抗冲刷能力有限，因此亟需一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构来解决。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构，以解决上述消波减能，减少堤脚冲刷，改善海岸生态环境的问题，达到应对极端海洋灾害天气，过滤水中的污染物以改善水质，为野生动植物提供栖息地，增加鱼类和野生动物的数量和种类，提升海岸生态功能目的。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构，包括若干混凝土结构单元，所述混凝土结构单元顶面设置有植物生长结构，所述植物生长结构内种植有植物，所述混凝土结构单元的迎浪面设置有消浪结构，所述消浪结构与所述植物生长结构连通，所述混凝土结构单元侧壁上开设有若干水平设置的二级鱼道，所述二级鱼道平行于所述混凝土结构单元的顶面和迎浪面且贯穿所述混凝土结构单元，相邻两所述混凝土结构单元上的所述二级鱼道之间连通，所述二级鱼道与所述消浪结构和所述植物生长结构连通。
8.优选的，所述消浪结构包括开设在所述混凝土结构单元迎浪面的若干个侧u型消浪通道，若干所述侧u型消浪通道间隔顺序排列，相邻两所述侧u型消浪通道之间设置有直
线型消浪通道，所述直线型消浪通道开设在所述混凝土结构单元上，所述直线型消浪通道与所述二级鱼道连通，所述侧u型消浪通道连通有消能孔，所述消能孔开设在所述混凝土结构单元的顶面上，所述消能孔竖直设置且穿出所述混凝土结构单元的顶面，所述侧u型消浪通道以及所述直线型消浪通道分别与所述植物生长结构连通。
9.优选的，所述植物生长结构包括若干植物生长孔，所述植物生长孔底端连通有水汽通道，左右相邻的两所述水汽通道前侧部分分别与所述侧u型消浪通道以及所述直线型消浪通道连通，左右相邻的两所述水汽通道后侧部分与所述二级鱼道连通，所述植物生长孔内设置有植物幼苗培养器，所述植物幼苗培养器内种植有所述植物。
10.优选的，所述水汽通道包括竖直设置的若干第一水汽通道和若干第二水汽通道，所述第一水汽通道靠近所述混凝土结构单元的迎浪面，相邻两所述第一水汽通道分别与所述侧u型消浪通道以及所述直线型消浪通道连通，所述第一水汽通道的长度小于所述第二水汽通道，所述第二水汽通道与所述二级鱼道连通。
11.优选的，所述侧u型消浪通道连通有水平设置的一级鱼道，所述一级鱼道开设在所述混凝土结构单元内，所述一级鱼道垂直于所述二级鱼道，所述一级鱼道与所述二级鱼道连通，所述一级鱼道与所述第二水汽通道连通。
12.优选的，述侧u型消浪通道包括两个上下相对设置的消浪孔，两所述消浪孔均开设在所述混凝土结构单元的迎浪面，所述消浪孔为圆台结构，两个所述消浪孔之间通过u型消浪通道连通，所述u型消浪通道开设在所述混凝土结构单元内。
13.本实用新型具有如下技术效果：
14.本实用新型所采用的一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构，可有效地利用迎浪面的消浪结构削减波能，减小涡流对堤脚的冲刷；
15.混凝土结构单元上方的植物生长结构可使得堤坝上方越浪沿通道流入结构内部，最后汇入海洋，减少堤后越浪量；
16.混凝土结构单元上方的植物可有效衰减极端波浪的能量，极大地减少对堤后海岸及居民安全和财产的损害；
17.混凝土结构单元植物可有效提升海岸带生态功能，同时达到固碳增汇的功能，增强我国海岸带的碳中和能力；
