[發(fā)明專利]一種泥石流疏導(dǎo)系統(tǒng)及其疏導(dǎo)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010573548.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111719492B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓俊;董云;胡鵬;于豐澤;田華;岳建國;任海波;陳龍飛;鄧弟平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): E02B1/02
• 分類號(hào): E02B1/02;E02B3/00;E02B3/02;E03F1/00;G06T17/05;G06Q50/26
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

1.一種泥石流疏導(dǎo)系統(tǒng)的疏導(dǎo)方法，其特征在于，疏導(dǎo)系統(tǒng)包括：

預(yù)測(cè)子系統(tǒng)和防護(hù)子系統(tǒng)；

所述預(yù)測(cè)子系統(tǒng)，包括用于根據(jù)遙感技術(shù)、區(qū)域歷史水文數(shù)據(jù)和山體區(qū)域地形圖，構(gòu)建的山體區(qū)域三維模型；

并根據(jù)發(fā)生泥石流災(zāi)害時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建的各個(gè)山體區(qū)域的災(zāi)害預(yù)測(cè)模型；

所述災(zāi)害預(yù)測(cè)模型根據(jù)計(jì)算得到的泥石流災(zāi)害概率進(jìn)行各個(gè)山體區(qū)域泥石流等級(jí)評(píng)定，并將評(píng)定后的山體區(qū)域等級(jí)映射于山體區(qū)域三維模型中；

防護(hù)子系統(tǒng)，用于根據(jù)山體區(qū)域三維模型中的山體區(qū)域等級(jí)即山體區(qū)域發(fā)生泥石流災(zāi)害的概率等級(jí)，構(gòu)建山體區(qū)域防護(hù)疏導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括：

分布于山體斜坡上的若干條截洪槽，以及設(shè)置于山體底部、且依次連通的砂石緩沖區(qū)、導(dǎo)流緩沖區(qū)、沉淀池和集水池；

所述砂石緩沖區(qū)內(nèi)交錯(cuò)安裝若干沉降斜板，沉降斜板側(cè)面為三角形，沉降斜板的最底端靠近斜坡設(shè)置；所述沉降斜板與砂石緩沖區(qū)水平面所成銳角α為45°-70°；所述沉降斜板頂面橫向分布若干條沉降滑槽，沉降滑槽內(nèi)為弧形，弧形圓心角為120°，圓心角所對(duì)圓形半徑為10cm；砂石緩沖區(qū)外沿與若干條導(dǎo)洪管連通，導(dǎo)洪管入口處設(shè)置過濾網(wǎng)；所述砂石緩沖區(qū)和導(dǎo)流緩沖區(qū)之間設(shè)置第一堤壩和第二堤壩；所述第一堤壩和第二堤壩之間安裝若干過濾格柵；所述第一堤壩和第二堤壩內(nèi)均開設(shè)若干泄洪孔，且在第一堤壩和第二堤壩的頂部均開設(shè)溢流口；

所述導(dǎo)流緩沖區(qū)內(nèi)等間距的分布若干緩沖單元，所述緩沖單元包括兩個(gè)緩沖階梯，緩沖階梯呈側(cè)視圖為梯形狀；兩個(gè)緩沖階梯之間開設(shè)矩形引流槽，引流槽底部與引流管連通；所述引流管上安裝電磁控制閥；

疏導(dǎo)方法包括：

S1、根據(jù)遙感技術(shù)、區(qū)域歷史水文數(shù)據(jù)和山體區(qū)域地形圖，構(gòu)建山體區(qū)域三維模型；

S2、根據(jù)發(fā)生泥石流災(zāi)害時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建各個(gè)山體區(qū)域的災(zāi)害預(yù)測(cè)模型：

P＝ρ_xD_xρ_yD_y+ρ₁C₁+ρ₂C₂+ρ₃M₁+ρ₄M₂+ρ₅M₃+ρ₆N₁+ρ₇N₂

其中，P為發(fā)生泥石流災(zāi)害的概率，D_x為降雨強(qiáng)度，D_y為降雨持續(xù)時(shí)間，C₁為區(qū)域主要植被種類，C₂為區(qū)域主要植被種類覆蓋面積，M₁為山體土壤或巖體主要類型，M₂為土壤或巖體的厚度，M₃為巖體或土壤松散度，N₁為山體垂直方向傾斜角度，N₂為山體水平方向傾斜角度即形成的縱向溝壑深度，ρ_x、ρ_y、ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆和ρ₇為概率因子，包括：

S2.1、對(duì)若干年發(fā)生泥石流災(zāi)害時(shí)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

S2.2、將歸一化處理后的若干數(shù)據(jù)按照5:2的比例劃分為訓(xùn)練集D和測(cè)試集C；

S2.3、設(shè)定迭代次數(shù)n，n＞1000，在訓(xùn)練集D上訓(xùn)練災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，得到若干組概率因子；

S2.4、在測(cè)試集C上對(duì)訓(xùn)練后的災(zāi)害預(yù)測(cè)模型進(jìn)行評(píng)估，得到若干組測(cè)試誤差，選擇誤差值最小的概率因子帶入，得到誤差最小災(zāi)害預(yù)測(cè)模型；

