一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，包括構筑在河道跌水處的C字形圍堰，其頂部與河道的洪水位線平齊，其底部低于河道的旱季枯水位線以下5～10cm，其內側設有下降坡度為15°至45°的階梯，階梯的中部高度上設有數(shù)個第一出水口，階梯的下部向內延伸出一臺階狀的弧形矮堰，弧形矮堰上設有數(shù)個第二出水口，弧形矮堰與階梯在C字形圍堰的中間區(qū)域合圍成一池塘，池塘中種植有挺水植物，池塘的底部鋪置有人工濕地填料基質。本實用新型能靈活適應水流量的周期性和季節(jié)性的波動，使人工濕地適宜布置于河道中，節(jié)約了土地；減少泵站設施及電能消耗，能應對河道的不同水位且使水質得到凈化改善。
【專利說明】一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構【技術領域】
[0001]本實用新型涉及河流景觀生態(tài)恢復設計領域，尤其涉及一種景觀跌水結構，
【背景技術】
[0002]季節(jié)性河流在城市中一般承擔著排澇、景觀和生態(tài)三個功能，河道中的水質是保障其功能的基礎。由于季節(jié)性河流的水量和水體流態(tài)在枯水期和豐水期變化巨大，水質受面源污染的影響，協(xié)調防洪、景觀、水質三者來規(guī)劃設計季節(jié)性河道一直是個難點。近年來河流水質改善的常規(guī)設計方法有以下三種:一是采用在河道的河床周邊設計人工濕地處理系統(tǒng)，通過設立泵站將河水引入人工濕地，凈化處理后再流回到河床中。二是在復式河床斷面的河漫灘上或護坡階地上設計布置人工濕地處理系統(tǒng)，枯水期時用于凈化河床水體，洪水期時人工濕地可能被沖毀。三是在河道中利用地形高差設計跌水壩或橡膠壩來給河流曝氣增氧以改善河道水質。
[0003]這些河流水質改善的設計方法存在以下缺陷:人工濕地處理系統(tǒng)需要占用河道旁邊的土地或洪水期時可能被沖毀，設立泵站需要消耗電能；季節(jié)性河流在枯水期由于降雨、徑流水量較小，設計跌水壩或橡膠壩來給河流曝氣增氧起不到改善水質的作用。
實用新型內容
[0004]針對上述現(xiàn)有技術，本實用新型提供一種用于季節(jié)性河流水質改善的一種景觀跌水結構。本實用新型充分考慮豐水期和枯水期的水量和水體流態(tài)，將人工濕地處理系統(tǒng)與河床跌水壩設施進行科學地結合設計，從而可以實現(xiàn)季節(jié)性河流水質的改善。本實用新型吸收借鑒已有的河道水質凈化和治理方法，與城市規(guī)劃設計的知識理論相結合，使受損或退化的季節(jié)性河流的生態(tài)系統(tǒng)得以恢復，使景觀、防洪、生態(tài)等形成最佳組合，達到水文條件與水質條件的改善、游憩價值和河流美學價值提升的綜合目標。
[0005]為了解決上述技術`問題，本實用新型一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構予以實現(xiàn)的技術方案是:包括構筑在河道跌水處的C字形圍堰，所述C字形圍堰的頂部與河道的洪水位線平齊，所述C字形圍堰的底部低于河道的旱季枯水位線以下5~10cm，所述C字形圍堰的內側設有下降坡度為15°至45°的階梯，所述階梯的中部高度上設有數(shù)個第一出水口，出水口高度設在雨季常水位處；所述階梯的下部向內延伸出一臺階狀的弧形矮堰，所述弧形矮堰上設有數(shù)個第二出水口，出水口設在旱季枯水位處，所述弧形矮堰的頂部高出所述C字形圍堰的底部0.5~1.0米，所述弧形矮堰與所述階梯在所述C字形圍堰的中間區(qū)域合圍成一池塘，所述池塘中種植有挺水植物，所述池塘的底部鋪置有人工濕地填料基質。
