一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统及方法与流程

本申请涉及水利工程与河湖生态修复，特别是涉及一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统及方法。

背景技术：

1、为恢复河流纵向连通性，大量老旧拦河坝被拆除。然而，长期运行的拦河坝在上游库区造成严重淤积，下游河床也因水文情势改变而发生地形变化。拆坝后，库区淤积地形会被水流自然下切，河势趋于不稳定。原库区内的既有桥梁需在拆坝后通常继续使用。由于年代久远、资料缺失，其基础的真实状态难以评估。拆坝后河床下切会导致桥梁基础（特别是摩擦桩）的侧摩阻力丧失，地基承载力下降。传统加固方式（如加长桩基）成本高，且若仅加固基础而不处理周边河床，会在硬质结构与天然土基交界处形成冲坑，加剧河势紊乱，甚至导致基础两侧土压力不平衡而失稳。由于单纯的拆坝行为只解决了“连通”问题，而拆坝区上下游的河道地形、底质、滨岸已严重偏离天然状态，形成不适宜鱼类栖息的环境（如水流单一、缺乏深潭-浅滩序列、底质均一化）。这使得生态拆坝的初衷大打折扣。目前尚缺乏一种能够同时解决桥梁基础防护与鱼类栖息地营造的综合性结构。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请目的之一在于提供一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，以在拦河坝拆除后库区场景下，防止因河床下切导致承载力下降和结构失稳，并弥补单纯拆坝工程对河道生境造成的破坏。本申请目的之二在于提供一种库区桥梁分级防护协同生境营造设计方法。

2、为实现目的之一，第一方面，本申请提供了一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，包括以桥梁的下部结构为中心依次设置的强防护区、中防护区和弱防护区，所述强防护区、所述中防护区和所述弱防护区的变形量依次增大；

3、其中，所述强防护区绕所述下部结构的周边布置，所述强防护区内铺设有微孔隙硬质平铺结构；所述中防护区包围所述强防护区，所述中防护区内满铺设置有大孔隙硬质平铺结构，并在所述大孔隙硬质平铺结构内间隔嵌设有微孔隙硬质凸起结构；所述弱防护区连接于所述中防护区与上下游的天然河道之间，所述弱防护区内沿水流方向间隔交替布置有组合丁坝和潜坝；

4、其中，所述强防护区的顶面高程与所述下部结构处的现状河床面高程一致，并大于所述中防护区的河床面高程；所述中防护区的河床纵坡、河道天然纵坡和所述弱防护区的河床纵坡的坡度依次增大；以被定义使得：

5、所述强防护区、所述中防护区和所述弱防护区分别对应形成水陆交错带高地、深水缓流区和浅水急流区不同地貌单元，以在防护所述下部结构的同时，营造出多样化的鱼类栖息生境。

6、可选地，所述微孔隙硬质平铺结构包括植生生态混凝土块和铰接混凝土块中的至少一种；和/或，所述大孔隙硬质平铺结构包括格宾石笼网箱、抛石和干砌石中的至少一种；和/或，所述组合丁坝和所述潜坝包括木桩、竹桩、格宾石笼和干砌石中的至少一种。

7、可选地，每个所述组合丁坝包括长丁坝和短丁坝，所述长丁坝和所述短丁坝沿垂直于水流方向间隔布置于河道两岸，每个所述组合丁坝中的所述长丁坝和所述短丁坝之间的竖向缝隙诱导形成主槽；且相邻两个所述组合丁坝中的所述长丁坝和所述短丁坝沿水流方向交替布置，以使所述主槽蜿蜒延伸；

8、其中，所述潜坝的顶面与所述弱防护区的河床齐平，所述潜坝的宽度大于主槽宽度且小于河床总宽度。

9、可选地，所述组合丁坝上间隔设置有缺口和浅槽，所述缺口设于所述组合丁坝的内部区域，所述浅槽设于所述组合丁坝的顶部边缘。

10、可选地，至少一个所述组合丁坝和/或所述潜坝包括原拦河坝的部分坝体，以实现原拦河坝的坝体复用。

11、可选地，所述强防护区紧邻所述下部结构的边线布置；以及，所述强防护区包括中心顶面平台和围绕所述中心顶面平台的四周斜坡，所述强防护区通过所述四周斜坡与所述中防护区衔接。

12、可选地，所述中防护区为距离所述桥梁的中心轴线一定范围内的河床、边坡；所述中防护区处于桥梁轴线的上游区域的河床面低于推测的天然河床面，处于桥梁轴线的下游区域的河床面高于推测的天然河床面。

13、可选地，所述弱防护区为距离所述中防护区的上下游一定范围内的河床、边坡，且所述弱防护区处于所述中防护区的上游区域的上游起点至处于所述中防护区的下游区域的下游终点之间的纵坡综合坡比接近所述河道天然纵坡。

14、可选地，对应于所述浅水急流区的所述弱防护区内的主槽深潭铺设大粒径砾石、主槽浅滩铺设中小粒径卵石与砾石、边滩铺设砂砾混合料；对应于所述深水缓流区的所述中防护区内的所述大孔隙硬质平铺结构中填充大粒径块石；对应于所述水陆交错带高地的所述强防护区内的表层覆盖壤土或细砂；以及，

