湖泊沿岸带综合消浪方法及装置.pdf

湖泊沿岸带综合消浪方法，其特征是在浪击带前沿设置消浪屏障，削减70％以上的波浪能量，同时沿刚性湖堤岸设置波浪吸收带，消除反射浪，稳定近岸水体，促进泥沙淤积和浅滩形成，待岸带植被重新建成，形成护岸防蚀的自然生态屏障之后，消浪设施拆除。消浪设施包括：木篱式消浪带、拦网式柔性消浪带、人工堤岸前波浪吸收带，根据消浪保护区的地形、地质条件、风浪特点以及消浪要求，综合设计消浪方案。

1、  湖泊沿岸带综合消浪方法，其特征是在浪击带前沿设置消浪屏障，削减70％以上的波浪能量，同时沿刚性湖堤岸设置波浪吸收带，消除反射浪，稳定近岸水体，促进泥沙淤积和浅滩形成，待岸带植被重新建成，形成护岸防蚀的自然生态屏障之后，消浪设施拆除。

2、  根据权利要求1所述方法的消浪装置，其特征是包括以下消浪设施：
木篱式消浪带：在消浪保护区迎风面边界上，用原木桩、钢筋等材料设置通透率10％～30％的木篱笆，木篱式消浪带的高度应略高于最高水位时的最大波峰高度，木桩强度及打入湖底的深度视波浪大小及湖底硬度而定，在风浪冲刷比较强烈的迎风岸，湖底沉底物大多为沙质，木桩小头直径应大于100mm，打入湖底深度不小于2m。为了防止波浪对木篱式消浪带前后湖底的侵蚀，在木篱式消浪带两侧压沙袋保护湖底，以增加消浪带的稳固性。每间隔2～3m使用大规格木桩作骨干桩，并且向迎风面设斜拉线，以提高消浪带的抗浪强度；
拦网式柔性消浪带：设置在木篱式消浪带之后，进一步削弱风浪；或者布设在消浪保护区内，用于抑制保护区内部风浪的兴起，由木桩、聚乙烯网和填充材料组成的条带状吸收波浪装置，通常垂直于主风向布设，其宽度应大于波浪的波长，高度应略高于最大波浪浪峰高度，墙网采用高强度聚乙烯有结网，下纲以小木桩固定。分隔网采用通透率50％左右的聚乙烯网布，呈锯齿形布设，齿尖锥度60度左右，在齿尖迎风的分格中填充人造纤维废物、柔韧耐腐的植物秸秆等，构成吸收波浪能量的锯齿形结构，在迎风面木桩上设置斜拉线，以增加消浪带的抗浪强度；
人工堤岸前波浪吸收带：沿人工湖堤布设，“软化”人工湖堤，吸收波浪的能量，减轻波浪的反射，由木桩、聚乙烯网及填充材料组成的条带状吸收波浪装置其结构类似于拦网式柔性消浪带，差别在于全部使用单木桩，背风面背靠人工堤岸不设墙网，迎风面不设斜拉线。

3、  根据权利要求2所述消浪装置，其特征是对于以沿岸带生态修复为目标的消浪工程，当最大波高小于0.5m时，采用“拦网式柔性消浪带+人工堤岸前波浪吸收带”方案；当最大波高大于0.5m时，宜采用“木篱式消浪带+拦网式柔性消浪带+人工堤岸前波浪吸收带”方案；当消浪保护区内沿主导风向跨度超过100m时，还需要在保护区内部布设拦网式柔性消浪带，木篱式消浪带宜沿迎风边界布设，与主风向夹角小于30度的侧风边界，宜采用拦网式柔性消浪带，当迎风边界与主风向夹角大于60度时，木篱式消浪带应沿边界连续布设；当迎风边界与主风向夹角小于60度时，木篱式消浪带应垂直于主风向呈羽状布设，拦网式柔性消浪带在任何情况下均可沿保护区边界布设，保护区内部的拦网式柔性消浪带宜垂直于主风向布设。

湖泊沿岸带综合消浪方法及装置
                              技术领域
本发明涉及湖岸实施环境整治和生态修复，特别是一种湖泊沿岸带综合消浪方法及装置，属水环境工程技术领域。
                              背景技术