[0006]進一步講，本實用新型一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，其中，C字形圍堰兩端的高度低于中間段的高度，兩端的高度與河道的旱季枯水位線持平，所述中間段高度至兩端的高度為階梯過渡。所述第一出水口的高度位置是河道的雨季常水位，所述C字形圍堰在水平面投影的長寬比為1.3~1.5。所述C字形圍堰在水平面投影的長寬比為1.382。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0008]本實用新型中的景觀跌水結構能夠靈活適應水流量的周期性和季節(jié)性的波動，使人工濕地適宜布置于河道中，節(jié)約了土地；減少泵站設施及電能消耗，能應對河道的不同水位且使水質得到凈化改善。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型景觀跌水結構示意圖；
[0010]圖2是圖1所示景觀跌水結構洪水位溢流示意圖；
[0011]圖3是圖1所不景觀跌水結構的河流應用不意圖；
[0012]圖4是圖1所示景觀跌水結構不同水位河道應用剖面圖；
[0013]圖5是雨季常水位1.3米，跌水下降坡度為30°的流速分布圖；
[0014]圖6是雨季常水位1.3米，跌水下降坡度為45°的流速分布圖；
[0015]圖7是洪水位2.5米，跌水下降坡度為30°的流速分布圖；
[0016]圖8是洪水位2.5米，跌水下降坡度為45°的流速分布圖。
[0017]圖中:1-C字形圍堰，2-階梯，3-第一出水口，4-弧形矮堰，5-第二出水口，6-挺水植物，7-人工濕地填料基質。
【具體實施方式】
[0018]下面結合【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細地描述。
[0019]如圖1所示，本實用新型一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，包括構筑在河道跌水處的C字形圍堰1，所述C字形圍堰I在水平面投影的長寬比為1.3?1.5，所述C字形圍堰I的頂部與河道的洪水位線平齊，所述C字形圍堰I的底部低于河道的旱季枯水位線以下5?10cm，C字形圍堰兩端的高度低于中間段的高度，兩端的高度為與河道的旱季枯水位線持平，所述中間段高度至兩端的高度為階梯過渡。如圖1和圖2所示，所述C字形圍堰I的內側設有下降坡度為15°至45°的階梯2，所述階梯2的中部高度上設有數(shù)個第一出水口 3，所述第一出水口 3的高度位置是河道的雨季常水位，所述階梯2的下部向內延伸出一臺階狀的弧形矮堰4，所述弧形矮堰4上設有數(shù)個第二出水口 5，所述4的頂部高出所述C字形圍堰的底部0.5?1.0米，所述弧形矮堰4與所述階梯2在所述C字形圍堰的中間區(qū)域合圍成一池塘，所述池塘中種植有挺水植物6，所述池塘的底部鋪置有人工濕地填料基質7。
[0020]圖1中的帶有箭頭的波浪線表示雨季時河水流過第一出水口 3經階梯臺階減緩流速流向種植挺水植物6的池塘，河水經過池塘植物和人工濕地填料7的凈化之后從第二出水口 5流出進入河道；圖2中帶有箭頭的波浪線表示河道水體超過洪水位時漫流過景觀跌水結構的頂部，經階梯臺階減緩流速流向種植挺水植物6的池塘，一部分水從弧形矮堰4上漫過流回河道。
[0021]本實用新型的設計思路是:對季節(jié)性河道進行水文調查，確定河道最小流量和最大流量，以及枯水季的最低水位、雨季水位、洪水期最高水位。確定本實用新型景觀跌水結構的設計高度在雨季最高水位左右。對河床形態(tài)和河床斷面豎向進行研究，依據(jù)河床地勢，選擇河道縱坡降的跌坎處、由緩坡向陡坡過渡及水流由水庫進入陡坡渠道等地方如圖3所示，確定本實用新型景觀跌水結構的向內側下降坡度以15°至45°為宜。以長短軸比為1.382來確定景觀跌水結構的整體形狀為開口的橢圓形即C字形，依據(jù)選定的跌坎處的斷面的雨季最大流量，確定內側下降坡面上的出水口的高度在雨季常水位處。采用EFDCXTheEnvironmental Fluid Dynamics Code)模型進行景觀跌水結構的水動力學模擬,確定不同流量情況下，種植區(qū)挺水植物存活情況。臺階數(shù)、臺階高度、臺階寬度、臺階上開水口的數(shù)量、底部矮堰內種植挺水植物的面積與植物種類均通過模擬來優(yōu)化設計參數(shù)見表I。按照設計參數(shù)在選定斷面處的河床內構建景觀跌水結構，整個景觀跌水結構的底部位置(即所述C字形圍堰I的底部)應低于旱季枯水位線以下5-lOcm左右如圖4，以保障旱季時挺水植物種植區(qū)有一定的水量。不同季節(jié)進水設計控制見景觀跌水結構剖面圖4?？菟贿M水從景觀跌水結構的底部位置進入，雨季常水位進水設計控制在中部如圖1所示第一出水口位置，河水漲到洪水位時，水流從景觀跌水結構的頂部漫流通過。
