一种半潜式分层防冲促淤装置
技术领域
本发明涉及河道整治工程技术领域，尤其涉及一种半潜式分层防冲促淤装置。
背景技术
在自然条件下，河道由于受水流长期冲刷，将导致河岸堤脚、水下岸坡及河底发生严重的侵蚀破坏，造成河道冲淤失衡，严重时甚至引起河岸崩坍和决堤、桥梁倒塌、水工建筑物遭到破坏等后果。尤其是近年来，随着河道建设枢纽工程，造成坝下游河段冲刷加剧。以长江为例，三峡水库蓄水运用后长江中下游河段的来沙量大幅减少，引起了河床的普遍冲刷，造成河岸崩退，洲滩冲失，滩槽格局调整，航道变迁，浅滩频发，既影响航道畅通，也严重威胁长江的防洪安全和人民生命财产安全。因此，河道防冲促淤技术研究具有重要的理论和现实意义。
防冲促淤主要目的是通过改变波浪、水流和泥沙运动的动力条件，使水流流速减缓或形成回流，使泥沙落淤而淤高床面，起到保护滩面和减小各种水工结构物的基础免受水流冲刷的作用。
传统的防冲促淤技术方法按结构物的型式主要分为实体不透水型和生态型两种型式。其中，实体不透水型防冲促淤技术主要包括抛石、丁坝、顺坝、沉排、混凝土膜袋等，是目前我国在工程上广泛应用的防冲促淤结构形式，但存在以下几点不足：1)常年受到水流冲击，加上河底基础沉降和砂土流失等问题，容易造成结构物破损甚至坍塌。2)在高水位时期，其防冲促淤的效果明显减弱。3)减小局部的过水面积，影响河道的泄洪能力。4)改变河底的自然状态，破坏工程附近的生态环境。5)需要大量的石料或其他建筑材料，施工难度大，工程造价高；生态型防冲促淤技术是指在岸滩或浅水底部种植红树林和米草等大型水生植物，以其发达的根茎阻挡水流和泥沙。由于生态型防冲促淤技术注重环境保护，在世界各国特别是发达国家较受欢迎，但从实践情况来看，也暴露出它的一些固有缺点：1)适用范围较小，一般用于岸滩及浅水区，对于水深大，流速快的河道中间区域则不适用。2)水生植物的防冲促淤作用的发挥有季节性，其生长环境又具有区域特殊性。3)植物根系发达，无法人为控制其生长范围，容易阻塞水道。
植被在水生态系统中起到非常重要的作用，它能净化水质，为水生动植物及微生物提供良好的生存环境，同时也是维护水生态系统及其物种多样性的基础。相比于刚性植物，柔性植物除了有净化水体、为生物提供栖息地和繁育场所等重要作用外，还具有较好的促淤缓流能力，当水流流经柔性植物时，植物沿流向会发生弯曲和摆动现象，其占据河道的空间较小，对泄洪的影响小。
因此，如何设计一种结构稳定合理的防冲促淤装置，确保其具有良好的防冲促淤效果，同时解决现有防冲促淤技术中结构物易受破损、行洪阻力大、适用性受到限制、施工复杂、工程造价高等缺陷，以及减少对工程区域附近的生态环境破坏问题，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种半潜式分层防冲促淤装置，确保其具有良好的防冲促淤效果，同时解决现有防冲促淤技术中结构物易受破损、行洪阻力大、适用性受到限制、施工复杂、工程造价高等缺陷，以及减少对工程区域附近的生态环境破坏问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为，一种半潜式分层防冲促淤装置，包括悬浮于水中，通过柔性绳索连接成一个整体，同时通过轻质锚链锚固于河床的多个浮体单元；
所述浮体单元采用分层结构，其中，上层为柔性仿真植物，用于对河流的中上层水体产生能量耗损，实现水体中悬移质的淤落和沉积；中层为悬浮块体，用于悬浮于水中；下层为促淤缓流板，用于对河流的中下层水体产生能量耗损，实现推移质静止沉积；
所述悬浮块体上部具有用于固定所述柔性仿真植物并交错布置的圆柱体孔，下部具有用于安装所述促淤缓流板并呈倒三角形状的凹槽，在迎水面和侧面设置有用于所述柔性绳索及轻质锚链系缆的金属环扣；
实施步骤包括：
第一步，选取若干柔性仿真植物，将其下部茎干绑扎成一个整体，并伸入已在工厂预制成型的悬浮块体上部交错布置的圆柱体孔内，随后注入粘性环保材料进行固定；
第二步，待柔性仿真植物与悬浮块体衔接牢固后，将促淤缓流板按递增的长短顺序依次安装于悬浮块体下部的凹槽内部，并进行促淤缓流板的小幅度摆动测试；
第三步，利用柔性绳索将悬浮块体侧面的金属环扣进行连接稳固，使各浮体单元连成一个整体；
第四步，采用吊装的方式将装置安放在指定的位置，利用轻质锚链将装置锚固在河床，并调节好装置在水中高度，安装完毕。
可选的，每个所述浮体单元均设置有若干个促淤缓流板，所述促淤缓流板沿水流方向间隔布置，且高度依次增加0.5～1倍。
进一步的，所述促淤缓流板上端具有与所述凹槽形状相适配的连接部。
更进一步的，在位于所述连接部下方的促淤缓流板上设置有消能孔，相邻的促淤缓流板上的消能孔沿水流方向间隔交错布置。
由上，本发明的半潜式分层防冲促淤装置至少具有如下效果：