15、所述中防护区内种植沉水植物，所述强防护区内种植由草本层、灌木层和乔木层构成的复层群落植被；以及，

16、在关键地貌处点缀铺设小型点状结构，所述关键地貌包括主槽深潭和主槽浅滩过渡区、边滩近水边缘、强防护区边缘和组合丁坝坝头下游中的至少一处。

17、为实现目的之二，第二方面，本申请提供了一种库区桥梁分级防护协同生境营造设计方法，用于设计如本申请第一方面提供的库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，包括以下步骤：

18、s1、以桥梁的下部结构为中心，由内向外依次划定强防护区、中防护区和弱防护区；

19、s2、对所述强防护区进行地形塑造，使其顶面高程与所述下部结构处的现状河床面高程一致，并在所述强防护区内满铺微孔隙硬质平铺结构；

20、s3、对所述中防护区进行地形塑造，使其河床纵坡为0或为缓坡，并在所述中防护区内满铺大孔隙硬质平铺结构、间隔嵌设微孔隙硬质凸起结构；

21、s4、对所述弱防护区进行地形塑造，使其河床纵坡陡于河道天然纵坡、且明显陡于所述中防护区的河床纵坡，并在所述弱防护区内沿顺水流方向间隔布置组合丁坝和潜坝；

22、其中，通过所述强防护区、所述中防护区和所述弱防护区的地形塑造与结构布置，使三个防护区的防护强度沿所述下部结构由内向外依次递减、且变形量依次增大，并分别对应形成水陆交错带高地、深水缓流区和浅水急流区三种地貌单元，以在防护所述下部结构的同时，营造多样化的鱼类栖息生境。

23、与现有技术相比，本申请包括以下优点：

24、本申请实施例提供的系统，通过强、中、弱三级防护区的地形关系和结构协同，从核心区到外围渐进式地抵抗水流冲刷和地形下切。强防护区几乎不允许变形，中防护区允许一定程度变形，弱防护区允许一定冲淤变化，三者共同作用从根本上避免了桥梁基础与天然土基的直接接触，消除了形成集中冲坑的风险，并避免了单一高强度防护带来的生境均质化问题。在实现了防护的基础上，通过地形塑造和结构布置，主动营造了浅水急流区、深水缓流区、水陆交错带高地三大地貌单元，从而在有限库区范围内营造出多样化的鱼类栖息生境，实现防护与生境营造的一体化协同。

25、所述方法与上述系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

1.一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，包括以桥梁的下部结构为中心依次设置的强防护区、中防护区和弱防护区，所述强防护区、所述中防护区和所述弱防护区的变形量依次增大；

2.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，所述微孔隙硬质平铺结构包括植生生态混凝土块和铰接混凝土块中的至少一种；和/或，所述大孔隙硬质平铺结构包括格宾石笼网箱、抛石和干砌石中的至少一种；和/或，所述组合丁坝和所述潜坝包括木桩、竹桩、格宾石笼和干砌石中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，每个所述组合丁坝包括长丁坝和短丁坝，所述长丁坝和所述短丁坝沿垂直于水流方向间隔布置于河道两岸，每个所述组合丁坝中的所述长丁坝和所述短丁坝之间的竖向缝隙诱导形成主槽；且相邻两个所述组合丁坝中的所述长丁坝和所述短丁坝沿水流方向交替布置，以使所述主槽蜿蜒延伸；

4.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，所述组合丁坝上间隔设置有缺口和浅槽，所述缺口设于所述组合丁坝的内部区域，所述浅槽设于所述组合丁坝的顶部边缘。

5.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，至少一个所述组合丁坝和/或所述潜坝包括原拦河坝的部分坝体，以实现原拦河坝的坝体复用。

6.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，所述强防护区紧邻所述下部结构的边线布置；以及，所述强防护区包括中心顶面平台和围绕所述中心顶面平台的四周斜坡，所述强防护区通过所述四周斜坡与所述中防护区衔接。

7.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，所述中防护区为距离所述桥梁的中心轴线一定范围内的河床、边坡；所述中防护区处于桥梁轴线的上游区域的河床面低于推测的天然河床面，处于桥梁轴线的下游区域的河床面高于推测的天然河床面。

8.根据权利要求1所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，所述弱防护区为距离所述中防护区的上下游一定范围内的河床、边坡，且所述弱防护区处于所述中防护区的上游区域的上游起点至处于所述中防护区的下游区域的下游终点之间的纵坡综合坡比接近所述河道天然纵坡。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，其特征在于，对应于所述浅水急流区的所述弱防护区内的主槽深潭铺设大粒径砾石、主槽浅滩铺设中小粒径卵石与砾石、边滩铺设砂砾混合料；对应于所述深水缓流区的所述中防护区内的所述大孔隙硬质平铺结构中填充大粒径块石；对应于所述水陆交错带高地的所述强防护区内的表层覆盖壤土或细砂；以及，

10.一种库区桥梁分级防护协同生境营造设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1至9中任一项所述的库区桥梁分级防护协同生境营造一体化系统，包括以下步骤：