漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道制造技术

漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道，属于非常溢洪道工程的水利工程及堤坝应对水攻的国防领域。本发明专利技术它主要包括：量化设计漫流汇流引冲自溃堤坝；漫流汇流引冲自溃堤坝（1）包括路缘石漫流汇流引冲自溃堤坝（1‑a）、上游子堤路缘石漫流汇流引冲自溃堤坝（1‑b）、管带与路缘石漫流汇流引冲自溃堤坝（1‑c）；土工板非常分洪道（2）的土工板护面它由多个鱼鳞形单元构成，鱼鳞形单元在流速高的区域加密布置，按照鱼鳞形单元连接型式分为土工板无缝连接（Ⅱ‑Ⅰ）、横缝鱼鳞形连接（Ⅱ‑Ⅱ）。本发明专利技术适用于水库副坝、主坝、较高堤防、较高渠首拦河坝非常分洪的可控自动分洪，结构简单实施方便、造价低廉、不永久占地。

【技术实现步骤摘要】
漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道
本专利技术属于堤坝非常分洪水利工程
，也属于应对水攻的国防
，具体涉及自溃堤坝、土工板非常分洪道的设计方法。
技术介绍
日本2018年7·5日本西部暴雨，仓敷市真备町一条河决堤，洪水冲毁大约三分之一房屋，迫使上千人爬上屋顶求救，仅在真备町，就导致至少28人遇难，日本当局在雨势最严重的时候，向500万人发出过疏散命令，但这些命令许多民众没有当回事，由于洪水的不确定性、溃堤的不确定性，在现有防洪理论与技术条件下，“狼来啦”是世界性的社会问题。日本2016年第10号台风“狮子山”暴雨致日本北海道及东北地区决堤淹水多人遇难。日本2015年9月10日11日相继两条河流本发生洪水漫堤决口，造成7人员死亡多人失踪与受伤，造成大量财产损失，河水上涨后越过十年一遇洪水标准的4米高的堤坝20厘米发生溃堤,人口多、国土面积小、经济发达的日本连年遭受超标准洪水溃堤灾害，一旦突发溃堤人来不及逃生，这是世界性的难题。根据中国水旱公报：12年至14年水利设施水毁年损失468亿元至446亿元，16年全国水利工程设施水毁共17.57万处，水利设施直接损失697.7亿元，其中大中型水库111座、小型水库2337座、堤防66950处、塘坝90250座、水闸14256座、灌溉设施233879处。大量洪水标准低的小型工程频繁水毁存废是难题，因为小型工程有符合国情的独特优点，以小型水库为例，已建就有其存在价值，在平原丘陵地区，它们分散化、就地存取水、淹没耕地小、对环境影响小无需长距离占地供水工程、管理要求低、水毁后果小，它符合我国人多耕地少的国情，美俄欧都不存在此问题；中小型水库受水攻威胁小，如果集中供水的大型水库遇到战争水攻威胁，不蓄水粮食安全受威胁，蓄水水攻溃坝是威胁，因为西方国家把水攻列为战争重要选项，水攻溃坝摧毁下游水库大坝，连锁摧毁堤防、分洪闸、渠首工程导致河流改道，我国有8万多座水库及众多高堤防、分洪闸、渠首工程，如何应对水攻是难题也是空白点。此外，快速城镇化，偏远水利工程管理缺人是难题，国家间界河跨境河流分洪、不具备建滞洪区的中小型河流如何分洪、分泄洪闸管理养护维修、水库单一泄洪建筑物意外事故是难题；医疗等塑料垃圾、旧化纤衣物再利用是难题。如果采用叶兴等人的自溃堤坝土工合成材料非常分洪道是解决众多低水头水工建筑物水毁的一种经济技术可行的方案。由于没有自溃堤坝设计理论，成为推广应用的障碍。自溃堤坝在我国古而有之，古代都江堰就采用飞沙堰，像日本堤防漫水20厘米就溃决的案例比比皆是，这说明自溃堤坝具有可行性，但是也有自溃堤坝没及时溃决导致主坝漫坝的案例，自五十年代开始国内外斥巨资进行实验研究并没有形成共识的自溃堤坝设计理论，它成为六十年悬而未决的世界性理论难题。