18.本结构采用预制的、独立的模块化结构单元，便于运输和安装，即使在偏远的浅水环境中，也可以拆卸和重复使用，以减少或消除对重型设备的需要。本实用新型结构的应用，将有效提升海岸防护能力与生态功能，为海岸防灾减灾及海岸建设提供科学依据。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型结构单元示意图；
21.图2为本实用新型a-a断面示意图；
22.图3为本实用新型b-b断面示意图；
23.图4为本实用新型c-c断面示意图；
24.图5为本实用新型整体结构在常规波浪作用下示意图；
25.图6为本实用新型整体结构在极端波浪作用下示意图；
26.图7为本实用新型多个结构单元在常规波浪作用下示意图。
27.其中，1、植物生长孔；2、消能孔；3、侧u型消浪通道；4、直线型消浪通道；5、二级鱼道；6、水汽通道；7、一级鱼道；8、植物；9、植物幼苗培养器；10、混凝土结构单元；301、消浪孔；302、u型消浪通道；601、第一水汽通道；602、第二水汽通道。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
30.参照图1-7，本实用新型提供一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构，包括若干混凝土结构单元10，混凝土结构单元10顶面设置有植物生长结构，植物生长结构内种植有植物8，混凝土结构单元10的迎浪面设置有消浪结构，消浪结构与植物生长结构连通，混凝土结构单元10侧壁上开设有若干水平设置的二级鱼道5，二级鱼道5平行于混凝土结构单元10的顶面和迎浪面且贯穿混凝土结构单元10，相邻两混凝土结构单元10上的二级鱼道5之间连通，二级鱼道5与消浪结构和植物生长结构连通。
31.本实用新型所采用的一种适用于极端条件的防冲刷生态堤坝结构，可有效地利用迎浪面的消浪结构削减波能，减小涡流对堤脚的冲刷；混凝土结构单元10上方植物生长结构可使得堤坝上方越浪沿通道流入结构内部，最后汇入海洋，减少堤后越浪量，二级鱼道5贯穿整个结构单元，保障了结构单元内的水体活力。
32.进一步优化方案，消浪结构包括开设在混凝土结构单元10迎浪面的若干个侧u型消浪通道3，若干侧u型消浪通道3间隔顺序排列，相邻两侧u型消浪通道3之间设置有直线型消浪通道4，直线型消浪通道4开设在混凝土结构单元10上，直线型消浪通道4与二级鱼道5连通，侧u型消浪通道3连通有消能孔2，消能孔2开设在混凝土结构单元10的顶面上，消能孔2竖直设置且穿出混凝土结构单元10的顶面，侧u型消浪通道3以及直线型消浪通道4分别与植物生长结构连通。
33.波浪向岸侧传播，到达堤坝迎浪面后，进入侧u型消浪通道3，沿着侧u型消浪通道3向上运动，波浪到达消能孔2时，一部分沿着消能孔2向继续向上传播，喷出堤顶，形成景观喷泉的同时，对植物8进行了水源补给；另一部分波浪继续向前传播，此时波浪的动能转化成势能，随着动能的减少和势能的增加，波浪在管道上方破碎，随后从侧u型消浪通道3的另一端出口流出，进入海洋。消能孔2的存在造成了波浪的紊动耗散，削减了波浪能量，最终减少了从侧u型通道冲出的波浪能量，降低了堤坝前方冲刷的可能性；
34.当波浪传播至直线型消浪通道4后，一部分波浪进入直线型消浪通道4，产生湍流耗散，消减了波能，减少了波浪对堤坝迎浪面的冲击，同时增加了结构体内的水流交换，提
高了水体活性，为沿岸生物提供了健康的栖息环境。
35.进一步优化方案，植物生长结构包括若干植物生长孔1，植物生长孔1底端连通有水汽通道6，左右相邻的两水汽通道6前侧部分分别与侧u型消浪通道3以及直线型消浪通道4连通，左右相邻的两水汽通道6后侧部分与二级鱼道5连通，植物生长孔1内设置有植物幼苗培养器9，植物幼苗培养器9内种植有植物8。
