CN111535258A - 堰坝结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种堰坝结构，包括：横跨河道的堰坝本体，堰坝本体的上表面开设有沿水流方向贯穿堰坝本体的凹槽；以及设于凹槽下游的多级拦水坎，多级拦水坎沿河道的上游至下游依次间隔设置，最上一级拦水坎与凹槽的槽底壁之间、相邻的上下两级拦水坎之间均具有高度落差，且最上一级拦水坎与堰坝本体之间、相邻的上下两级拦水坎之间均形成水流调节池。通过在堰坝本体的上表面开设凹槽实现了堰坝本体的过鱼功能，同时，通过在堰坝本体上的凹槽的下游布置多级拦水坎形成多级沿河道的上游至下游依次呈阶梯形落差布置的水流调节池，为鱼类提供了溯河洄游及上下游自由迁徙的路径。设计简单、后期运行维护和管理方便。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种堰坝结构。
背景技术
在河流治理中，为了满足防洪、蓄水、灌溉、景观和生活等功能的需要，通常采用修建横跨河流的拦河堰坝。这些拦河堰坝通常采用钢筋混凝土、混凝土结构，主要起到蓄水、灌溉、防洪等功能。由于传统堰坝工程设计时未考虑生态因素，这些堰坝建设往往会对河流生态***造成较为显著的不利影响，如造成河流生境破碎化、堰坝上下游生物栖息地改变等。对于有洄游鱼类生存的河流来说，堰坝的建设还会阻断鱼类等生物溯河洄游及上下游自由迁徙的路径，从而造成河流生物多样性的降低，甚至会造成某些珍稀鱼类的灭绝。
为了解决拦河堰坝对鱼类迁徙洄游的不利影响，在大中型河流的拦河建筑物(如电站、水利枢纽等)设计上通常采用修建鱼道的工程措施，同时辅以增殖放流、建设鱼类保护区等措施。然而受制于设计理念的局限和经济成本的考虑，上述措施在中小型河流治理中极少使用。随着生态环境保护意识的逐步提高，针对数量众多的中小型河流拦河堰坝进行改造，改善其不利生态影响，解决低障碍过鱼问题，是亟需解决的现实问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有过鱼功能的堰坝结构，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种堰坝结构，包括：横跨河道的堰坝本体，堰坝本体的上表面开设有沿水流方向贯穿堰坝本体的凹槽；以及设于凹槽下游的多级拦水坎，多级拦水坎沿河道的上游至下游依次间隔设置，最上一级拦水坎与凹槽的槽底壁之间、相邻的上下两级拦水坎之间均具有高度落差，且最上一级拦水坎与堰坝本体之间、相邻的上下两级拦水坎之间均形成水流调节池。
优选地，凹槽的槽底壁上开设有沿水流方向贯穿堰坝本体的第一凹口。
优选地，凹槽内设有用于调节凹槽内水流量的闸门。
优选地，凹槽的槽底壁上设有汀步。
优选地，凹槽设于堰坝本体靠近河道一侧河岸的一端，拦水坎呈以凹槽为中心的扇形布置在凹槽的下游。
优选地，拦水坎的上表面开设有沿水流方向贯穿拦水坎的第二凹口。
优选地，最上一级拦水坎与凹槽的槽底壁之间的高度落差及各个相邻的上下两级拦水坎之间的高度落差均相同。
优选地，最上一级拦水坎与凹槽的槽底壁之间的高度落差及各个相邻的上下两级拦水坎之间的高度落差均不大于30cm。
优选地，水流调节池的最大蓄水深度不小于相邻的上下两级拦水坎之间的高度落差的两倍。
优选地，最下一级拦水坎的下游侧设有集水槽，集水槽设有砂砾石和/或蛮石和/或水草。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的堰坝结构，通过在堰坝本体的上表面开设可供鱼类通过的凹槽实现了堰坝本体的过鱼功能，同时，通过在堰坝本体上的凹槽的下游布置多级拦水坎形成多级沿河道的上游至下游依次呈阶梯形落差布置的水流调节池，为鱼类提供了溯河洄游及上下游自由迁徙的路径。各级水流调节池均具有消能和为鱼类提供停留、休息场所的功能，使得鱼类可由上至下依次通过各级水流调节池，实现过鱼功能，同时，各级水流调节池也能够满足鱼类洄游的需求，洄游鱼类可以较容易地从下游依次越过各级水流调节池上游的拦水坎进入上一级水流调节池中，直至越过堰坝本体上的凹槽进入上游河流，实现洄游。因此，本发明的堰坝结构能够有效维护河流上下游水生态***的完整性，且具有设计简单、后期运行维护和管理方便的优点，可适用于所有水生生物，尤其可适用于中小型河流的治理和生态环境保护以及所有低水头的拦河堰坝的设计和改造。
附图说明