1.本发明装置悬浮于河道水体中，相比于传统的低水整治建筑物大多只拦截推移质的情况而言，该装置上层的柔性仿真植物模型可对河流的中上层水体产生能量耗损，有利于水体中悬移质的沉积淤落，下层促淤缓流板可对河流的中下层推移质和下层高含沙水流产生能量耗损，同时，通过调整促淤缓流板的高度，使得装置后方形成一定范围的回流，达到泥沙在特定区域静止沉积的目的，防冲促淤效果显著。
2.本发明装置上层和下层均为透水结构，对河道泄洪的影响小，可根据需要防冲促淤的边滩具体情况，合理选择安放位置、浮体单元数量以及在水体中悬浮的高度。
3.本发明装置上层的柔性仿真植物可为附近的水生动物提供附着、栖息的场所，可改善周围的水体环境，同时，本装置为浮式结构，有利于底栖动物的生存及装置附近的水体交换。
4.本发明装置结构稳定合理，制作简单、施工及后期的维护方便，经济指标高。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本发明装置应用于河道的俯视图；
图2为本发明浮体单元的结构示意图；
图3为本发明悬浮块体的俯视图；
图4为本发明浮体单元的正视图；
图5为本发明促淤缓流板的正视图。
图中，1、柔性仿真植物；2、悬浮块体；3、促淤缓流板；4、金属环扣；5、轻质锚链：6、柔性绳索；7、圆柱体孔；8、凹槽；9、消能孔。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
本发明优选实施例提供的半潜式分层防冲促淤装置，如图1-5所示，由多个浮体单元组成，浮体单元采用分层结构，上层为柔性仿真植物1，中层为悬浮块体2，下层为促淤缓流板3。
由图1所示，本发明装置由多个浮体单元组成，浮体单元采用垂直水流的横向布置，放置在需要防冲促淤的边滩上游侧，使装置在河道横向方向上覆盖边滩，促进边滩淤高、淤宽，同时，起到束窄航槽，增大航槽内流速，加强航道浅滩冲刷的作用。特别的，本装置可以根据前述边滩的具体情况，合理选择安放位置、浮体单元数量以及在水体中悬浮的高度，以达到理想的工程效果。
由图3所示，本发明的悬浮块体2采用韧性较好、具有一定变形能力、密度小于水的新型材料制成。悬浮块体2上部交错布置有圆柱体孔7，用于固定柔性仿真植物1。在植物分布密度相同的前提下，交错排列分布与非交错排列分布相比，增加了柔性植物与水体的接触面积，提高了装置防冲促淤的效果。柔性仿真植物1的茎干和叶采用强韧性聚乙烯材料制作，选取若干柔性仿真植物1下部茎干绑扎成一个整体，并伸入悬浮块体2上部的圆柱体孔7内，随后注入粘性环保材料进行固定。悬浮块体2下部设置有倒三角形状的凹槽8，促淤缓流板3上部可通过施加外力的方式安装于凹槽8内，后期促淤缓流板3需维护或更换时，同样也可以通过施加外力的方式将其从凹槽8内取出。
由图4、图5所示，本发明的每个浮体单元均配有若干个促淤缓流板3，促淤缓流板3采用新型环保材料制成，其密度与水的密度相近，可悬浮于水体中。促淤缓流板3沿水流方向间隔布置，且高度依次增加0.5～1倍。促淤缓流板3上设有消能孔9，其直径为10cm～50cm，相邻促淤缓流板3上的消能孔9交错布置。对于消能孔9，其作用是：1)增加装置的促淤缓流效果，同时使装置下层成为半透空结构，减少对河道泄洪的影响；2)调节装置下层附近的水流结构，减少促淤缓流板3受到水流的直接冲击力，延长其使用寿命。此外，由于悬浮块体2下部的凹槽8空间较大，当促淤缓流板3上部安装在凹槽8以后，促淤缓流板3沿水流方向可有小幅度的摆动空间。
本发明的浮体单元利用中层的悬浮块体2悬浮于水中，利用上层柔性仿真植物1对河流中上层的水体产生能量耗损，有利于水体中悬移质的淤落和沉积，利用促淤缓流板3对河流中下层的水体产生能量耗损，通过调整促淤缓流板的高度，使得装置后方形成一定范围的回流，达到泥沙在特定区域静止沉积的目的。
本发明的悬浮块体2在迎水面和两侧均设置有金属环扣4，用于柔性绳索6以及轻质锚链5系缆。浮体单元之间通过柔性绳索6连接成一个整体，通过轻质锚链5将装置锚固于河床，防止装置整体被河水冲击变形。
本发明结构稳定合理，制作简单、施工及后期的维护方便，可根据河道需要防冲促淤的区域合理的选择安放位置、浮体单元的数量以及在水体中悬浮的高度，防冲促淤效果好且对河道泄洪的影响小。
本发明具体实施步骤如下：
第一步，选取若干柔性仿真植物1，将其下部茎干绑扎成一个整体，并伸入已在工厂预制成型的悬浮块体2上部交错布置的圆柱体孔7内，随后注入粘性环保材料进行固定。
第二步，待柔性仿真植物1与悬浮块体2衔接牢固后，将促淤缓流板3依按递增的长短顺序依次安装于悬浮块体2下部的凹槽8内部，并进行促淤缓流板3的小幅度摆动测试。
第三步，利用柔性绳索6将悬浮块体2侧面的金属环扣进行连接稳固，使各浮体单元连成一个整体。
第四步，采用吊装的方式将本装置安放在特定的位置，利用轻质锚链5将装置锚固在河床，并调节好该装置在水中高度，安装完毕。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