在近代美国人把自溃坝引入水库设计中，1959年E.RoyTinney在《自溃堰的冲刷性能》文中，介绍原型与模型试验研究，开启自溃坝系统性研究，因为自溃坝超标准洪水启用概率小、造价低、自动开启、管理方便的优点，立即引起世界各国斥巨资进行跟进研究。1978年土耳其的F·塞图尔克在《一种新型的溢洪道》中指出“硬化路面抗冲使自溃坝难于溃决的问题，采用引冲槽解决”。张克健在《浙江水库泄洪建筑物概况及有关水力学问题》中指出“中国河南75.8大水以后，水电部规划设计院组织河南、辽宁、浙江、安徽等省有关设计科研单位进行自溃坝的试验研究，现场原型或大比例尺模型试验非但耗资甚大，且试验资料也仅能说明在该种坝型及该种试验条件下的坝体冲刷情况，无法为自溃坝设计提供一般可资应用的分析计算方法而在小型山塘水库中就曾发生过因临时粘性土埂未被及时冲毁而造成洪水漫坝”，我国研究的重点也是引冲槽及引冲管，其缺点是试验费用高及引冲槽规模、间距的设计需要试验确定，面对不确定的洪水无法保证及时引溃，引冲槽维护管理也是难题。郭军在推荐瑞典人的专利《Hydroplus—一种新型的防洪挡水式自溃堰》中引用专利技术者“自溃坝长期的固结使之在洪水期难以被冲毁问题”,采用自动倾覆的混凝土防渗墙解决固结粘土的问题，因可以精准量化溃决条件，十几个国家采用。但是其消能防冲要求高、造价高昂且倾覆自溃会造成很大涌浪灾害。庞敏在《自溃式非常溢洪道设计》指出“土工膜自溃堤坝溃决快”，没有涉及土工膜能否护住下游坝体阻滞冲刷的问题。《中国江河防洪丛书-海河卷》海河采用自溃堤坝，因自溃堤防存在无法控制的缺点，以人工爆破为备选方案。目前还没有自溃堤防的设计理论，普遍通用的是人工爆破分洪方法，优点可以克服固结粘土、硬化路面不确定性，缺点汛期管理及炸药管理要求高、一旦爆破分洪失控。堤坝溃决很普遍，没有可行与共识的自溃堤坝设计理论，就没有成套技术，其的原因是，现在自溃坝设计理论是要量化达到规范规定的洪水标准，即自溃坝开始启动到水库水位上升到标准水位的时间与自溃坝溃决时间吻合，而各种坝自溃现象机理都很复杂目前无数学模型可解；目前通过试验手段，只有引冲槽自溃坝大比尺整体试验有相似性，引冲槽的三面固结粘土的超静定结构使问题复杂化，同时试验解决不了洪水的不确定性、无限性及固结粘土与硬化路面导致自溃的不确定性的问题，目前凡是经过试验设计的自溃坝必是罕见的稀遇洪水，几乎得不到实践的验证；受经济技术条件限制的大量中小型坝、渠首工程、堤防、渠系建筑物、围堰，规范允许超标准洪水水毁，尽管海量的水毁，但规范允许人们习以为常。本专利技术的超标准洪水还包括超过管理标准及战争水攻造成的洪水，本专利技术的分洪道包括水库溢洪道、非常溢洪道、渠首分洪道及堤防分洪道，堤坝包括水库大坝及河湖堤防,土工合成材料包括土工板、复合土工膜、不透水土工织布、彩条布、无纺布加彩条布，土工板包括常规土工板、竹缠绕复合材料板，土工板膜布包括土工板、土工膜、不透水土工织布。综上所述，建立自溃堤坝设计理论与成套技术是关系到国土安全迫切需要解决的理论与技术难题；是城镇化、机械化条件下水利工程设计、管理迫切需要解决的理论与技术难题；是国家间界河、跨径河流分洪迫切需要解决的理论与技术难题。利用叶兴等人的堆石坝水毁数学模型与成因动态耦合演进的方法及1978年浙省水利水电科学研究所等《南山水库自溃坝试验阶段报告》资料,建立堤坝溃决机理，再利用叶兴的堤坝防灾减灾设计理论的方法，建立自溃堤坝防灾减灾设计理论与成套技术，为解决悬而未决的世界性难题提供一种方法。
技术实现思路