图1是本发明实施例的堰坝结构的平面布置示意图。
图2是本发明实施例的堰坝结构中各级水流调节池的断面示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、堰坝本体 1a、堰坝本体的背水面
11、凹槽 11a、凹槽的槽底壁
2、拦水坎 2a、拦水坎的上表面
2b、拦水坎的背水面 21、第二凹口
3、水流调节池 4、河道
具体实施方式
下面结合附图对本发明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发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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。
在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1和图2所示，本发明的堰坝结构的一种实施例。
参见图1，本实施例的堰坝结构包括堰坝本体1和拦水坎2。堰坝本体1横跨河道4，即堰坝本体1垂直于河流布置，堰坝本体1用于实现蓄水、防洪和景观功能。堰坝本体1的上表面开设有凹槽11，凹槽11沿水流方向贯穿堰坝本体1，凹槽11用于过水过鱼，尤其是在低水头条件下可供鱼类顺利通过。拦水坎2设有多级，且多级拦水坎2均设于堰坝本体1上的凹槽11的下游，使得通过凹槽11的水流和鱼类均顺流至拦水坎2处。参见图1和图2，多级拦水坎2沿河道4的上游至下游依次间隔设置，最上一级拦水坎2与凹槽11的槽底壁11a之间、相邻的上下两级拦水坎2之间均具有高度落差，且最上一级拦水坎2与堰坝本体1之间、相邻的上下两级拦水坎2之间均形成水流调节池3，则在堰坝本体1与最下一级拦水坎2之间形成有多级沿河道4的上游至下游依次呈阶梯形落差布置的水流调节池3，各级水流调节池3均具有消能和为鱼类提供停留、休息场所的功能，使得鱼类可由上至下依次通过各级水流调节池3，实现过鱼功能，同时，各级水流调节池3也能够满足鱼类洄游的需求，洄游鱼类可以较容易地从下游依次越过各级水流调节池3上游的拦水坎2进入上一级水流调节池3中，直至越过堰坝本体1上的凹槽11进入上游河流，实现洄游。由此，本实施例的堰坝结构，通过在堰坝本体1的上表面开设可供鱼类通过的凹槽11实现了堰坝本体1的过鱼功能，同时，通过在堰坝本体1上的凹槽11的下游布置多级拦水坎2构成多级水流调节池3，为鱼类提供了溯河洄游及上下游自由迁徙的路径，能够有效维护河流上下游水生态***的完整性，且具有设计简单、后期运行维护和管理方便的优点，可适用于所有水生生物，尤其可适用于中小型河流的治理和生态环境保护以及所有低水头的拦河堰坝的设计和改造。
本实施例中，凹槽11在堰坝本体1上表面上的设置位置以及凹槽11的尺寸大小均不局限，可以根据河道4上游来水条件下堰坝本体1上的水流量和流速的分布特性以及过鱼期设计工况(枯水期)来确定。优选地，凹槽11可以设于堰坝本体1靠近河道4一侧河岸的一端，凹槽11的尺寸应能够满足一定的水深条件和流速条件。凹槽11的形状也不局限，较佳地，凹槽11的整体形状应为宽浅型，即具有相对较大的宽度和相对较小的深度。优选地，凹槽11的断面形状可以为U形或矩形。为便于鱼类通行，优选地，凹槽11的槽底壁11a以及凹槽11的两侧壁应均为光滑平顺的壁面，更优地，参见图2，凹槽11的槽底壁11a与堰坝本体1的背水面1a(即堰坝本体1朝向河道4下游的侧面)之间为圆滑过渡连接，有利于鱼类自上而下通行或自下而上洄游时越过凹槽11的槽底壁11a。
本实施例中，优选地，凹槽11的槽底壁11a上可以设有汀步，汀步可以供人员通行，同时汀步也可以将流经凹槽11底部的水流分隔成多路，起到改善流经凹槽11底部的水流条件的作用。汀步可以设有多个，多个汀步沿横向依次间隔布置在凹槽11的槽底壁11a上。汀步的数量并不局限，可以根据凹槽11尺寸大小的不同选择设置需要数量的汀步。
本实施例中，优选地，凹槽11的槽底壁11a上可以开设有沿河道4内的水流方向贯穿堰坝本体1的第一凹口，第一凹口可以增加凹槽11内的过水深度，以实现更低水位条件下的过水过鱼功能，同时第一凹口也可以将流经凹槽11底部的水流分隔成多路，起到改善流经凹槽11底部的水流条件的作用。第一凹口可以设有多个，多个第一凹口沿横向依次间隔布置在凹槽11的槽底壁11a上。第一凹口的数量并不局限，可以根据凹槽11的尺寸大小进行设计。第一凹口的尺寸大小也不局限，但应以能够满足设计工况下目标鱼类的通行要求为准，使得无论河道4上游来水量大小，都能确保有上游来水从凹槽11通过。