[0022]施工時，可以使用當?shù)氐耐寥篮蜕匙有藿ㄅ_C字形圍堰I內側的階梯，用當?shù)氐纳匙雍屯寥阑旌弦欢糠罎B水泥，依次疊放在階梯表面上，將混合物滾壓在階梯表面以阻擋水流對臺階的侵蝕。
[0023]實施例:
[0024]調查目標河流的水文條件，確定景觀跌水結構的設計高度。一條季節(jié)性自然河道，河流生態(tài)景觀修復河段長4.4公里，河道上口寬14-32米，河床斷面為V型和U型，河道枯水季的最低水位0.3米、雨季水位1.2-2.1米左右、雨季常水位約在1.3米左右，洪水期最高水位2.5-3.5米。景觀跌水結構設計高度約在2.1-2.5米左右。如圖4。
[0025]對河床形態(tài)和河床斷面豎向進行研究，依據(jù)河床地勢，選擇河道縱坡降的跌坎處、由緩坡向陡坡過渡及水流由水庫進入陡坡渠道等地方，確定景觀跌水結構中C字形圍堰I向內側下降坡度范圍。如圖3，目標修復河段長4.4公里，河道縱向上有兩處跌坎，其中，一處縱坡降約28°左右；另一處縱坡降約46°左右，因此，確定景觀跌水結構的C字形圍堰I向內側下降坡度有兩處，一處為30°，另一處為45°，下降的階梯2的臺階高度為0.2米，景觀跌水結構的C字形圍堰I長短軸比為1.382，階梯2上設有的第一出水口 3有七個，第一出水口 3的高度位置設計在雨季常水位處1.3米，弧形矮堰4的高度為0.7米，弧形矮堰4上的第二出水口 5的高度0.5米，人工濕地填料基質7選擇河道粗礫石加自然沙土，挺水植物6為蘆葦植物，如圖4。
[0026]依據(jù)跌坎處的斷面的最大流速2.0m/s，采用EFDC模型進行景觀跌水結構的水動力學模擬，使水流速度通過臺階跌水到達濕地種植區(qū)域的流速小于0.6m/s，來優(yōu)化階梯數(shù)、階梯高度、階梯寬度、階梯上開水口的位置與數(shù)量、底部矮堰內種植挺水植物的面積與植物種類見表I。
[0027]表I景觀跌水結構的兩種下降坡度的結構優(yōu)化設計參數(shù)
[0028]
【權利要求】
1.一種具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，其特征在于，包括構筑在河道跌水處的C字形圍堰，所述C字形圍堰的頂部與河道的洪水位線平齊，所述C字形圍堰的底部低于河道的旱季枯水位線以下5?10cm，所述C字形圍堰的內側設有下降坡度為15°至45°的階梯，所述階梯的中部高度上設有數(shù)個第一出水口，所述階梯的下部向內延伸出一臺階狀的弧形矮堰，所述弧形矮堰上設有數(shù)個第二出水口，所述弧形矮堰的頂部高出所述C字形圍堰的底部0.5?1.0米，所述弧形矮堰與所述階梯在所述C字形圍堰的中間區(qū)域合圍成一池塘，所述池塘中種植有挺水植物，所述池塘的底部鋪置有人工濕地填料基質。
2.根據(jù)權利要求1所述具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，其特征在于，C字形圍堰兩端的高度低于中間段的高度，兩端的高度與河道的旱季枯水位線持平，所述中間段高度至兩端的高度為階梯過渡。
3.根據(jù)權利要求1所述具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，其特征在于，所述第一出水口的高度位置是河道的雨季常水位。
4.根據(jù)權利要求1所述具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，其特征在于，所述C字形圍堰在水平面投影的長寬比為1.3?1.5。
5.根據(jù)權利要求1所述具有季節(jié)性河流水質改善功能的景觀跌水結構，其特征在于，所述C字形圍堰在水平面投影的長寬比為1.382。
【文檔編號】E02B3/00GK203487504SQ201320619032
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】王衛(wèi)紅, 洪再生, 喬羽, 楊義, 張玉琦 申請人:天津大學城市規(guī)劃設計研究院