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CN116374103A - 一种浮式防沙消浪系统结构 - Google Patents

一种浮式防沙消浪系统结构 Download PDF

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CN116374103A CN202310398385.0A CN202310398385A CN116374103A CN 116374103 A CN116374103 A CN 116374103A CN 202310398385 A CN202310398385 A CN 202310398385A CN 116374103 A CN116374103 A CN 116374103A
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许翼
阳志文
曹小磊
张华�
张帆
李子音
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Abstract

本发明涉及一种浮式防沙消浪系统结构，包括浮体单元和锚链单元，浮体单元由多个浮体模块拼合而成，其技术要点是：浮体模块包括刚性框架、管材、包裹于管材外部的植物纤维层、植物纤维填料、包裹于刚性框架外部的聚酯纤维基质层、设于植物纤维填料上的种模孔组，种模孔组中填加种植土并种植水生植被；锚链单元包括锚链、锚块和配重；浮体模块下方悬挂拦沙幕帘，拦沙幕帘的下端卷绕成囊状并向其中填充配重，拦沙幕帘上均匀布置网孔。本系统克服了现有防浪装置功能单一、环境融合度不高等缺陷，将风浪削减、水质净化和泥沙阻隔等功能融为一体，为风浪扰动下的浅水湖泊提供一种生态修复系统，不仅防沙消浪效果好，外部形态与环境高度融合。