本实施例中，优选地，凹槽11内可以设有用于调节凹槽11内水流量的闸门，通过闸门可以对流经凹槽11的水流量和流速进行调节和控制。较佳地，闸门可升降地安装在凹槽11内，且闸门与驱动件相连接，由驱动件驱动闸门升降并将闸门定位在指定位置，实现凹槽11水流量和流速的调节和控制。进一步，闸门上可以设有检测件，检测件用于检测流经凹槽11的水流量和流速并生成检测信号，检测件和驱动件均与控制器相连接，检测件将检测并生成的检测信号输送给控制器，控制器接收该检测信号并根据接收到的检测信号生成上升或下降的动作指令，控制器将生成的动作指令输送给驱动件，驱动件接收并响应于该动作指令而动作，从而驱动闸门上升或下降，由此实现闸门升降的自动控制，即实现凹槽11水流量和流速的自动调节和控制。本实施例中，可以在凹槽11的两侧壁上均开设一竖直延伸的滑槽，闸门的两侧边分别可滑动地插设于凹槽11两侧壁的滑槽上。驱动件可以采用滑轮结构，可提升或下降闸门。检测件可以采用流量流速传感器。控制器可以采用现有的控制器，如PLC控制器或单片机。
本实施例中，优选地，参见图1，凹槽11设于堰坝本体1靠近河道4一侧河岸的一端，拦水坎2呈以凹槽11为中心的扇形布置在凹槽11的下游。本实施例中，拦水坎2的一端链节河道4的一侧河岸，拦水坎2的另一端则连接堰坝本体1的背水面1a，拦水坎2的形状并不局限于弧形，也可以是类似弧形的多边形，只要使得拦水坎2以凹槽11为中心大致呈扇形布置即可。多级拦水坎2则凹槽11为中心呈辐射状分布在凹槽11的下游，由于各级拦水坎2均为以凹槽11为中心的扇形，因此，各级水流调节池3的横截面积从上游至下游依次递增，由此使得最下级水流调节池3的开口大于最上级水流调节池3的开口，有利于鱼类自下而上洄游时找到洄游入口(即最下级水流调节池3的开口)。将本实施例的堰坝结构应用于较小型河流时，拦水坎2也可以设置成横跨河道4的形式。
本实施例中，优选地，拦水坎2的上表面2a可以开设有沿河道4内的水流方向贯穿拦水坎2的第二凹口21，第二凹口21可以增加拦水坎2的过水深度，以实现更低水位条件下的过水过鱼功能，同时第二凹口21也可以将流经拦水坎2上表面2a的水流分隔成多路，起到改善流经拦水坎2上表面2a的水流条件的作用。第二凹口21可以设有多个，多个第二凹口21在拦水坎2上间隔布置。优选地，多个第二凹口21在拦水坎2上以拦水坎2的中点为中心对称分布在拦水坎2的中点附近。第二凹口21尺寸大小并不局限，但应以能够满足设计工况下目标鱼类的通行要求为准。
本实施例中，优选地，最上一级拦水坎2与凹槽11的槽底壁11a之间的高度落差及各个相邻的上下两级拦水坎2之间的高度落差均相同，使得各级水流调节池3沿河道4的上游至下游依次以恒定高度落差呈阶梯形落差布置，从而可维持各级水流调节池3水位的恒定落差，更有利于鱼类的通过和洄游。
在鱼类最频繁进行洄游的中高流量条件下，凹槽11的槽底壁11a以及各级拦水坎2上游的水量和流速条件决定了上溯洄游的鱼类能否越过各级拦水坎2及凹槽11的槽底壁11a并最终进入到上游河流，而最上一级拦水坎2与凹槽11的槽底壁11a之间的高度落差及相邻的上下两级拦水坎2之间的高度落差的大小则直接决定了鱼类越过各级拦水坎2及凹槽11的槽底壁11a的难易程度，因此，为保证鱼类能够顺利洄游，本实施例中，优选地，最上一级拦水坎2与凹槽11的槽底壁11a之间的高度落差及各个相邻的上下两级拦水坎2之间的高度落差均不大于30cm。
为了给鱼类提供足够的停留、休息场所，并发挥有效的消能作用，水流调节池3的容量大小需满足计算设定的最小容量要求，水流调节池3的最大蓄水深度则可根据水流调节池3所需满足的最小容量要求计算获得。本实施例中，水流调节池3的最大蓄水深度由位于水流调节池3下游的拦水坎2相对水流调节池3底部的高度的决定，优选地，水流调节池3的最大蓄水深度不小于相邻的上下两级拦水坎2之间的高度落差的两倍。
本实施例中，优选地，拦水坎2的上表面2a与拦水坎2的背水面2b(即拦水坎2朝向河道4下游的侧面)之间为圆滑过渡连接，有利于鱼类自上而下通行或自下而上洄游时越过拦水坎2。进一步，拦水坎2的上表面2a与拦水坎2的迎水面(即拦水坎2朝向河道4上游的侧面)之间也可以为圆滑过渡连接。更进一步，拦水坎2的上表面2a可以为向上凸出的圆弧面，由此可使得拦水坎2顶部呈圆弧形、光滑的穹顶形式，更有利于鱼类上下游自由迁徙通过。
