[發明專利]泥石流攔砂壩庫內回淤縱比降測算方法、應用

有效

• 申請號: 202110669442.5
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113282997B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 孫昊;游勇;柳金峰;趙萬玉;王東偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆

本發明公開泥石流攔砂壩庫內回淤縱比降測算方法、應用。泥石流攔砂壩庫內回淤縱比降測算方法從建立泥石流庫內回淤堆積體形態出發，通過堆積土體的靜態受力平衡分析，建立基于土體極限平衡的庫內淤積土體受力分析表達式，從而建立直接考慮原始溝床縱坡、泥石流性質、有效壩高、引流段流速等因素的泥石流攔砂壩庫內回淤縱比降計算式。該方法能夠直接基于現場調查數據經科學計算測算庫內回淤縱比降，方法原理可靠、結果精度高，能夠克服現有技術因經驗性較強、取值范圍變化大而導致在實際工程設計中縱比降取值偏向保守進而增大不必要工程成本的缺陷。本發明還提供測算方法在泥石流攔砂壩設計中、在泥石流攔砂壩工程運行效率與安全性評估中的應用。

技術領域

本發明涉及一種泥石流攔砂壩工程測算方法，特別是涉及一種測算泥石流攔砂壩庫內回淤堆積體縱比降的測算方法，以及該方法在泥石流災害防治工程措施設計與評估中的應用，屬于泥石流災害防治工程技術領域。

背景技術

攔砂壩泥石流攔砂壩是修建在泥石流溝道內的一種橫斷溝床的人工建筑物，是“攔”字治理思想在泥石流防治工程中的最重要體現。泥石流攔砂壩一方面具有工程結構簡單、防治效果起效快、就地取材、施工及維護方便、使用周期長、造價省等特征，另一方面能同時發揮攔蓄部分泥石流固相物質、減小泥石流規模，與穩定溝坡、控制溝道侵蝕，抑制泥石流發育的作用，長期以來已成為一種理想的泥石流防治工程措施，也是目前泥石流災害治理中使用最為廣泛的工程措施之一。在城鎮、礦山、公路、鐵路等泥石流防治與環境治理中尤其會被優先采用。

泥石流攔砂壩長期運行面臨的問題是，攔砂壩正常運行中，上游泥石流會在攔砂壩前發生泥石流回淤現象，逐漸在攔砂壩庫內形成堆積體(也稱堆積區)。尤其是一些先期設計不夠合理的攔砂壩，庫內回淤堆積現象更為明顯。庫內回淤堆積體的形成與擴大，最直接的后果是減損庫容，影響攔砂壩的調節能力，使攔砂壩的防災效力逐漸與工程設計目標偏離較大，增大下流防治工程措施的壓力，進而降低災害環境的綜合治理方案的協調性，導致治理失效。同時，庫容減損又使使泥石流越壩過流更容易在未預計的情況下發生，增加災害預警方案與應急響應方案的對應難度。

盡管領域內已熟知庫內回淤堆積體縱比降是泥石流攔砂壩壩體設計時重要參數，直接關系到設計攔蓄庫容估計的準確性，也熟知對運行中泥石流攔砂壩庫內回淤堆積體縱比降的測算是評估攔砂壩運行效率的一項重要指標，但是現有技術涉及確定庫內回淤堆積體縱比降的方法尚不夠有效。現有技術測算攔砂壩庫內回淤堆積體縱比降的方法主要有兩類：第一類以經驗綜合取值為主，如《泥石流防治工程設計規范T/CAGHP021-2018》對攔砂壩回淤縱比降的建議值為原始溝道縱比降的0.5～0.8倍，《中國泥石流》(2000)則建議取0.5～0.9倍的原始溝道縱比降為回淤縱比降。經驗取值法在涉及適宜的取值范圍時一直存在較大爭議；第二類是根據庫內回淤堆積體形態計算其縱比降，如公開號為CN 103276687 A、專利號為ZL 201310214816.X的中國發明專利公開了在現場調查獲取泥石流溝的溝道坡度θ與泥石流體內摩擦角的基礎上依照攔砂壩后泥石流回淤縱比降I計算式計算確定庫內回淤堆積體縱比降。該方法盡管引入堆積體形態概念測算，但沒有考慮泥石流性質、攔砂壩壩高等工程設計等的重要參數，因而忽略了這些重要參數對回淤形態的明顯影響，所以對于回淤縱比降的測算也存在明顯局限性。現有技術對攔砂壩庫內回淤堆積體縱比降的測算方法都有較強的經驗性與局限性，未充分考慮泥石流性質、有效壩高等因素的綜合影響。在實際工程設計中，這類方法指導下的攔砂壩設計往往會在一個較大的取值范圍內偏于一個保守取值，從而增大不必要的工程成本。

發明內容

為統一術語與方便描述，本發明將攔砂壩上游泥石流在攔砂壩上游因回淤現象形成的堆積體/區稱為“攔砂壩庫內回淤堆積體”，簡稱為“庫內回淤堆積體”，將“攔砂壩庫內回淤堆積體縱比降”簡稱為“庫內回淤縱比降”。

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種能夠根據現場調查數據為基礎依照泥石流運動堆積原理測算庫內回淤縱比降的方法，以及其應用。

為實現上述目的，本發明首先提供一種泥石流攔砂壩庫內回淤縱比降測算方法，其技術方案如下：