本专利技术的目的:依据飞砂堰的“飞砂机理”，利用自溃堤坝水毁机理构建自溃堤坝防灾减灾设计理论，通过自溃堤坝设计理论专利技术适用于任何水头的成套自溃堤坝结构，通过堤坝防灾减灾设计理论构建成套土工板非常分洪道，采用土工板扩展叶兴的土工合成材料非常分洪道的结构方案，把它纳入具有知识产权的规范提供理论基础与技术支撑，为解决堤防、黄河淤地坝、小塘坝、渠系建筑物水毁难题，为解决水利工程管理难题、中小型河流分洪难题、战争水攻、水库单一泄洪建筑物意外事故难题，为解决跨境河流与界河分洪难题，为解决塑料垃圾利用的难题，提供一种新方法，实现确保国土安全的目标。本专利技术漫流汇流引冲自溃堤坝与土工板非常分洪道是互相独立的，漫流汇流引冲自溃堤坝还适用于土工织布、无纺布、土工膜、复合土工膜、彩条布、浆砌石、砼结构的非常分洪道，土工板非常分洪道还适用于土工板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道，其特征在于它包括，依据漫流汇流引冲自溃堤坝防灾减灾设计理论设计漫流汇流引冲自溃堤坝（1），依据超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计土工板非常分洪道（2），所述漫流汇流引冲自溃堤坝（1）底部连接土工板非常分洪道（2），所述土工板非常分洪道（2）两侧连接堤坝岸（3）；所述超标准洪水堤坝防灾减灾理论,它是按照泄洪滩田水毁机理及防灾减灾目标确定土工板非常分洪道的结构形式与规模，以分散分洪、分散蓄水作为应对战争水攻的防灾减灾理论，漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道按漫流汇流引冲自溃堤坝（1）漫流高程分为单级漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道、多级漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道，所述多级漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道是具有两个以上高程差为级差di的自溃堤坝的分洪道，土工板非常分洪道（2）按多级自溃堤坝的结构分为如下形式：多级错层侧扩自溃堤坝非常分洪道（Ⅱ‑①），以3级错层侧扩自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级自溃堤坝（Ⅰ‑1‑①）、2级自溃堤坝（Ⅰ‑2‑①）、3级自溃堤坝（Ⅰ‑3‑①）、堤坝岸（3）依次以1级级差d1、2级级差d2、3级级差d3错层对称连接，1级土工合成材料侧扩护坡（A‑1‑①）、2级土工合成材料侧扩护坡（A‑2‑①）依次分隔1级自溃堤坝（Ⅰ‑1‑①）、2级自溃堤坝（Ⅰ‑2‑①）、3级自溃堤坝（Ⅰ‑3‑①）、水平土工合成材料锚固体（A1）、土工膜布防渗刺幕（A2），所述水平土工合成材料锚固体（A1）连接土工合成材料侧扩护坡水平缝底部；多级错层叠层自溃堤坝非常分洪道（Ⅱ‑②），以3级错层叠层自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级自溃堤坝（Ⅰ‑1‑②）、2级自溃堤坝（Ⅰ‑2‑②）、3级自溃堤坝（Ⅰ‑3‑②）、堤坝岸（3）依次以1级级差d1、2级级差d2、3级级差d3错层对称连接，1级梯形土工合成材料叠层护面（A‑1‑②）、2级梯形土工合成材料叠层护面（A‑2‑②）依次分隔1级自溃堤坝（Ⅰ‑1‑②）、2级自溃堤坝（Ⅰ‑2‑②）、3级自溃堤坝（Ⅰ‑3‑②）、水平土工合成材料锚固体（A1），L形土工合成材料锚固体（A0）顶端连接梯形土工合成材料叠层护面纵缝处；多级错层隔堤自溃堤坝非常分洪道，它是错层的隔堤分隔错层的自溃堤坝；多级斜坡隔堤自溃堤坝非常分洪道，它是斜坡隔堤分隔斜坡自溃堤坝。...

