一种针对粘性泥石流的窗口坝开口参数确定方法技术

本发明专利技术提供了一种粘性泥石流的窗口坝开口参数确定方法，包括：确定窗口坝所在位置处的沟床纵比降I，确定该泥石流沟中可形成泥石流的体积浓度Cv以及最大固体颗粒的直径dmax；根据泥石流沟所在地区的每一座窗口坝的防护等级对窗口坝的主控功能进行分析，确定该一座窗口坝所起调控功能的优先级；根据确定的主控调节功能进行相应的校验，从而得到窗口坝开口参数。本发明专利技术从窗口坝调控粘性泥石流的主要调控效果指标和闭塞情况出发，结合室内水槽实验，基于窗口坝对粘性泥石流主要调控指标——泥石流峰值流量削率和窗口坝开口的闭塞度，从窗口坝调控粘性泥石流的结果出发，进行窗口坝开口参数的设计，可满足特定工程的具体设计需求，为透过型拦砂坝的开口参数设计提供新思路，从而更具有现实价值。

A Method for Determining Opening Parameters of Window Dam for Viscous Debris Flow

【技术实现步骤摘要】
一种针对粘性泥石流的窗口坝开口参数确定方法
本专利技术涉及泥石流灾害防治工程
，具体地说是一种针对粘性泥石流的窗口坝开口参数的设计方法。
技术介绍
粘性泥石流是山区常见的一种自然灾害类型，由于其往往具有容重高、流量大、冲击力强、破坏性剧烈等特点，成为大多数山地国家和地区造成主要经济损失和人员伤亡的灾害之一。加之近年来基础设施的建设不断大力向西部山区扩展，在降雨的作用下更易形成大量有危害性的粘性泥石流沟，为此，针对粘性泥石流的治理工作十分迫切。透过型拦砂坝作为泥石流防治工程的主要措施之一，具有防治效益好，施工简单等特点。窗口坝作为透过型拦砂坝的一种，是在实体坝上设置一些大开口，通过窗口坝实体部分和开口部分对泥石流的共同作用来达到对粘性泥石流的减灾、降低危害作用，已在中国西部山区得到了大量推广使用，取得了较好的防治效果。但目前由于窗口坝相关研究的滞后性，关于窗口坝开口参数的设计，主要依靠工程经验，故在实际工程中，容易因对窗口坝的拦淤机理认识不清而造成窗口坝开口参数的设计不合理导致孔口堵塞，无法发挥窗口坝对粘性泥石流的调节效果。为此，如何在保证对泥石流较好的调控效果下，避免窗口坝的过渡淤积是目前窗口坝的设计中亟待解决的问题。窗口坝作为一种新型的泥石流拦挡结构，目前尚缺乏与窗口坝开口参数设计的相关内容。在中国现行的《泥石流灾害防治工程设计规范》(DZ/T0239—2004)一文中，给出了切口坝开口参数的设计内容，建议切口坝的开口宽度b≥(2～3)Dm1，b≥1.5Dm2，(Dm1为中小洪水中可挟带的最大粒径，Dm2为大洪水中可挟带的最大粒径)，切口的深度h＝(1～2)b，切口的密度范围为0.2＜∑b/B＜0.6(B为溢流口宽度)。在开口形状上，切口坝与窗口坝具有一定的相似性，故可以用来作为窗口坝开口参数设计的参考。与传统的透过型拦砂坝不同，窗口坝需要考虑的开口参数较多，除需考虑传统的开口参数，如窗口坝的开口宽度、窗口坝的开口高宽比外，窗口坝的开口率以及泥石流的容重都对窗口坝的调控效果有较大影响。泥石流峰值流量削减率是窗口坝调控粘性泥石流的主要功能，窗口坝开口闭塞度是反映窗口坝拦截泥石流性能的主要参数。在实际工程设计中，对于透过型拦砂坝而言，往往要求窗口坝有较高的峰值流量削减程度而具有较低的开口闭塞度。在现行的规范中，均没有考虑其开口参数对透过型拦砂坝调控性能的影响，也没有考虑透过型拦砂坝相关参数之间的相互影响，更无法根据工程的特殊需求，进行窗口坝开口参数的设计。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种针对粘性泥石流的窗口坝开口参数的设计方法，为合理确定窗口坝的开口参数的设计提供设计依据，以满足工程应用的需求。为解决上述问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种粘性泥石流的窗口坝开口参数确定方法，包括：步骤1，确定窗口坝所在位置处的沟床纵比降I，确定该泥石流沟中可形成泥石流的体积浓度Cv以及最大固体颗粒的直径dmax；步骤2，根据泥石流沟所在地区的每一座窗口坝的防护等级对窗口坝的主控功能进行分析，确定该一座窗口坝所起调控功能的优先级；步骤3，根据步骤2确定的主控调节功能进行相应的校验，从而得到窗口坝开口参数。优选地，步骤2中的起调控功能的优先级是指窗口坝对粘性泥石流的流量削减能力优先、还是考虑窗口坝开口的闭塞程度优先。优选地，步骤2在主控功能进行分析时：如果确定窗口坝对粘性泥石流的主要调节功能在于对泥石流固体颗粒的拦截作用，则根据下式初步计算得出窗口坝的开口宽度b，开口高宽比h/b以及开口率λ，而窗口坝开口闭塞度B根据工程要求给定：如果确定窗口坝对粘性泥石流的主要调节功能在于对泥石流峰值流量的调节作用，则根据下式计算得出窗口坝的开口宽度b，开口高宽比h/b以及开口率λ，而泥石流峰值流量削减率δ根据工程要求给定：优选地，步骤3包括：如果主要调节功能在于对泥石流固体颗粒的拦截作用，则根据式2进行泥石流峰值流量削减率的校验，若满足设计要求，则可得到最终的窗口坝的开口宽度b，开口高宽比h/b以及开口率λ，若不满足设计要求，则需对重新给定窗口坝开口的闭塞度；如果主要调节功能在于对泥石流峰值流量的调节作用，则根据式1进行窗口坝开口的闭塞度的校验，若满足设计要求，则可得到最终的窗口坝的开口宽度b，开口高宽比h/b以及开口率λ，若不满足设计要求，则需对重新给定泥石流的峰值流量削减率。优选地，Cv依据现场调查和/或室内测试和/或行业规范确定，可根据泥石流容重γc确定。优选地，Cv通过下式确定：其中，γc为泥石流容重，单位kN/m3，野外调查结合相关规范确定；γw为泥石流中水的容重，单位t/m3，取值1.0；γs为泥石流中土体的实体容重，单位t/m3，野外调查结合相关规范确定。优选地，窗口坝开口闭塞度B由下式确定：其中B为闭塞度，Sd为窗口坝开口闭塞面积；Sa为窗口坝有效过流面积。优选地，泥石流峰值流量削减率δ由下式确定：其中δ为泥石流峰值流量削减率，Qf为窗口坝上游泥石流来流流量；Qb为窗口坝下游经窗口坝调控后的泥石流过流流量。本专利技术从窗口坝调控粘性泥石流的主要调控效果指标和闭塞情况出发，结合室内水槽实验，基于窗口坝对粘性泥石流主要调控指标——泥石流峰值流量削率和窗口坝开口的闭塞度，从窗口坝调控粘性泥石流的结果出发，进行窗口坝开口参数的设计，可满足特定工程的具体设计需求，为透过型拦砂坝的开口参数设计提供新思路，从而更具有现实价值。本专利技术中的方法可用于前期窗口坝开口参数设计，根据设计要求用于确定窗口坝开口宽度、窗口坝开口高度、窗口坝开口率等参数。亦可用于对已修建的窗口坝进行防治效果分析，从而为该泥石流后续泥石流防治的建设提供参考依据。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的窗口坝开口参数的设计方法兼顾考虑了窗口坝对粘性泥石流的拦截效果和窗口坝对粘性泥石流的调控效果，并基于以上因素选择最为适合于工程需求的窗口坝开口参数，可减小窗口坝开口参数设计的经验性，同时本专利技术所述的窗口坝开口参数的设计方法，能够明确窗口坝对粘性泥石流中固体物质的拦截效果和对粘性泥石流的峰值流量调节效果进行定量化分析，为经过窗口坝调节的粘性泥石流的危险性定量化研究提供参考。附图说明图1示意性地示出了窗口坝的主视图。具体实施方式以下对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本专利技术首先可对拟进行泥石流灾害工程的泥石流沟开展实地勘察工作，在明确该地区泥石流容重大于1.80t/m3的前提下，适用于本专利技术。实施例一如图1所示，本专利技术方法应用于四川省绵阳市某泥石流沟的窗口坝开口参数设计。某泥石流沟位于四川省绵阳市境内，流域面积10.2km2，主沟长度约5.1km，主沟床平均纵坡比降为202.15‰。流域内滑坡、崩塌发育，松散固体物质十分富集，在降雨因素的激发下，很容易爆发大规模泥石流，严重威胁着居住在沟口和泥石流堆积扇上居民的生命财产安全。为避免泥石流对当地村民的生命财产安全造成危害，拟对泥石流沟开展泥石流灾害的治理工作。由于该泥石流沟流域面积较大，泥石流爆发时，泥石流规模大，易对周边居民产生较大威胁。故计划于泥石流沟道中修建多座窗口坝，通过窗口坝对粘性泥石流的梯级调控作用，发挥窗口坝对粘性泥石流的调控效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对粘性泥石流的窗口坝开口参数确定方法，其特征在于，包括：步骤1，确定窗口坝所在位置处的沟床纵比降I，确定该泥石流沟中可形成泥石流的体积浓度Cv以及最大固体颗粒的直径dmax；步骤2，根据泥石流沟所在地区的每一座窗口坝的防护等级对窗口坝的主控功能进行分析，确定该一座窗口坝所起调控功能的优先级；步骤3，根据步骤2确定的主控调节功能进行相应的校验，从而得到窗口坝开口参数。