本实施例中，为保证拦水坎2结构的稳定性和可靠性，优选地，拦水坎2的厚度不小于20cm。为保证各级水流调节池3的耐久性和防侵蚀性，可以将拦水坎2尽可能深地植入河道4底面以下，或者在水流调节池3底部设置底板，底板可以采用混凝土或砾石铺设而成。
本实施例中，优选地，最下一级拦水坎2的下游侧可以设有集水槽，集水槽设有砂砾石和/或蛮石和/或水草，即集水槽设有砂砾石、蛮石和水草其中的任意一种或多种的组合，砂砾石和蛮石可以铺设在集水槽的底部，水草则可以种植在集水槽中。在最下一级拦水坎2的下游侧坡底接一定宽度的集水槽，一方面可以起到诱鱼引导的作用，为鱼类快速找到洄游入口(即最下级水流调节池3的开口)提供帮助；另一方面，集水槽可以为低水位条件下滞留在堰坝1下游的鱼类寻找遮蔽场所并存活提供可能，且可满足枯水期鱼类的停留需要。集水槽的横截面积和深度均不局限，可以按照设计径流条件和目标保护鱼类的最小栖息生境需求综合分析确定。
本实施例的堰坝结构可以在河流上的现有堰坝本体1上进行改造获得，只需在现有堰坝本体1开设凹槽11并在凹槽11下游设置多级拦水坎3及集水槽结构即可，由此可以实现现有堰坝结构的生态改造。当然，本实施例的堰坝结构也可以在新的河流上施工建造而成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种堰坝结构，其特征在于，包括：
横跨河道(4)的堰坝本体(1)，所述堰坝本体(1)的上表面开设有沿水流方向贯穿所述堰坝本体(1)的凹槽(11)；以及
设于所述凹槽(11)下游的多级拦水坎(2)，所述多级拦水坎(2)沿所述河道(4)的上游至下游依次间隔设置，最上一级所述拦水坎(2)与所述凹槽(11)的槽底壁(11a)之间、相邻的上下两级所述拦水坎(2)之间均具有高度落差，且最上一级所述拦水坎(2)与所述堰坝本体(1)之间、相邻的上下两级所述拦水坎(2)之间均形成水流调节池(3)。
2.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，所述凹槽(11)的槽底壁(11a)上开设有沿水流方向贯穿所述堰坝本体(1)的第一凹口。
3.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，所述凹槽(11)内设有用于调节所述凹槽(11)内水流量的闸门。
4.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，所述凹槽(11)的槽底壁(11a)上设有汀步。
5.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，所述凹槽(11)设于所述堰坝本体(1)靠近所述河道(4)一侧河岸的一端，所述拦水坎(2)呈以所述凹槽(11)为中心的扇形布置在所述凹槽(11)的下游。
6.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，所述拦水坎(2)的上表面(2a)开设有沿水流方向贯穿所述拦水坎(2)的第二凹口(21)。
7.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，最上一级所述拦水坎(2)与所述凹槽(11)的槽底壁(11a)之间的高度落差及各个相邻的上下两级所述拦水坎(2)之间的高度落差均相同。
8.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，最上一级所述拦水坎(2)与所述凹槽(11)的槽底壁(11a)之间的高度落差及各个相邻的上下两级所述拦水坎(2)之间的高度落差均不大于30cm。
9.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，所述水流调节池(3)的最大蓄水深度不小于相邻的上下两级所述拦水坎(2)之间的高度落差的两倍。
10.根据权利要求1所述的堰坝结构，其特征在于，最下一级所述拦水坎(2)的下游侧设有集水槽，所述集水槽设有砂砾石和/或蛮石和/或水草。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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