超大规模洪水泥石流防治方法技术

本发明专利技术提供了一种超大规模洪水泥石流防治方法，首先确定流域内暴发某一标准洪水泥石流相对应的规模，然后判断洪水泥石流的级别；然后针对超大规模洪水泥石流的防治，确定该流域内防治工程体系的防护设计标准，进一步确定关键控制性工程的设计标准；最后根据关键控制性工程的设计标准，提出具有不同功能分区的拦砂坝设计方法。在遭遇超大规模冰川洪水泥石流时，在保证整个流域防治工程体系安全的条件下，允许关键控制性拦砂坝部分坝体溃决而增加过流断面面积和下泄流量，未溃决区域的坝体基础部分能够有效的控制沟道下切，调控通过断面的流速，从而最大程度地减小对下游地区铁路、公路、桥梁、隧道等的威胁和危害。

【技术实现步骤摘要】
超大规模洪水泥石流防治方法
本专利技术属于防灾减灾、土木工程设计领域，以及铁路工程、公路工程等的应用领域，特别涉及一种超大规模洪水泥石流防治方法。
技术介绍
山洪泥石流灾害是我国山区面临的主要地质灾害类型之一，特别是高海拔地区的超大规模冰川洪水泥石流、冰湖溃决洪水泥石流灾害给公路、铁路、输油管线等重大线性工程带来更加严重的危害。在全球气候变暖的背景条件下，极端气象降雨、高温事件发生的频率不断增加。同时，随着在高海拔地区修建公路、铁路等重大工程越来越多，对重大工程建设和安全运行的标准逐步提升，因此对超大规模洪水和泥石流灾害的防治需求越来越迫切。常规的泥石流防治方法仅针对于小流域中的大规模泥石流一次总量小于100×104m3，或泥石流峰值流量小于2000m3/s的情况，且能够起到较好的效果，而针对超大规模泥石流情况下多采用整体搬迁或线路绕避的方式。然而，青藏高原这种高海拔区域常暴发超大规模的冰湖溃决洪水泥石流灾害，以及冰川快速融水而形成的超大规模洪水和泥石流灾害。针对一次总量大于100×104m3，或者峰值流量大于2000m3/s的超大规模洪水和泥石流，常规的防治工程流域方法难以起到有效的防治效果。例如：位于西藏波密县的古乡沟，属于典型的冰川型泥石流沟谷，随着气候的周期性波动及其所引起的冰川进退，导致了泥石流活动的相应变化。由于温度升高导致冰川消融剧烈，1953年9月23日古乡沟暴发了超大规模的冰川泥石流，峰值流量高达28600m3/s，冲出固体物质1100×104m3，迫使帕隆藏布南移200m左右，并堵江形成堰塞湖，淹没上游大片农田。因此，在气候变暖的背景下，超大规模洪水泥石流灾害发生的概率越来越高，其具有突发性强、洪峰高、破坏力强的特征，寻求一种适用于流域尺度的超大规模洪水泥石流防治方法和修建于沟道内的关键控制性防治工程的设计方法十分必要，其不仅能够有效的调控流域内超大规模冰湖溃决洪水泥石流、冰川洪水泥石流的级联溃决过程，抑制揭底和堵溃效应，还能够有效的保护下游区域的公路、铁路等重大工程，具有显著的现实意义和工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超大规模洪水泥石流防治方法，以解决至少一个上述技术问题。为解决上述问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种超大规模洪水泥石流防治方法，包括：步骤1，根据沟道下游保护对象的防护标准，确定流域内防治工程体系规划设计标准、以及关键控制性防治工程的设计防护等级和标准，根据流域内的历史灾害调查情况、测量获取流域地形特征参数，以及依据现场勘查获取的历史灾害洪痕结果或小流域水文计算方法，确定设计标准下的泥石流峰值流量或一次泥石流总量，通过现场勘查获得流域内的物源总量及其分布情况，确定可能参与泥石流活动的物源量；步骤2，当流域内可能暴发