[發明專利]增強河道地表水地下水交換的生態丁壩

有效

• 申請號: 201810673865.2
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108824351B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 陳孝兵;袁越
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B3/06
• 分類號: E02B3/06;E02B3/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種增強河道地表水地下水交換的生態丁壩，該結構應用了河流潛流帶領域的前沿成果，包括半透水壩芯與塊石護面，生態丁壩與河岸正交，壩身截面為梯形，內層為礫石與當地河道底質混合而成的半透水壩芯，外層為不同直徑塊石堆疊而成的塊石護面。與傳統丁壩相比，該種丁壩不但保留了傳統丁壩保護河岸、束水攻沙的功能，還能有效增強地表水與地下水之間的潛流交換作用，從而充分發揮潛流帶在維持河流生境、緩解水體污染方面的重要作用，能有效修復河道生態環境。本發明成本低廉，所需人工少，易于施工，結構穩定，不易破壞，在河道生態修復等領域應用前景十分廣闊。

技術領域

本發明涉及河道生態修復領域，尤其涉及增強河道地表水地下水交換的生態丁壩。

背景技術

近年來，隨著農業生產水平的提高，農業生產活動中氮素和磷素等營養物質、農藥、重金屬以及其他有機污染物質、土顆粒等沉積物，以各種不同形式進入地表水體，造成嚴重的水體污染，對河道生態系統造成了嚴重破壞，甚至威脅整個流域的群眾用水安全。因此，如何恢復河流生態環境，充分發揮河流的自凈功能，緩解水體污染成為了當前河道整治領域的重要課題。

河流是一個由河道地表水與左右岸以及河床地質構成的完整連續體，其中河道地表水與周圍地下水的連通性構成了河流生態系統的重要結構特征。河道地表水與地下水交錯的區域被稱為潛流帶，是物質和能量交換、生物群落生長和繁殖的區域，擁有復雜的生態功能，在河道碳、氮與磷等營養物質及重金屬等有毒物質的遷移轉化過程中發揮重要作用，在河道自凈過程中扮演著關鍵角色。

丁壩是河道整治與航道整治建筑物中最常用的一種，是一端與河岸相連、另一端伸向河槽的壩形建筑物，在平面上與河岸連接成丁字形，主要的功能是通過挑流、導流以保護河岸免受沖刷以及通過束窄河槽、束水攻沙而滿足航深。近年來，一部分學者考慮到了丁壩的生態修復功能，但多局限于為水生動植物提供棲息地等方面，未能將河道地表水與地下水作為完整連續體考慮，未能發揮潛流帶在維持河流生境、緩解水體污染方面的重要作用。

因此，在河道生態修復領域，亟需開發一種能有效增強河道地表水地下水交換的生態丁壩，以充分發揮河流潛流帶的生態價值。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種能有效增強河道地表水地下水交換的生態丁壩，以增強河道自凈能力，緩解河流污染。

技術方案：增強河道地表水地下水交換的生態丁壩，包括半透水壩芯與塊石護面，生態丁壩與河岸正交，壩身截面為梯形，內層為礫石與當地河道底質混合而成的半透水壩芯，外層為不同直徑塊石堆疊而成的塊石護面。

丁壩壩高在河道正常水位與雨季洪水水位之間，使大部分時間丁壩處于非淹沒的狀態，同時又不影響雨季河道行洪。

丁壩壩頭為圓弧形，便于平穩過渡水流，增加壩頭抗沖刷能力。

丁壩在河道內間隔連續布置，布置間距大于3倍丁壩長度。

丁壩兩側坡度范圍為1:1到1:2之間。

單側布置時，丁壩的長度在河寬的1/4到1/3；雙側布置時，丁壩長度在河寬的1/8到1/4之間。

工作原理：為了增強地表水地下水交換過程，需要壩體具有一定的透水性，又不同于透水丁壩，即需要保證水流進入壩體后停留一段時間以使潛流帶內反應充分進行。通過在靠近河岸處布置丁壩阻礙河水流動，使壩前水位雍高，在丁壩兩側制造水頭差，驅動水流在壩上游進入壩體與壩基，在壩下游離開，增強地表水地下水交換過程。在丁壩上游，河道水流受丁壩阻礙而壅高，水流轉而集中從河道中心處過流，丁壩上游水位高于下游水位，導致上游處壩身與河床受到的壓力大于下游，水流在壓力差的驅使下從上游進入壩身與河床介質，在下游回到河道，形成河道地表水與地下水的交換，同時將河道水流中的溶解氧、營養物質與其他污染帶入潛流帶。潛流帶中發生大量復雜的物理化學生物過程，完成碳、氮等營養物質的遷移轉化與污染物的分解，實現河道水質的凈化。