Description

一种浮式防沙消浪系统结构
技术领域
本发明涉及水生态修复领域，具体涉及一种浮式防沙消浪系统结构。
背景技术
浅水湖泊是指夏季不分层并且在健康状态下能够大面积生长水生植物的湖泊，其水深一般在10米以内。它们的开发利用程度高，主要用于饮用水源、工农业取水、景观娱乐等多个方面，为我国经济社会发展和人民生产生活提供了宝贵资源。不仅如此，很多大中型湖库还成为了自然保护区，保护着众多珍惜动植物。
然而，由于水深较浅，底质受风浪扰动大，泥水界面相互作用强烈，它们较深水型湖泊更容易发生水质恶化或者水体富营养化问题。对于浅水湖泊而言，风浪扰动可引起大量沉积物发生再悬浮，持续释放有机污染物，导致水环境质量持续恶化，生态环境风险高。在风浪扰动和藻类的共同作用下，湖水水体浑浊、透明度极低，湖底沉水植物因缺少光照而出现大面积消亡，挺水植物在风浪冲击下倒伏。缺少了水生植物的庇护，湖泊的自净能力变弱，水生态系统严重退化。由此可知，风浪扰动是众多问题形成的根源，而控制风浪扰动成为浅水湖泊恢复水生植被的前提。
传统的防浪措施主要有防波堤、海堤等，这类硬质工程虽然防浪效果好，但维护成本高且容易滋生次生生态环境问题。以防波堤为例，它不仅会割裂湖区，改变湖区水动力条件，还会加重湖区局部区域防洪压力。随着绿色发展理念的普及，近年来人们越来越倾向于采用自然防御的方式来抵御风浪。在湖库内筑岛防浪的理念虽好，但筑岛对水动力条件的改变不能逆转。其他的防浪措施也都存在不同的问题，如木排桩和植物缓冲带。木排桩对水深的适应能力不足，木桩间的缝隙无法拦截波的衍射。植物缓冲带可以抵抗一定级别的小风浪，但在大风浪下植物容易倒伏失效。浮式防波堤的防浪效果较好，其漂浮式设计也不会割裂湖区，但其刚性外表与生态环境的融合度不高。浮动湿地虽能抵御一定级别的风浪，但其功能仍主要以水质净化为主，加之其价格昂贵且不具备拦沙作用。因而，上述措施均不能完全满足浅水湖泊风浪控制的需要。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种设计合理、使用可靠的浮式防沙消浪系统结构，克服现有防浪装置功能单一、环境融合度不高等缺陷，综合浮式防波堤与浮动湿地的优势，将风浪削减、水质净化和泥沙阻隔等功能融为一体，为风浪扰动下的浅水湖泊提供一种生态修复结构及方法；其防沙消浪效果好，外部形态与环境高度融合。
本发明的技术方案是：
一种浮式防沙消浪系统结构，包括浮体单元和锚链单元，所述浮体单元由多个浮体模块拼合而成，其技术要点是：所述浮体模块包括刚性框架、排布于刚性框架中的多根管材、包裹于管材外部的植物纤维层、填充于管材之间以及管材与刚性框架之间的植物纤维填料、包裹于刚性框架外部的聚酯纤维基质层、设于植物纤维填料上的种模孔组；所述种模孔组中填加种植土并种植水生植被，所述管材两端引出刚性框架并固定外盖，所述锚链单元包括与刚性框架的多根锚链、与锚链另一端连接的锚块、设于锚链上的配重，所述浮体模块下方悬挂拦沙幕帘，所述拦沙幕帘的下端卷绕成囊状并向其中填充配重，拦沙幕帘上均匀布置网孔。
上述的浮式防沙消浪系统结构，所述水生植被由挺水植物和藤蔓类沉水植物构成。
上述的浮式防沙消浪系统结构，所述管材为直径20cm的PVC管材，所述管间距为0.5m。
上述的浮式防沙消浪系统结构，所述管材外部的植物纤维层的厚度为5-10cm。
上述的浮式防沙消浪系统结构，所述浮体单元的边缘为齿形防波结构。
上述的浮式防沙消浪系统结构，所述拦沙幕帘由复合纤维材料制作而成。
本发明的有益效果是：
1、浮体模块采用刚性框架结构、管材、植物纤维层、植物纤维填料、聚酯纤维基质层以及种植土组合形成轻型刚性浮体湿地，一方面可满足漂浮消浪要求，另一方面可为水生植物提供生长平台。当浮力过大时，可打开管材两段的外盖并注入一定量的湖水来调节浮力，改变整个结构的淹没深度。模块还可通过管体内的水体晃动，抵消部分风浪扰动。模块表层覆盖少量种植土即可，为植物初期生长提供营养，以提高植物存活率，植物后续所需营养主要来自湖水。
2、浮体模块下方悬挂拦沙幕帘，可防止泥沙经由浮体模块下方进入防护区域，并通过带有配重的卷囊结构，防止其在水流作用下飘动。既能控制风浪，减少风浪对湖底沉积物的扰动，还能够阻隔泥沙，防止水流流动造成的泥沙交换。
3、浮动模块中的聚酯纤维基质层和下方悬挂的拦沙幕帘，都能够形成生物膜，起到良好的水质净化作用。
4、整个系统通过锚链固定，采用漂浮式结构设计，既克服了传统浮式防波堤与生态环境融合度不高的问题，又能形成相对稳定的小微生境，为昆虫、鸟类和两栖类等生物提供良好的栖息环境。
5、本发明针对浅水湖泊水环境质量恶化等问题，从问题根源入手，通过削弱风浪扰动来促进悬浮的泥沙沉积，提升水体透明度，改善沉水植物生长条件。同时，通过削减风浪来减少对植物缓冲带和岸体的冲击，可防止岸体被风浪侵蚀而崩塌，还能保持植物缓冲带的净化能力。
附图说明
图1是本发明一种浮体模块的结构示意图；
图2是本发明另一种浮体模块的结构示意图；
图3是本发明浮体单元一种拼合形态；
图4是本发明浮体单元另一种拼合形态；
图5是本发明浮体单元另一种拼合形态；
图6是本发明浮体单元另一种拼合形态。
图中：1.挺水植物、2.藤蔓类沉水植物、3.锚链、4.配重、5.锚块、6.刚性框架、7.拦沙幕帘、8.囊状、9.聚酯纤维基质层、10.管材、11.植物纤维填料、12.种植土。
