四面六边透水框架群护岸机理研究

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1、http://www.paper.edu.cn1四面六边透水框架群护岸机理研究1112吴龙华周春天严忠民王南海1.南京河海大学水生态环境模拟中心210098;2.江西南昌水利科学研究所330029email:jxbywlh2000@yahoo.com.cn摘要：四面六边透水框架群是近年来发展起来的一种新型的“亲水”式生态护堤固岸技术。本文从框架群自身的结构特性以及空间布置方案出发，通过对框架群水力特性及其影响因素的分析研究，探讨框架群护岸的作用机理，为框架群的应用推广提供指导依据。关键词：生态护岸；四面六边透水框架群；水力特性；1、概述对世界

2、各国来说，江河湖泊及海岸带的堤防和岸滩的安全稳定一直以来都是各国政府水利工程建设和管理的核心问题，特别是在雨季行洪或风暴潮期间，提防岸滩的安全稳定更显得尤为重要。不但直接影响到社会经济的发展和人民生命财产的安全，而且堤防岸滩处在陆地—水域交界带，同时受陆地和水域过程的影响，对陆地和水域的生态环境有着重大的影响。因此，如何迅速有效地实现护堤固岸的同时尽可能地减少对堤防岸滩这一陆地—水域交界带的生态环境的影响，甚至能够修复和改善交界带的生态环境，就成为现代堤防安全建设和管理的一个关键问题。长期以来，为了实现护堤固岸，采用过各种各样的技术和方法，其

3、中水下护坡常采用：丁坝、抛石固脚、抛矿渣、沉排、沉笼等工程措施；水上护坡常采用如：消坡砌石、铺垫混凝土预制块、浇筑混凝土等措施。这些工程措施都在一定程度上增强了提防岸滩的抗冲刷能力和稳定性，这些防护技术的一个共同特点就是都采用的“阻水”式防护，既尽可能地把水流和防护对象隔离开来，对水流采用的是集中消能。这样一方面不但会造成水流对防护措施的严重冲击，加快防护措施本身的破坏，而且当防护措施被破坏后将会增强水流对提防岸滩的破坏。从以前各种工程防护措施实施后须不断加强维护、补充甚至重新施工可以看出，这些方法虽然在短时间内防护效果比较明显，但从中、长期

4、来看存在着工程量大、投资大、需不断维护补充等不足之处，特别是对促进、加强岸滩稳定方面并无十分明显的效果。另一方面，这些工程措施在施工和使用过程中，很大程度上改变了区域局部的水流条件和地形条件，对部分水中生物、岸滩两栖生物（特别是对依赖岸滩沙地的甲壳类、对水流条件有特殊要求的某些鱼类等浮游生物）的栖息、繁殖环境造成严重的破坏和影响。在二[1]十世纪九十年代，西北水利科学研究所，江西水利科学研究所等提出了一种新型的护堤固1本课题得到教育部科学技术研究重点项目(项目编号：104103)资助。-1-http://www.paper.edu.cn岸技术

5、，利用抛投四面六边透水框架群来护堤固岸，并在一些实际工程中得到应用，取得了良好的工程效果。该技术的最大特点就是放弃了传统的“阻水”式防护方式，而采用了“亲水”式防护，使得岸边水流能够平稳过度，不会对堤防岸滩的稳定和安全造成破坏性影响，同时能够最大限度地减少对原有环境和地形的影响和破坏，甚至框架群的内部空隙及边杆还能为某些附着生物、底栖生物提供栖息场所，也不会阻隔岸滩两栖生物的生活通道。作为一种新型的护堤固岸技术，四面六边透水框架群并不是通过把防护对象和水流尽量隔离——阻水方式来实现对提防岸滩的防护，而是采用“亲水”式防护对提防岸滩进行生态型防

6、护治理。四面六边透水框架群是由众多的四面六边透水框架体组成(如图1～图2所示)，框架群不但可以通过内部框架体本身和框架体之间的空隙来透水，而且也为底栖、浮游、附着生物提供了栖息场所，为岸滩两栖生物的提供了生活通道；同时框架群通过内部众多框架体的杠件来阻水，杠件在阻水的同时也实现了对水流的消能。因此利用框架群这种同时具备透水和阻水消能的特点，可以对水流进行多层次、分级式消能逐步消弱水流的冲刷能量，减低水流对提防岸滩的冲刷，实现了从传统护岸技术中的集中消能到逐步分级式消能的转变，达到了“亲水”式生态防护的目的。当水流经过四面六边透水框架群的消能后

7、流速小于泥沙的沉降速度时，将会促进水体中泥沙的淤积沉淀，从而进一步增强了对堤防岸滩的保护。Wl0b0H0b0L图2四面六边透水体及杆截面示意图图1四面六边透水框架群示意本文通过试验研究，从四面六边透水框架群的结构组成、空间尺寸、布置方式等方面出发，对框架群的水力特性及其影响因素进行试验分析，并探讨四面六边透水框架群护岸的作用机理，为这种“亲水”式生态防护技术在工程中推广运用提供参考依据。2、试验装置试验在20m×1m×1m的变坡水槽中进行，试验时调节水槽底坡以形成稳定的均匀流，流速采用SonTek公司的超声多谱勒(ADV)测速仪量测，该测速仪

8、能够进行三维流场的实时测量，并且对测点处流场无影响，完全能够满足试验所需的精度要求，实验装置如图1所示。为便于观测投放框架群后的水力特性变化，试验中保持流量恒定。对