【技术特征摘要】
1.漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道，其特征在于它包括，依据漫流汇流引冲自溃堤坝防灾减灾设计理论设计漫流汇流引冲自溃堤坝（1），依据超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计土工板非常分洪道（2），所述漫流汇流引冲自溃堤坝（1）底部连接土工板非常分洪道（2），所述土工板非常分洪道（2）两侧连接堤坝岸（3）；所述超标准洪水堤坝防灾减灾理论,它是按照泄洪滩田水毁机理及防灾减灾目标确定土工板非常分洪道的结构形式与规模，以分散分洪、分散蓄水作为应对战争水攻的防灾减灾理论，漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道按漫流汇流引冲自溃堤坝（1）漫流高程分为单级漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道、多级漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道，所述多级漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道是具有两个以上高程差为级差di的自溃堤坝的分洪道，土工板非常分洪道（2）按多级自溃堤坝的结构分为如下形式：多级错层侧扩自溃堤坝非常分洪道（Ⅱ-①），以3级错层侧扩自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级自溃堤坝（Ⅰ-1-①）、2级自溃堤坝（Ⅰ-2-①）、3级自溃堤坝（Ⅰ-3-①）、堤坝岸（3）依次以1级级差d1、2级级差d2、3级级差d3错层对称连接，1级土工合成材料侧扩护坡（A-1-①）、2级土工合成材料侧扩护坡（A-2-①）依次分隔1级自溃堤坝（Ⅰ-1-①）、2级自溃堤坝（Ⅰ-2-①）、3级自溃堤坝（Ⅰ-3-①）、水平土工合成材料锚固体（A1）、土工膜布防渗刺幕（A2），所述水平土工合成材料锚固体（A1）连接土工合成材料侧扩护坡水平缝底部；多级错层叠层自溃堤坝非常分洪道（Ⅱ-②），以3级错层叠层自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级自溃堤坝（Ⅰ-1-②）、2级自溃堤坝（Ⅰ-2-②）、3级自溃堤坝（Ⅰ-3-②）、堤坝岸（3）依次以1级级差d1、2级级差d2、3级级差d3错层对称连接，1级梯形土工合成材料叠层护面（A-1-②）、2级梯形土工合成材料叠层护面（A-2-②）依次分隔1级自溃堤坝（Ⅰ-1-②）、2级自溃堤坝（Ⅰ-2-②）、3级自溃堤坝（Ⅰ-3-②）、水平土工合成材料锚固体（A1），L形土工合成材料锚固体（A0）顶端连接梯形土工合成材料叠层护面纵缝处；多级错层隔堤自溃堤坝非常分洪道，它是错层的隔堤分隔错层的自溃堤坝；多级斜坡隔堤自溃堤坝非常分洪道，它是斜坡隔堤分隔斜坡自溃堤坝。2.根据权利要求1所述漫流汇流引冲自溃堤坝土工板非常分洪道，其特征在于：所述漫流汇流引冲自溃堤坝防灾减灾设计理论，它是按照堤坝溃决机理与防灾减灾目标设计漫流汇流引冲自溃堤坝的结构形式,量化设计漫流汇流引冲自溃堤坝级差、漫流汇流引冲自溃堤坝体分区、量化设计路缘石漫流汇流引冲口缺口深度，所述漫水堤坝溃决机理，它是漫水堤坝漫流流速超过土体抗冲流速堤坝就会发生冲刷破坏，漫水堤坝漫流冲刷破坏引起漫水堤坝几何形状改变，漫水堤坝几何形状改变引起漫水堤坝水流流态的改变，它进一步加剧冲刷破坏，漫水堤坝水流流态的改变必然经过各种固定临界冲刷破坏堰上水深，漫水堤坝几何形状改变引起土体渗流与应力改变，土体渗流与应力超过土体的允许渗透坡降、抗剪强度、抗拉强度就会引起各种漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，形成漫水堤坝冲刷破坏到堤坝溃决，再到堤坝溃口稳定的演变；所述临界冲刷破坏堰上水深包括临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深Hd、临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深Hu、临界不冲刷破坏堰上水深Hn，所述漫流汇流引冲自溃堤坝级差是各级自溃堤坝高差及最高自溃堤坝与堤坝之间的高差简称级差di，所述漫流汇