实施方式
根据说明书附图对本发明作详细描述。
实施例
该浮式防沙消浪系统结构，包括浮体单元、锚链单元和拦沙幕帘，所述浮体单元由多个浮体模块拼合而成。
如图1所示，所述浮体模块包括刚性框架6、排布于刚性框架6中的多根管材10（参考图2）、包裹于管材10外部的植物纤维层、填充于管材10之间以及管材10与刚性框架6之间的植物纤维填料11（参考图2）、包裹于刚性框架6外部的聚酯纤维基质层9、设于植物纤维填料11上的种模孔组。所述种模孔组中填加种植土12并种植水生植被。所述管材10两端引出刚性框架6并固定外盖。
所述刚性框架6由高强度不锈钢板和不锈钢螺栓副拼合固定而成，尺寸和材质可根据现场实际情况调整。本实施例中，刚性框架6为矩形，尺寸为3m×4m。所述管材10为直径20cm的PVC管材，所述管间距为0.5m。所述管材10外部的植物纤维层的厚度为5-10cm。整个系统结构的浮力由浮体模块提供，管材10扣装外盖后形成空气柱。管材10携带胶垫穿过预留在钢性框架上的安装孔，旋紧外盖后实现钢性框架的固定。当浮力不够时，可适当增加管材的密度，而当浮力过大，可打开管材10两端的外盖并注入一定量的湖水，通过调节浮力改变整个系统结构的淹没深度，通过水体晃动抵消部分风浪扰动。
所述水生植被一般以乡土本地物种为主，植物选择时应综合考虑防风消浪和景观效果。采取上、下组合形成立体植物结构。本实施例中，所述水生植被由挺水植物1和藤蔓类沉水植物2构成。挺水植物1可选择芦苇、香蒲、菖蒲、千屈菜等，藤蔓类沉水植物2可选择狐尾藻等。挺水植物1和藤蔓类沉水植物2的结合，可以很好地覆盖浮动模块，使整个系统与周边生态环境融为一体。植物体系可为鸟类和两栖类等生物提供良好的生存环境，营造出小微生态系统。
所述锚链单元包括与刚性框架6的多根锚链3、与锚链3另一端连接的锚块5、设于锚链3上的配重4。本实施例中，锚链3采用钢丝绳，进行浮式模块与湖底之间的连接，长度可根据水深确定。当水深为1.6米左右，单根锚链3长度最长不应超过6m。锚链3采取斜拉式锚固方式，单根锚链3可承受拉力应不小于280N。下部连接的锚块5可在系统位置确定后，通过抛投的方式固定在湖底。配重4可根据浮体单元的重量进行调节，它和锚块5的材质均为混凝土。
所述浮体模块下方悬挂拦沙幕帘7，所述拦沙幕帘7的下端卷绕成囊状8并向其中填充配重，拦沙幕帘7上均匀布置网孔。所述拦沙幕帘7由复合纤维材料制作而成，在水中具有一定的柔性，能够适应水流冲击并拦截水中颗粒物。拦沙幕帘7的下端自然垂直深入水底，保证拦截泥沙效果。通过多排浮体模块与多排幕帘不同网孔的设置，可综合消减水面波浪能量及水下泥沙悬浮物，增加岸线的水土保持效果及水体清洁效果。网孔大小不得大于泥沙主要组成成分的粒径。
浮体模块的组合可形成不同形态的浮体单元，既有助于提升防浪效果，又能够形成一定景观形态。参见图3，采用图1中的小矩形浮体模块拼合成大矩形浮体单元，浮体单元边缘的长边和短边分别为直线型。
实施例
如图2所示，浮体模块采用边长为2m的六边形刚性框架6。
参见图5，本实施例中浮体单元采用如图2所示的多个六边形浮体模块拼合而成，浮体单元边缘为齿形防波结构，具体的，迎向水流的边缘由多个连续的梯形边连接而成。
实施例
如图2所示，浮体模块采用六边形刚性框架6。
参见图6，本实施例中浮体单元采用如图2所示的多个六边形浮体模块拼合而成，浮体单元边缘为齿形防波结构，具体的，迎向水流的边缘由多个连续的三角形边连接而成。
实施例
参见图4，采用正方形浮体模块拼合成浮体单元，浮体单元迎向水流的边缘由多个连续的直角形边连接而成。浮体模块采用2m×2m的正方形钢性框架6。
本发明所述的浮式防沙消浪系统结构的形式可以多样化，通过模块组合可形成独立的大型浮式防沙消浪系统结构，用于拦截大型风浪。也可以通过多个系统结构分布排列，形成多级防沙消浪体系，实现风浪的逐级削减。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种浮式防沙消浪系统结构，包括浮体单元、锚链单元，所述浮体单元由多个浮体模块拼合而成，其特征在于：所述浮体模块包括刚性框架、排布于刚性框架中的多根管材、包裹于管材外部的植物纤维层、填充于管材之间以及管材与刚性框架之间的植物纤维填料、包裹于刚性框架外部的聚酯纤维基质层、设于植物纤维填料上的种模孔组；所述种模孔组中填加种植土并种植水生植被，所述管材两端引出刚性框架并固定外盖，所述锚链单元包括与刚性框架的多根锚链、与锚链另一端连接的锚块、设于锚链上的配重，所述浮体模块下方悬挂拦沙幕帘，所述拦沙幕帘的下端卷绕成囊状并向其中填充配重，拦沙幕帘上均匀布置网孔。
2.根据权利要求1所述的浮式防沙消浪系统结构，其特征在于：所述水生植被由挺水植物和藤蔓类沉水植物构成。
3.根据权利要求1所述的浮式防沙消浪系统结构，其特征在于：所述管材为直径20cm的PVC管材，所述管间距为0.5m。
4.根据权利要求1所述的浮式防沙消浪系统结构，其特征在于：所述管材外部的植物纤维层的厚度为5-10cm。
5.根据权利要求1所述的浮式防沙消浪系统结构，其特征在于：所述浮体单元的边缘为齿形防波结构。
6.根据权利要求1所述的浮式防沙消浪系统结构，其特征在于：所述拦沙幕帘由复合纤维材料制作而成。
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