S2.5、隨機(jī)將訓(xùn)練集D劃分為訓(xùn)練集D_train和驗(yàn)證集D_valid；

S2.6、在訓(xùn)練集D_train上訓(xùn)練誤差最小災(zāi)害預(yù)測(cè)模型；

S2.7、在驗(yàn)證集D_valid上測(cè)試誤差最小災(zāi)害預(yù)測(cè)模型的模型概率精度；

S2.8、重復(fù)步驟S2.5-步驟S2.7，直至模型概率精度達(dá)到預(yù)設(shè)值為止；

S3、根據(jù)災(zāi)害預(yù)測(cè)模型中泥石流災(zāi)害的概率進(jìn)行各個(gè)山體區(qū)域泥石流等級(jí)評(píng)定，并將評(píng)定后的山體區(qū)域等級(jí)映射于山體區(qū)域三維模型中，包括：

S3.1、基于災(zāi)害預(yù)測(cè)模型對(duì)各個(gè)山體區(qū)域發(fā)生泥石流的概率劃分為：安全、危險(xiǎn)、較危險(xiǎn)和極度危險(xiǎn)；

S3.2、根據(jù)劃分后的山體區(qū)域，在山體區(qū)域三維模型中采用不同顏色對(duì)山體區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注；

S3.3、將等級(jí)劃分為安全的山體區(qū)域標(biāo)注為綠色，等級(jí)劃分為危險(xiǎn)的山體區(qū)域標(biāo)注為黃色，等級(jí)劃分為較危險(xiǎn)的山體區(qū)域標(biāo)注為橙色，等級(jí)劃分為極度危險(xiǎn)的山體區(qū)域標(biāo)注為紅色；

S4、對(duì)在所述山體區(qū)域三維模型中標(biāo)注為黃色、橙色和紅色的山體區(qū)域進(jìn)行防護(hù)治理，包括：

S4.1、在山體區(qū)域垂直方向傾斜角度為(30°，90°)的斜坡上開設(shè)若干避免徑流流量過大截洪槽，并在斜坡底部基于防護(hù)子系統(tǒng)減緩泥石流的沖擊破壞力，包括：

S4.1.1、將泥石流導(dǎo)入砂石緩沖區(qū)，泥石流依次流經(jīng)交錯(cuò)分布的用于減緩泥石流沖擊力的若干沉降斜板，并通過導(dǎo)洪管將部分水量導(dǎo)入河流；

S4.1.2、泥石流依次流經(jīng)第一堤壩、過濾格柵和第二堤壩，抵擋、過濾泥石流中的大部分泥沙碎石；

S4.1.3、將泥石流中的水分導(dǎo)入導(dǎo)流緩沖區(qū)，并依次流經(jīng)若干個(gè)用于減緩流速的緩沖單元，當(dāng)雨量傳感器檢測(cè)到當(dāng)前的雨量大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制開啟引流管上的電磁控制閥，通過引流管將部分水量導(dǎo)入河流中；

S4.1.4、流速減緩后的水分進(jìn)入沉淀池沉淀雜質(zhì)、泥沙和碎石，并進(jìn)入集水池內(nèi)存儲(chǔ)；

S4.1.3中根據(jù)相鄰緩沖階梯的垂直高度差和導(dǎo)流緩沖區(qū)水力坡降構(gòu)建河床阻力系數(shù)：

其中，β為緩沖階梯相對(duì)導(dǎo)流緩沖區(qū)所在平面所成銳角；H為矩形引流槽最大水深；Δh為相鄰兩個(gè)緩沖階梯的垂直高度差；I為水力坡降；

設(shè)定導(dǎo)流緩沖區(qū)對(duì)泥石流的緩沖阻力最大為目標(biāo)函數(shù)Mmax，即計(jì)算最大河床阻力系數(shù)：

根據(jù)多組試驗(yàn)和模擬計(jì)算得到，當(dāng)河床阻力系數(shù)在范圍[0.6，1)時(shí)，導(dǎo)流緩沖區(qū)對(duì)泥石流的緩沖阻力最大，并根據(jù)緩沖阻力最大設(shè)計(jì)導(dǎo)流緩沖區(qū)相鄰兩個(gè)緩沖階梯的垂直高度差、矩形引流槽最大水深H和緩沖階梯相對(duì)導(dǎo)流緩沖區(qū)所在平面所成銳角β；

S4.2、在山體區(qū)域垂直方向傾斜角度為(0°，30°)的緩坡區(qū)域上，沿坡向方向分模塊種植若干綠植植被。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥石流疏導(dǎo)系統(tǒng)的疏導(dǎo)方法，其特征在于，所述步驟S4.2在山體區(qū)域垂直方向傾斜角度為(0°，30°)的緩坡區(qū)域上，沿坡向方向分模塊種植若干綠植植被，包括：

S4.2.1、根據(jù)緩坡區(qū)域地形，在緩坡上開設(shè)若干縱橫交錯(cuò)的引流路徑；

S4.2.2、若干縱橫交錯(cuò)的引流路徑之間形成若干種植模塊；

S4.2.3、沿緩坡坡向方向，在緩坡同一高度的所有種植模塊內(nèi)種植防止水土流失的樹本植物，在緩坡另一高度的所有種植模塊內(nèi)種植草本植物，即沿緩坡方向，交錯(cuò)種植樹本植物和草本植物；

S4.2.4、每根所述引流路徑均延伸至山下，并與山下河流、水渠、農(nóng)田、果園或者魚塘連通。