流引冲自溃堤坝体分区，它是按“飞砂机理”，用控制粘性土含量的非粘性易冲沙石土划分自溃堤坝分区，利用引冲子堤坝高划分子母堤坝分区，以非粘性易冲沙石土内摩擦角为倾角的斜线上下游划分母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区，利用堤坝体冲坑深度水平划分母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区分区，结合自溃堤坝型式确定自溃堤坝体分区，所述“飞砂机理”，它是水流流速超过沙石启动流速，沙石就会被冲飞走；所述临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深Hd，如果堤坝顶较宽是明渠流采用式（1）、式（2）联立求解Hd，如果堤坝顶是堰流采用式（2）、式（3）联立求解Hd，所述临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深Hu，采用（4）、（5）联立求解Hu，所述临界不冲刷破坏堰上水深Hn，采用（6）、（7）联立求解Hn，级差di采用公式（8），漫流汇流引冲自溃堤坝体分区采用公式（9）、（10）、（11），如果堤坝比较矮采用非均匀流推求坡脚流速，路缘石漫流汇流引冲口缺口深度采用公式（12），(1)（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）式中：hi、vi、hi+1、vi+1—分别代表堤坝顶流段的上下游断面水深(m)、流速(m/s)，其中初始hi+1采用临界水深hk；△l、il—分别代表堤坝顶流段长度（m）、堤坝顶顺水流方向纵坡；J—代表堤坝顶的平均水力坡度；Vd—代表堤坝下游水位处下游坡面起动流速；n、R、i—分别代表堤坝下游坡面糙率、水力半径（m）、纵坡；Q、ε、m、σ、B—分别代表堤坝顶流量（m3/s）、侧收缩系数、流量系数、淹没系数、漫流宽（m）；g—代表重力加速度（m/s2）；α—代表流速分布系数；v0—代表行进流速（m/s）；Vu—代表堤坝顶分缝硬化路面、沙石坝体、堤坝粘土防渗墙起动流速（m/s）；Vn—代表堤坝粘土防渗墙或沙石坝体不冲流速（m/s）；di—第i级级差，m；Hd—临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深，m；Ai—水位上涨速率与堤坝溃决快慢及工程等级因素的各级自溃堤坝或自溃堤坝与堤坝的加高；Hy—代表引冲子堤坝高，m；Hu—代表临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深，m；Az—代表子堤坝加高，m；β—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区上下游分界线的倾角，︒；φ—母非粘性易冲沙石土堤坝内摩擦角，︒；t—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区水平分界线以下的母砂石堤坝体冲坑深度，m；K—冲坑系数；q—临界堤坝溯源冲刷破坏单宽流量，m3/s.m；Z—上下游水位差，m；ht—下游水深，m；h1—代表带缺口路缘石的缺口深度，m；Hd—代表喇叭形汇流引冲泄槽临界堤坝脚溯源冲刷破坏堰上水深，m；Ak—代表缺口深度加高，m；所述漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，以漫水粘土斜墙为典型，漫流堤坝下游坡开始发生冲刷破坏是明渠均匀流冲刷破坏，此时是漫水堤坝下游沙土坡溯源冲刷破坏起始阶段，对应的堰上水深为临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深Hd；冲刷使堤坝底部坝坡变陡，形成明渠非均匀流逐级降水流态层面冲刷破坏，堤坝越高溯源层面冲刷越快，漫水堤坝底部坡度大于砂性土内摩擦角后，沙性土堤坝体产生倾角为砂性土内摩擦角的直线滑坡破坏，堤坝坡面出现转折，在堤坝坡...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶兴，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：叶兴，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23