三维立体曲面生态调节堰及其设计方法技术

本发明专利技术改变具有光滑混凝土底部和陡峭水力落差的传统堰堰结构，设计了一种具有生态调节功能的三维立体曲面生态调节堰。所述堰体侧面轮廓为一个向堰体两侧上升的V形侧面轮廓，在边缘区域产生较平缓的水流区域，并有一个向中心的低流量通道。所述下游段堰面的设计流量满足鱼类通道设计流量，保证河段中的目标鱼类通过该河段。通过鱼类游动速度方程用于确定设计水流速度和堰面长度。所述堰体表面粗糙，形成适合鱼类运动的边界层，并有利于降低平均水流速度。流速度。流速度。

【技术实现步骤摘要】
三维立体曲面生态调节堰及其设计方法


[0001]本专利技术涉及环境保护
，具体涉及一种三维立体曲面生态调节堰及其设计方法。

技术介绍

[0002]在河流治理中，为了满足防洪﹑蓄水、灌溉﹑航运、景观和生活等功能的需要，通常修建横跨河流的拦河堰堰或者丁字潜堰。但是在传统堰体设计时很少考虑堰体对生态的不利影响，堰本质上是河床斜坡的中断，会对上下游生物造成多种障碍，包括：上下游落差阻止游泳物种向上游游迁移；堰顶形状影响攀爬物种；上游或下游的浅水深度改变水流速度、上游堰的回水淹没改变河道生境，导致水生生物向流速较慢和较深的生境转移；堰体的建造阻挡水生生物的移动，影响鱼类的洄游，甚至造成洄游鱼类的灭绝；改变沉积物沉积，上游沉积物沉积增加导致水质发生变化，水深增加和流速降低还会导致溶解氧降低和水温升高；堰堰会改变下游的水流和泥沙状况，进而影响下游栖息地和水质。阻碍鱼类和其他水生生物运动的河道结构特征包括垂直落差大、高水流速度、过度湍流、尖角、光滑基底等。急需一种满足河道整治要求且具有生态调节功能的堰体结构，减小对鱼类和其他水生生物的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术克服现有堰体结构存在不利水生态的结构特征的问题，改变具有光滑混凝土底部和陡峭水力落差的传统堰结构，设计了一种具有生态调节功能的三维立体曲面生态调节堰及其设计方法。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术采用如下的设计方案：
[0005]一种三维立体曲面生态调节堰，所述堰包括横跨河道的堰体，所述堰体位于河道中间的位置低，位于河道两端的位置高，所述堰体沿河道方向分为上游段，中段及下游段，所述中段的顶端截面为圆形，所述上游段的堰面坡度为18
‑
30
°
，所述下游段的堰面坡度小于1:10。
[0006]优选的，所述堰体横跨所述河道的截面的顶部呈V形，从而在所述堰体的边缘区域产生较平缓的水流区域，并有一个向堰中心的低流量通道。
[0007]优选的，所述V形的角度在5
‑
10
°
，通过参考当地的洄游鱼类在迁徙过程中对水流速度的要求，设计合适的V型角度。
[0008]优选的，所述堰体沿河道方向的截面呈梭形。
[0009]优选的，落差≤1米时，所述下游段的坡度小于1:10；落差为1
‑
4米时，所述下游段的坡度小于1:15。所述下游段堰面的设计流量满足鱼类通道设计流量，保证河段中的目标鱼类通过该河段。通过鱼类游动速度方程用于确定设计水流速度和堰面长度。
[0010]优选的，所述堰体表面粗糙，形成适合鱼类运动的边界层，并有利于降低平均水流速度。
[0011]优选的，用直径150到200毫米的混合岩石覆盖堰面。所述岩石间隔70
‑
90毫米排布，且间隔不规则，以在堰上形成水力多样的水流结构。
[0012]优选的，岩石的长轴垂直于堰面，并至少嵌入50％。岩石最宽的轴线朝向水流。
[0013]本专利技术进一步提供上述生态调节堰的设计方法，所述方法包括如下步骤：
[0014](1)根据当地的洄游鱼类在迁徙过程中对水流速度的要求，确定合适的V型角度；
[0015](2)通过鱼类游动速度方程确定设计下游堰面的坡度和堰面长度；
[0016](3)基于临界剪应力方法确定堰面粗糙度。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有显著的进步：
[0018]克服现有堰体结构存在不利水生态的结构特征的问题，本专利技术改变具有光滑混凝土底部和陡峭水力落差的传统堰堰结构，设计了一种具有生态调节功能的三维立体曲面生态调节堰。所述堰体侧面轮廓为一个向堰体两侧上升的V形侧面轮廓，在边缘区域产生较平缓的水流区域，并有一个向中心的低流量通道。所述下游段堰面的设计流量满足鱼类通道设计流量，保证河段中的目标鱼类通过该河段。通过鱼类游动速度方程用于确定设计水流速度和堰面长度。所述堰体表面粗糙，形成适合鱼类运动的边界层，并有利于降低平均水流速度。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例的堰结构的平面布置示意图。
[0020]图2是本专利技术实施例的堰结构横跨所述河道的截面。
[0021]图3是本专利技术实施例的堰结构沿河道方向的截面。
[0022]图4是本专利技术实施例的岩石摆放视图。
[0023]其中，附图标记说明如下：堰体
‑
1，上游段
‑
2，中段
‑
3，下游段
‑
4，岩石
‑
5。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本专利技术，而并非对本专利技术的限制。
[0025]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0026]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0027]如图1所示，本专利技术的堰结构的一种实施例。
[0028]本实施例的堰结构包括堰体，所述堰体在满足水头及河道整治要求下，堰顶为圆
形，所述堰体位于河道中间的位置低，位于河道两端的位置高，所述堰体沿河道方向分为上游段，中段及下游段，所述中段的顶端截面为圆形，所述上游段的堰面坡度为18
‑
30
°
，所述下游段的堰面坡度小于1:10。
[0029]如图2所示，所述堰体横跨所述河道的截面的顶部呈V形，从而在所述堰体的边缘区域产生较平缓的水流区域，并有一个向堰中心的低流量通道。所述V形的角度在5
‑
10
°
，通过参考当地的洄游鱼类在迁徙过程中对水流速度的要求，设计合适的V型角度。
[0030]如图3所示，所述堰体沿河道方向的截面呈梭形。落差≤1米时，所述下游段的坡度小于1:10；落差为1
‑
4米时，所述下游段的坡度小于1:15。所述下游段堰面的设计流量满足鱼类通道设计流量，保证河段中的目标鱼类通过该河段。
[0031]所述堰体表面粗糙，形成适合鱼类运动的边界层，并有利于降低平均水流速度。如图4所示，本专利技术选用直径150到200毫米的混合岩石覆盖堰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维立体曲面生态调节堰，其特征在于，所述堰包括横跨河道的堰体，所述堰体位于河道中间的位置低，位于河道两端的位置高，所述堰体沿河道方向分为上游段，中段及下游段，所述中段的顶端截面为圆形，所述上游段的堰面坡度为18
‑
30
°
，所述下游段的堰面坡度小于1:10。2.根据权利要求1所述的三维立体曲面生态调节堰，其特征在于，所述堰体横跨所述河道的截面的顶部呈V形。3.根据权利要求2所述的三维立体曲面生态调节堰，其特征在于，V形的角度在5
‑
10
°
范围。4.根据权利要求1所述的三维立体曲面生态调节堰，其特征在于，落差≤1米时，所述下游段的坡度小于1:10；落差1
‑
4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家生，江曦，代娟，刘小光，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：