一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法技术

本发明专利技术提供了一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法。所述自适应性生态修复方法包括：基于所述直线式渠化河道的河相关系，利用深槽偏移比来确定河道的深潭中心位置；基于所述河相关系，利用统计公式或经验公式确定河道内的深潭‑浅滩序列的间距和个数；根据确定的深潭中心位置，按照所述深潭‑浅滩序列的间距确定下一个深潭中心位置，并将确定的两个深潭中心位置之间的中心处确定为浅滩位置；在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别进行深潭和浅滩的结构设计。与常规的河道治理相比，本发明专利技术的方法主要有以下特点及优势：维持河道稳定性；维持生态系统的平衡；增加地貌多样性；为生物多样性提供自然基础；丰富河流自然景观。

An Adaptive Ecological Restoration Method for Straight Channelized Channels

The invention provides an adaptive ecological restoration method for a straight channel. The adaptive ecological restoration method includes: determining the central position of the deep pool by using the deviation ratio of the deep channel based on the river correlation of the straight channel; determining the spacing and number of the deep pool and shoal sequence in the river by using statistical or empirical formulas based on the river correlation; and determining the deep pool according to the determined deep pool. The center position of the next deep pool is determined according to the spacing of the sequence of deep pools and shoals, and the center position between the two determined deep pools is determined as the shoal position. The structure design of deep pools and shoals is carried out at the determined deep pools and shoals respectively. Compared with conventional River regulation, the method of the present invention has the following characteristics and advantages: maintaining river stability; maintaining ecosystem balance; increasing geomorphological diversity; providing a natural basis for biodiversity; and enriching river natural landscape.