在大型湖泊中，风浪是具有一定破坏性的水动力现象，它常常引起湖岸的侵蚀和崩塌，危及岸堤及堤外居民生命财产的安全。以保护堤岸为目标的消浪工程技术已经相当成熟，在海洋、江河、湖泊中应用十分广泛，但以保护沿岸带浅水区免受风浪侵蚀的工程技术却相当贫乏，现有的几种都属于筑堤挡浪性质，如块石驳岸或建设混凝土湖堤可以经受风浪的冲击，许多大型湖泊都构筑了此类人工堤岸，这虽然在一定程度上暂时解决了湖岸侵蚀问题，但却造成了严重的岸带生态破坏。人工堤岸为刚性结构，对风浪有强烈的反射作用，反射波与来自大湖面的波浪发生干涉叠加，在堤岸前形成强烈的浪蚀作用，可以摧毁一切岸带生物及其生存环境。国内曾经在太湖发明了浮毯式生物消浪带技术，这种以水花生为填充物的消浪带无法承受频繁的强烈风浪冲击。
湖泊沿岸带综合消浪是岸带生态修复的辅助措施，在对遭受风浪严重侵蚀的湖岸实施环境整治和生态修复的过程中，需要有效控制沿岸带的风浪冲刷强度，稳定水体，减轻湖底侵蚀，促进泥沙沉积，营造有利于水生植被恢复的良性生态环境。在此基础上，才能迅速重建岸带挺水植被，形成护岸防蚀的自然生态屏障。当岸带挺水植被发育稳定之后，人工控制风浪的设施就可以拆除。正是这种特殊的对临时性岸带消浪措施的需求，引出了湖泊沿岸带综合消浪技术的研究开发。。
                              发明内容
本发明的目的在于为湖泊岸带生态修复提供一种湖泊沿岸带综合消浪方法及装置：(1)有效性，它必须能够保护整个浪击带，将风浪对岸滩的冲刷强度削减到一定的程度，以至于形成比较稳定的沿岸带水体环境，变岸滩侵蚀为淤积，适合于大型挺水植物的生长；(2)安全性，所构筑的控制风浪设施均为临时性措施，当岸带挺水植被发育稳定之后这些设施就可以拆除，不能给岸带环境和生态带来任何负面效应；(3)经济合理性，在岸带生态修复过程中采用本项技术的费用在可以承受的范围内，所采用的材料必须经济、安全、耐久和可以重复利用，施工技术难度适中，施工设备较简单，施工费用相对比较低廉。
本发明的上述目的是这样实现的：湖泊沿岸带综合消浪方法，其特征是在浪击带前沿设置消浪屏障，削减70％以上的波浪能量，同时沿刚性湖堤岸设置波浪吸收带，消除反射浪，稳定近岸水体，促进泥沙淤积和浅滩形成，待岸带植被重新建成，形成护岸防蚀的自然生态屏障之后，消浪设施拆除。消浪设施包括：
木篱式消浪带：在消浪保护区迎风面边界上，用原木桩、钢筋等材料设置通透率10％～30％的木篱笆，木篱式消浪带的高度应略高于最高水位时的最大波峰高度，木桩强度及打入湖底的深度视波浪大小及湖底硬度而定，在风浪冲刷比较强烈的迎风岸，湖底沉底物大多为沙质，木桩小头直径应大于100mm，打入湖底深度不小于2m。为了防止波浪对木篱式消浪带前后湖底的侵蚀，在木篱式消浪带两侧压沙袋保护湖底，以增加消浪带的稳固性。每间隔2～3m使用大规格木桩作骨干桩，并且向迎风面设斜拉线，以提高消浪带的抗浪强度；
拦网式柔性消浪带：设置在木篱式消浪带之后，进一步削弱风浪；或者布设在消浪保护区内，用于抑制保护区内部风浪的兴起，由木桩、聚乙烯网和填充材料组成的条带状吸收波浪装置，通常垂直于主风向布设，其宽度应大于波浪的波长，高度应略高于最大波浪浪峰高度，墙网采用高强度聚乙烯有结网，下纲以小木桩固定。分隔网采用通透率50％左右的聚乙烯网布，呈锯齿形布设，齿尖锥度60度左右，在齿尖迎风的分格中填充人造纤维废物、柔韧耐腐的植物秸秆等，构成吸收波浪能量的锯齿形结构，在迎风面木桩上设置斜拉线，以增加消浪带的抗浪强度；