36.植物幼苗培养器9采用可降解植物纤维制成，植物8能够适应高水位线和海岸水质的盐碱度，能在营养贫乏和恶劣的水沉积条件中生长，植物8的幼苗通过吸收植物幼苗培养器9中的有机质进行生长，同时植物幼苗培养器9中的材质随着使用时间的推移开始降解。植物8经过下方水汽通道6吸收水汽，从内到外生长，根部会沿着通道向外延伸，最终相互缠绕，深入海床，逐渐成为海堤的一部分，起到了稳固堤坝的作用。
37.进一步优化方案，水汽通道6包括竖直设置的若干第一水汽通道601和若干第二水汽通道602，第一水汽通道601靠近混凝土结构单元10的迎浪面，相邻两第一水汽通道601分别与侧u型消浪通道3以及直线型消浪通道4连通，第一水汽通道601的长度小于第二水汽通道602，第二水汽通道602与二级鱼道5连通。
38.进一步优化方案，侧u型消浪通道3连通有水平设置的一级鱼道7，一级鱼道7开设在混凝土结构单元10内，一级鱼道7垂直于二级鱼道5，一级鱼道7与二级鱼道5连通，一级鱼道7与第二水汽通道602连通。
39.消能孔2、侧u型消浪通道3、直线型消浪通道4、二级鱼道5和水汽通道6相互连通，鱼类可以通过直线型消浪通道4进入混凝土结构单元10，经过二级鱼道5游出，也可经过一级鱼道7进入混凝土结构单元10，经过直线型消浪通道4或二级鱼道5游出，这种相互连通结构为鱼类提供了一个稳定且有活力的栖息环境，促进了近岸生物多样性保护的发展，同时，一级鱼道7增加了水流的湍流耗散，一定程度上削减了波浪能量。
40.进一步优化方案，侧u型消浪通道3包括两个上下相对设置的消浪孔301，两消浪孔301均开设在混凝土结构单元10的迎浪面，消浪孔301为圆台结构，两个消浪孔301之间通过u型消浪通道302连通，u型消浪通道302开设在混凝土结构单元10内。
41.侧u型消浪通道3迎浪面采用导流结构，导流角为40
°
～50
°
，可有效地利用迎浪面的侧u型消浪通道削减波能，减小涡流对堤脚的冲刷。
42.本实施例的工作过程如下：
43.常规波浪作用时，波浪与生态堤坝的作用过程如图5所示。波浪向岸侧传播，到达堤坝迎浪面后，进入侧u型消浪通道3，沿着通道向上运动，此时波浪的动能转化成势能，随着动能的减少和势能的增加，波浪在管道上方破碎，随后从侧u型消浪通道3的另一端出口流出，进入海洋；相比于传统的直立面防波堤，极大地减少了波浪冲击迎浪面后形成的涡流对堤脚的冲刷，保护了堤坝安全，增加了全寿命周期的稳定性和安全性。同时，一级鱼道7增加了水流的湍流耗散，一定程度上削减了波浪能量；
44.极端波浪作用时，波浪与生态堤坝的作用过程如图6所示。当出现极端波浪天气时，水位升高，甚至淹没堤坝顶面，此时堤坝下方主要起到阻水作用。此时，堤坝上方的植物8在削减波能的过程中开始起到重要作用。波浪通过植物8时，波浪产生紊动耗散，伴随着破碎，能量逐步衰减，通过多排植物8后，冲击作用减弱，使得堤坝后方的波浪能量大幅减少；同时，越顶波浪可通过混凝土结构单元10上方的水汽通道回流入混凝土结构单元10，重新
回到海洋，减少了堤后的越浪量，极大程度地减小了极端条件下越浪对堤坝后方岸滩及人民安全和财产损害。
45.本实用新型堤坝采用装配式结构单元，如图7所示，为两个混凝土结构单元10的组合。可根据岸线的长度，进行装配，建成不同长度的堤坝连续体。这种装配式结构便于运输和安装，即使在偏远的浅水环境中，也可以拆卸和重复使用，减少或消除了对重型设备的需要，节省资金，增加项目经济效益。
46.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
47.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。