【技术特征摘要】
1.一种针对粘性泥石流的窗口坝开口参数确定方法，其特征在于，包括：步骤1，确定窗口坝所在位置处的沟床纵比降I，确定该泥石流沟中可形成泥石流的体积浓度Cv以及最大固体颗粒的直径dmax；步骤2，根据泥石流沟所在地区的每一座窗口坝的防护等级对窗口坝的主控功能进行分析，确定该一座窗口坝所起调控功能的优先级；步骤3，根据步骤2确定的主控调节功能进行相应的校验，从而得到窗口坝开口参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中的起调控功能的优先级是指窗口坝对粘性泥石流的流量削减能力优先、还是窗口坝开口的闭塞程度优先。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2在主控功能进行分析时：如果确定窗口坝对粘性泥石流的主要调节功能在于对泥石流固体颗粒的拦截作用，则根据下式初步计算得出窗口坝的开口宽度b，开口高宽比h/b以及开口率λ，而窗口坝开口闭塞度B根据工程要求给定：如果确定窗口坝对粘性泥石流的主要调节功能在于对泥石流峰值流量的调节作用，则根据下式计算得出窗口坝的开口宽度b，开口高宽比h/b以及开口率λ，而泥石流峰值流量削减率δ根据工程要求给定：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：如果主要调节功能在于对泥石流固体颗粒的拦截作用，则根据式2进行泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳金峰，周文兵，游勇，焦亮，张文涛，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51