人工堤岸前波浪吸收带：沿人工湖堤布设，“软化”人工湖堤，吸收波浪的能量，减轻波浪的反射，由木桩、聚乙烯网及填充材料组成的条带状吸收波浪装置其结构类似于拦网式柔性消浪带，差别在于全部使用单木桩，背风面背靠人工堤岸不设墙网，迎风面不设斜拉线。
对于以沿岸带生态修复为目标的消浪工程，当最大波高小于0.5m时，采用“拦网式柔性消浪带+人工堤岸前波浪吸收带”方案；当最大波高大于0.5m时，宜采用“木篱式消浪带+拦网式柔性消浪带+人工堤岸前波浪吸收带”方案；当消浪保护区内沿主导风向跨度超过100m时，还需要在保护区内部布设拦网式柔性消浪带，木篱式消浪带宜沿迎风边界布设，与主风向夹角小于30度的侧风边界，宜采用拦网式柔性消浪带，当迎风边界与主风向夹角大于60度时，木篱式消浪带应沿边界连续布设；当迎风边界与主风向夹角小于60度时，木篱式消浪带应垂直于主风向呈羽状布设，拦网式柔性消浪带在任何情况下均可沿保护区边界布设，保护区内部的拦网式柔性消浪带宜垂直于主风向布设。
本发明的优点及效果：
(1)可以信赖的有效性。湖泊沿岸带综合消浪技术是针对湖泊沿岸带生态修复目的而研制的专用消浪技术，由木篱式消浪带技术、拦网式柔性消浪带技术、人工堤岸前波浪吸收带技术、综合消浪方案设计技术等4项技术方案组成，具有较好的成套性、适用性及经济合理性，对湖泊环境和生态没有负效应。可以适应各种沿岸带环境和风浪强度，灵活应用，达到理想的消浪效果。尤其是木篱式消浪带技术，可以抗御波高达1.5m的持续风浪冲击，安全可靠。
(2)较好的经济合理性。同筑堤挡浪等常规技术相比，湖泊沿岸带综合消浪技术的工程建设费用相当低廉，不会超过常规技术工程建设费用的50％。木篱式消浪带仅使用少量天然材料，刚柔兼备，坚固耐用，设置在消浪前沿，可以有效遏制波浪，保证沿岸带生态修复区地安全。采用沙袋压基，原材料取自湖滩，便宜又方便。建设和拆除施工简便快捷。只需要一条装备有轻便打桩机和拔桩设备的工作船，就可完成全部作业。人工堤岸前波浪吸收带技术仅使用少量聚乙烯网和小木桩，主要利用湖泊中的废旧渔网、塑料垃圾等作填充物，可以“软化”人工堤岸，防止波浪反射。
(3)较高的环境和生态安全性。湖泊沿岸带综合消浪技术完全适合沿岸带生态修复工程的临时消浪需要，该项技术中全部使用可回收(重复)利用的轻型材料，使用期过后可全部拆除，在下一个工程中使用。拆除后不会留下任何“人工建筑遗迹”，对沿岸带环境和生态安全性没有任何影响。
                              附图说明
图1是本发明方法的木篱式消浪带结构示意图；
图2是本发明方法的拦网式柔性消浪带结构示意图；
图3是本发明方法的人工堤岸前波浪吸收带结构示意图；
图4是本发明方法的迎风岸综合消浪技术方案设计示意图；
图5是本发明方法的侧风岸综合消浪技术方案设计示意图；
图6是本发明方法在滇池沿岸带生态修复试验区综合消浪实施示意图。
                            具体实施方式
参看图1，在消浪保护区迎风面11边界上，用原木桩6、钢筋5等材料设置通透率10％～30％的木篱笆，通过反射和碎浪作用限制波浪向保护区1的传播。木篱式消浪带的高度应略高于最高水位10时的最大波峰高度；木桩强度及打入湖底2的深度视波浪大小及湖底硬度而定，在风浪冲刷比较强烈的迎风岸，湖底沉底物3大多为沙质，木桩小头直径应大于100mm，打入湖底深度不小于2m。为了防止波浪对木篱式消浪带前后湖底的侵蚀，在木篱式消浪带两侧压沙袋4保护湖底，以增加消浪带的稳固性。每间隔2～3m使用大规格木桩作骨干桩7，并且向迎风面设斜拉线8、脚桩9，以提高消浪带的抗浪强度。木篱式消浪带的物理性质为刚性+整体弹性，消浪原理为反射+碎浪+弹性形变，主要用于迎风前沿消浪。