【技术实现步骤摘要】
一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法
本专利技术涉及生态型河道技术，特别涉及一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法。
技术介绍
以防洪为目的开展的河道整治，对河道的平面形态进行了改造，将河道形态直线化，即将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线型和河床材料的硬质化。渠化河道改变了急流与缓流相间、深潭浅滩交错的格局，造成生境的异质性降低。因此，应将渠化河流恢复成蜿蜒性河流。蜿蜒性河流包含有多种空间异质性的地貌单元，对于稳定河流物理结构和维持生态系统具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法，以使之前被人工渠化的河道最终恢复成自然的蜿蜒形态。根据本专利技术的一个方面，提供一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法。所述自适应性生态修复方法包括以下步骤：基于所述直线式渠化河道的河相关系，利用深槽偏移比来确定河道的深潭中心位置；基于所述河相关系，利用统计公式或经验公式确定河道内的深潭-浅滩序列的间距和个数；根据确定的深潭中心位置，按照所述深潭-浅滩序列的间距确定下一个深潭中心位置，并将确定的两个深潭中心位置之间的中心处确定为浅滩位置；在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别构建深潭和浅滩。在本专利技术的一种改进实施方式中，所述深槽偏移比为弯曲顶点和最大冲刷深度位置之间的河流长度与所述弯曲顶点和下游拐点之间的河流长度之比。在本专利技术的一种改进实施方式中，所述统计公式为：式中，Lr为沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离，以米为单位；d为河床材料颗粒的直径，以毫米为单位；下标r和p分别为浅滩和深潭的材料；ω为河流平均宽度，以米为单位；S为河段平均坡降。在本专利技术的一种改进实施方式中，所述经验公式是：沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离为发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍。在本专利技术的一种改进实施方式中，在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别进行深潭和浅滩的结构设计的步骤包括：开挖所述直线式渠化河道的深潭位置处的硬质材料，并将所述硬质材料移至浅滩位置处，作为浅滩底质。在本专利技术的一种改进实施方式中，在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别构建深潭和浅滩的步骤还包括：在浅滩的所述硬质材料上再铺设粒径大于等于特征粒径Dc的卵石和块石，并将粒径小于所述特征粒径Dc的卵石和块石铺设在深潭处，其中，所述特征粒径Dc是根据Isbash公式确定的。在本专利技术的一种改进实施方式中，在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别构建深潭和浅滩的步骤还包括：根据河道纵比降，在浅滩位置处布置高度为30cm的浅滩结构，并且使得顶高程的连线坡度与河道坡降一致。在本专利技术的一种改进实施方式中，所述浅滩的上游面坡度为1:4，并且，所述浅滩的下游面坡度为1:10至1:20。在本专利技术的一种改进实施方式中，所述深潭的深度低于河道纵比降30cm，并且，所述深潭在水深大于0.3m的所有流量条件下，比相邻的浅滩断面窄25％。在本专利技术的一种改进实施方式中，所述特征粒径Dc为中值粒径D50。根据本专利技术的直线式渠化河道的自适应性生态修复方法以构建深潭浅滩序列为基础，结合人工渠化河道原有形态，通过河相统计关系和经验公式确定河道内深潭浅滩序列的间距和个数，基于确定的间距和位置，开挖深潭位置处的混凝土等硬质材料，将其拆除的废弃硬质材料移至到浅滩处，作为浅滩底质，以此类推，构建深潭浅滩序列，从而形成平面蜿蜒形态的河道。在河道中构建深潭浅滩序列，导致河道蜿蜒度增加，为鱼类等水生植物创造适宜的栖息地条件和避难场所，增加或修复河道结构的复杂度和水利条件多样性，维护河道的稳定，保护河流的生态系统。本领域技术人员应当理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。并且，应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1为根据本专利技术示例性实施例的直线式渠化河道的自适应性生态修复方法的流程图；图2为根据本专利技术示例性实施例的蜿蜒型河流发育过程示意图；图3为根据本专利技术示例性实施例的深潭-浅滩纵剖面示意图；图4为根据本专利技术示例性实施例的浅滩纵剖面示意图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。为了使之前被人工渠化的河道最终恢复成自然的蜿蜒形态，本专利技术提出了一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法。该方法通过在河道中构建深潭浅滩序列，从而使河道蜿蜒度增加，为鱼类等水生植物创造适宜的栖息地条件和避难场所，增加或修复河道结构的复杂度和水利条件多样性，维护河道的稳定，保护河流的生态系统。为了使本专利技术的技术方案更加清楚、明白，下面将参照附图并结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。图1示出了根据本专利技术示例性实施例的直线式渠化河道的自适应性生态修复方法的流程图。如图1所示，所述自适应性生态修复方法包括确定河道的深潭中心位置的步骤S1，确定河道内的深潭-浅滩序列的间距和个数的步骤S2，确定浅滩位置的步骤S3，以及进行深潭和浅滩的结构设计(也即构建深潭和浅滩)的步骤S4。下面针对各个步骤进行详细的描述。步骤S1：基于直线式渠化河道的河相关系，利用深槽偏移比来确定河道的深潭中心位置。图2示出了蜿蜒型河流发育过程，其中，(1)示出了顺直河道以及深槽浅滩，(2)示出了蜿蜒化的初步形成，(3)示出了蜿蜒化的发展，(4)示出了蜿蜒化的继续发展。天然河流中，深潭的中心位置(最深处)一般位于弯曲顶点的下游。因此，河流形态多样性设计应当模拟这类天然性质。具体地，应用深槽偏移比来确定深潭位置。这里的深槽偏移比是指弯曲顶点与最大冲刷深度位置之间的河流长度与弯曲顶点与下游拐点之间的河流长度之比。可根据下式(1)来计算深槽偏移比：Za-p/Za-i＝0.36±u(1)式中，Za-p为弯曲顶点与最大冲刷深度位置之间的河流长度，Za-i为弯曲顶点与下游拐点之间的河流长度，u为不同置信度条件下的沿蜿蜒性河段位置所对应的偏差。步骤S2：基于河相关系，利用统计公式或经验公式确定河道内的深潭-浅滩序列的间距和个数。具体地，适宜的深潭—深潭或浅滩-浅滩间距是发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍，也可根据给出了下面的回归公式(2)进行深潭-浅滩序列的间距确定：式中，Lr为沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离，以米为单位；d为河床材料颗粒的直径，以毫米为单位；下标r和p分别为浅滩和深潭的材料；ω为河流平均宽度，以米为单位；S为河段平均坡降。然后，基于河流长度和深潭-浅滩序列的间距，可以确定河道内的深潭-浅滩序列的个数。步骤S3：根据确定的深潭中心位置，按照深潭-浅滩序列的间距确定下一个深潭中心位置，并将确定的两个深潭中心位置之间的中心处确定为浅滩位置。步骤S4：在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别进行深潭和浅滩的结构设计。具体地，拆除深潭位置处渠化河道的混凝土结构等硬质材料，将其移至到浅滩，作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法，其特征在于，所述自适应性生态修复方法包括以下步骤：基于所述直线式渠化河道的河相关系，利用深槽偏移比来确定河道的深潭中心位置；基于所述河相关系，利用统计公式或经验公式确定河道内的深潭‑浅滩序列的间距和个数；根据确定的深潭中心位置，按照所述深潭‑浅滩序列的间距确定下一个深潭中心位置，并将确定的两个深潭中心位置之间的中心处确定为浅滩位置；在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别构建深潭和浅滩。

【技术特征摘要】
1.一种直线式渠化河道的自适应性生态修复方法，其特征在于，所述自适应性生态修复方法包括以下步骤：基于所述直线式渠化河道的河相关系，利用深槽偏移比来确定河道的深潭中心位置；基于所述河相关系，利用统计公式或经验公式确定河道内的深潭-浅滩序列的间距和个数；根据确定的深潭中心位置，按照所述深潭-浅滩序列的间距确定下一个深潭中心位置，并将确定的两个深潭中心位置之间的中心处确定为浅滩位置；在确定的深潭中心位置和浅滩位置处分别构建深潭和浅滩。2.根据权利要求1所述的自适应性生态修复方法，其特征在于，所述深槽偏移比为弯曲顶点和最大冲刷深度位置之间的河流长度与所述弯曲顶点和下游拐点之间的河流长度之比。3.根据权利要求2所述的自适应性生态修复方法，其特征在于，所述统计公式为：式中，Lr为沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离，以米为单位；d为河床材料颗粒的直径，以毫米为单位；下标r和p分别为浅滩和深潭的材料；ω为河流平均宽度，以米为单位；S为河段平均坡降。4.根据权利要求2所述的自适应性生态修复方法，其特征在于，所述经验公式是：沿河流的两个相邻浅滩或两个相邻深潭之间的距离为发生漫滩流量时河面宽度的5～7倍。5.根据权利要求3或4所述的自适应性生态修复方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵进勇，于子铖，王琦，彭文启，张晶，张爱静，翟正丽，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11