[發(fā)明專利]三維土工網(wǎng)墊生態(tài)護坡坡面草籽播種量的確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010549977.4
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111598716B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王子寒;付奇巖;肖成志;景曉昆;黃達
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.三維土工網(wǎng)墊生態(tài)護坡坡面草籽播種量的確定方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步，確定三維土工網(wǎng)墊植草護坡地區(qū)的流域特性綜合參數(shù)，簡稱為CN值：

在公布CN數(shù)據(jù)表的地區(qū)，直接用該地區(qū)公布的CN數(shù)據(jù)表確定三維土工網(wǎng)墊植草護坡地區(qū)的CN值；

對于沒有公布CN數(shù)據(jù)表的情況復(fù)雜地區(qū)，則首先通過測定得到的第i次降雨的降雨量P_i的數(shù)據(jù)資料和第i次徑流深度h_i的數(shù)據(jù)資料，采用如下公式(1)所示的算數(shù)平均方法求解確定潛在蓄水能力S，

公式(1)中，P_i為第i次降雨量，其單位為mm，S為潛在蓄水能力，其單位為mm，h_i為第i次徑流深度，其單位為mm，N為在測定期間的降雨次數(shù)，取N＝30，

然后將確定的潛在蓄水能力S代入如下公式(2)所示的S與CN的關(guān)系式中，確定出該地區(qū)的CN值，并且記錄在冊，作為該地區(qū)的新的CN值，

第二步，確定潛在蓄水能力參考值S_re：

把上述第一步中確定的CN值代入到上述公式(2)中，來確定潛在蓄水能力參考值S_re，如下公式(3)所示：

公式(3)中，S_re為潛在蓄水能力參考值，單位為mm；

第三步，確定邊坡坡面徑流深度h：

邊坡坡面徑流深度h由以下的公式(4)確定：

h＝0，P≤0.2S_re

公式(4)中，h為邊坡坡面徑流深度，單位為mm，P為該地區(qū)在測定期間的年最大降雨量，單位為mm，

鑒于降雨量在生成徑流前在植物截流、初滲和填洼蓄水溝構(gòu)成集水區(qū)這三個方面會有一部分初損量，認定這個初損量為0.2S_re，當降雨量小于0.2S_re，就不會產(chǎn)生徑流，這在公式(4)中用P與0.2S_re的比較來顯示；

第四步，確定邊坡土質(zhì)顆粒最小起動速度v_start：

根據(jù)上述第三步中的得到的邊坡坡面徑流深度h，以及邊坡典型土顆粒直徑、土體的天然容重以及水容重確定邊坡土質(zhì)顆粒最小起動速度v_start，如下公式(5)所示，

公式(5)中，D_m為邊坡典型土顆粒直徑，單位為m，γ_s為土體的天然容重、γ_w為水容重，兩者單位均為kN/m³，公式(5)的計算中邊坡坡面徑流深度h的單位由mm換算為m；

第五步，確定生態(tài)植草坡面各微小區(qū)段水頭損失h_w：

首先，生態(tài)植草坡面的植株是均勻排列的，將被測定的生態(tài)植草坡面自上而下等分，分別標記為第1個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面、第2個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面、…、第m個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面，每個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面的長度分別為l₁、l₂、l₃…l_m，且l₁＝l₂＝l₃……＝l_m，由如下公式(6)來確定第m個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面長度l_m，

l₁＝l₂＝l₃＝…l_m＝D+b (6)，

公式(6)中，第m個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面長度l_m的單位為m，D為植株莖直徑，單位為m，b為植株間凈距，單位為m，

進一步用如下公式(7)計算生態(tài)植草坡面各微小區(qū)段水頭損失h_w，

公式(7)中，h_w為各微小區(qū)段水頭損失，單位為m，n為坡面粗糙系數(shù)，v_m為坡面徑流經(jīng)過第m個微小區(qū)段生態(tài)植草坡面的徑流平均流速，單位為m/s，v_m的大小由下述的第六步中的公式(9)來確定，τ為植物分蘗系數(shù)，式中取τ＝4，h為上述第三步中求得的邊坡坡面徑流深度，公式(7)的計算中邊坡坡面徑流深度h的單位由mm換算為m，D/b為植株徑距比，g為重力加速度，單位為m/s²，取g＝9.8m/s²；

第六步，確定各微小區(qū)段徑流平均流速v_m：

首先，確定徑流流經(jīng)每一個微小區(qū)段時下降的高度，即微小區(qū)段坡面高度z_m，由如下公式(8)計算，

z_m＝l_msinθ＝(D+b)sinθ (8)，

公式(8)中，z_m為微小區(qū)段坡面高度，單位為m，θ為坡角，單位為°，

然后，根據(jù)伯努利能量方程和上述第五步中的公式(7)，推出各個微小區(qū)段徑流平均流速遞推公式(9)，

公式(9)中，v_m-1為邊坡坡面徑流經(jīng)過第m-1個微小區(qū)段徑流平均流速，單位為m/s，取m＝1時，v₀＝0，α為動能修正系數(shù)；

第七步，確定坡面徑流最大平均流速v_max：

徑流自坡頂流經(jīng)至坡腳，徑流平均流速呈現(xiàn)先增大后穩(wěn)定的變化規(guī)律，根據(jù)上述第六步中公式(9)進行迭代計算，即通過v_m-1求解v_m的計算過程，最后得到徑流在邊坡坡面上的穩(wěn)定流速，也稱為坡面徑流最大平均流速v_max；

第八步，確定三維土工網(wǎng)墊植草坡面最優(yōu)密度ρ_plant：

根據(jù)上述第四步中確定的邊坡土質(zhì)顆粒最小起動速度v_start和上述第七步中確定的坡面徑流最大平均流速v_max，令其兩者相等為臨界條件，并使第七步與本步驟同時進行，得到滿足該臨界條件時對應(yīng)的該生態(tài)植草坡面的植株徑距比D/b，進一步結(jié)合植株莖直徑D，由如下三維土工網(wǎng)墊植草坡面最優(yōu)密度計算公式(10)來確定植株最優(yōu)密度ρ_plant，

公式(10)中，ρ_plant為最優(yōu)植株密度，單位為株/m²，ρ_plant計算結(jié)果不等于整數(shù)時，應(yīng)按照四舍五入法則取整；

第九步，確定生態(tài)工程中三維土工網(wǎng)墊植草坡面草籽播種量G：

將草籽重量百分比成活率χ，每粒草籽的平均質(zhì)量ω和上述第八步中確定的最優(yōu)植株密度ρ_plant，代入如下所示的草籽播種量計算公式(11)，最終確定生態(tài)工程中三維土工網(wǎng)墊植草坡面草籽播種量G，

公式(11)中，G為草籽播種量，單位為g/m²，G的計算結(jié)果按照四舍五入法則，保留一位小數(shù)，ω為每粒草籽的平均質(zhì)量，單位為g，χ為草籽重量百分比成活率，考慮極端天氣和動物破壞因素，χ取值范圍為1％～100％。