参看图2，拦网式柔性消浪带一般设置在木篱式消浪带之后，物理性质为全柔性，消浪原理为吸收波浪，用于进一步削弱风浪；或者布设在消浪保护区内，用于抑制保护区内部风浪的兴起。拦网式柔性消浪带为由木桩4、聚乙烯网和填充材料9组成的条带状吸收波浪装置，通常垂直于主风向布设，其宽度应大于波浪的波长，高度应略高于最大波浪浪峰高度。墙网5采用高强度聚乙烯有结网，下纲以小木桩固定。分隔网6采用通透率50％左右的聚乙烯网布，呈锯齿形布设，齿尖锥度60度左右。在齿尖迎风的分格中填充人造纤维废物(如旧渔网等)、柔韧耐腐的植物秸秆等，构成吸收波浪能量的锯齿形结构。在迎风面木桩上设置斜拉线7、脚桩8以增加消浪带的抗浪强度。2为湖底，3为湖底沉底物剖面。
参看图3，人工堤岸前波浪吸收带沿人工湖堤布设，物理性质为全柔性，消浪原理为吸收波浪，用于软化人工湖堤，吸收波浪的能量，减轻波浪的反射。人工堤岸1前波浪吸收带为由木桩4、聚乙烯网及填充材料8组成的条带状吸收波浪装置。其结构类似于拦网式柔性消浪带，差别在于全部使用单木桩，背风面没有墙网(背靠人工堤岸)，迎风面不设斜拉线。2为湖底，3为湖底沉底物剖面，5为牵引钢筋，6为墙网，7为分隔网。
参看图4、5，综合消浪方案设计应根据消浪保护区的地形、地质条件、风浪特点以及消浪要求，因地制宜科学合理地制定消浪方案，设计各消浪设施的结构，可以在保障消浪有效性的同时尽量节俭消浪工程建设和维护费用，做到事半功倍。对于以沿岸带生态修复为目标的消浪工程，当最大波高小于0.5m时，采用“拦网式柔性消浪带+人工堤岸前波浪吸收带”方案即可；当最大波高大于0.5m时，宜采用“木篱式消浪带+拦网式柔性消浪带+人工堤岸前波浪吸收带”方案；当消浪保护区内沿主导风向跨度超过100m时，还需要在保护区内部布设拦网式柔性消浪带。木篱式消浪带宜沿迎风边界布设，侧风边界(与主风向夹角小于30度)采用拦网式柔性消浪带比较合理。当迎风边界与主风向夹角大于60度时，木篱式消浪带应沿边界连续布设；当迎风边界与主风向夹角小于60度时，木篱式消浪带应垂直于主风向呈羽状布设。拦网式柔性消浪带在任何情况下均可沿保护区边界布设，保护区内部的拦网式柔性消浪带宜垂直于主风向布设。图中标号1为人工堤岸，2为消浪保护区，3为主风向，4为木篱式消浪带，5为拦网式柔性消浪带，6为人工堤岸前波浪吸收带。
实施举例：
在科技部—云南省—昆明市联合资助重大项目“滇池污染控制技术研究”中，三级专题“沿岸带生态修复技术研究及工程示范”的沿岸带生态修复试验区设在滇池东北岸。滇池地区常年盛行西南风，该岸段为迎风岸，风浪强度和频度均很大；加上湖岸全部为混凝土堤岸，对波浪有较强的反射作用，反射波与来自大湖面的波浪在堤岸前干涉叠加，形成强烈的浪蚀作用，任何生物都无法生存，只留下一片“水中荒漠”。2001年，在没有消浪保护措施的情况下，栽种的挺水植物无一存活。2002年，为了保障沿岸带生态修复示范工程顺利建设，实施了图6所示的综合消浪方案，解决了试验区的风浪侵蚀问题，为生态修复创造了有利条件。在不到1年的时间里，试验区内的生态修复得以实现，发育形成了郁郁葱葱的沿岸带水生植被，创造了大型湖泊迎风岸生态修复的奇迹。