超大规模泥石流时，可在物源区布设人工结构体或人工结构体串，控制物源起动量；若物源起动形成泥石流，那么未起动的人工结构体可控制沟床下切，起动的人工结构体(串)可通过增加泥石流运动过程中的阻力实现耗能来调控流量；步骤3，若在某一设计标准下流域内暴发的冰川洪水泥石流为大规模时，则采用排导工程、拦挡工程、停淤工程组合的方式进行泥石流防治；步骤4，若在某一设计标准下流域内暴发的冰川洪水泥石流为超大规模时，则进一步通过沟道调查和实际取样测试，确定防治工程规划布置方法和关键控制性防治工程的位置，流域内关键控制性工程的位置和数量根据不同流域实际情况而定；每设置3-5座常规拦砂坝后，设置一座关键控制性拦砂坝，其库容必须满足以下条件：控制性拦砂坝的库容≥其上游非控制性拦砂坝的库容之和，即：当上游非控制性拦砂坝溃决后，控制性拦砂坝能够容纳其拦蓄的泥沙量，不至于因其上游的拦砂坝溃决而超过控制性拦砂坝的库容，影响控制性拦砂坝的拦蓄功能；步骤5，所述关键控制性防治工程，需要将关键控制性防治工程——拦砂坝坝体分为四个区域，即：区域A——坝体基础部分、区域B——左岸坝肩区域、区域C——右岸坝肩区域、区域D——包含坝体泄流孔和溢流口，将上述的四个区域按照不同的防护标准设计，即：区域A、区域B、区域C按照相同的标准设计，可采用桩基等加固基础；区域D采用低于其他三个区域的标准设计；关键控制性工程在遭遇超大规模的冰川洪水泥石流情况下允许区域D溃决，除此之外的区域A、区域B和区域C则不允许发生溃决。优选地，当判断流域内可能暴发超大规模泥石流时，可在物源区布设人工结构体或人工结构体串，人工结构体或人工结构体(串)可采用预制的方式，均匀或不均匀分散于物源区。优选地，所述关键控制性工程需要根据实际地形情况确定坝体轴线长度、坝基宽度、坝体高度等参数；通过实际钻孔取样测试，确定坝基和两岸的堆积层厚度。优选地，根据布置在流域内的铁路、公路等重要设施的设计防护标准，要求关键控制性防治工程的不可溃决破坏区域的设计防护标准高于可溃决区域的设计防护标准。优选地，区域A采用的设计等级和标准大于等于铁路、公路等重要设施的防护等级，区域B和C采用和区域A相同的设计等级和标准，该区域的建筑材料采用高标号钢筋混凝土进行修建。优选地，区域D采用低于区域A、B和C的设计等级和标准，该区域的建筑材料采用低于区域A、B和C的钢筋混凝土进行修建或采用钢索网或柔性防护网等构件，在遭遇超大规模冰川洪水泥石流情况下，允许区域D发生溃决。优选地，桩基的深度确定方法如下：桩基的有效桩长大于等于坝高、且穿过覆盖层至基岩H>H设计。优选地，关键控制性拦砂坝的溃决区域D范围为包含泄流孔在内的区域，当坝体受到的冲击力/压力超过设计标准时(P>P设计)，允许区域D溃决；或根据流域内的洪水断面实时监测数据(Q＝BHV)，推算得到的泥石流流量超过设计规模时，关键控制性拦砂坝的溃决区域D发生自动溃决。优选地，根据左右坝肩的松散堆积层厚度和在设计标准下坝肩的抗冲击需求，确定区域B和C锚固形式为抗滑桩或预应力锚固，再进一步确定锚固深度h，且大于坝肩松散堆积层的深度h>h堆积层。与现有技术相比，本方法在保证整个流域防治工程体系安全的条件下，允许关键控制性拦砂坝部分坝体溃决而增加过流断面面积和下泄流量，未溃决区域的坝体基础部分能够有效的控制沟道下切，调控通过断面的流速，从而最大程度地减小对下游地区的威胁和危害；同时，这种关键控制性的拦砂坝在溃决之后能够在原有基础上快速的恢复重建，节约施工时间和大大降低工程的维护费用。附图说明图1是钢筋混凝土式关键控制性拦砂坝；图2是钢筋混凝土+钢索网式关键控制性拦砂坝。图中附图标记：A、区域A，B、区域B，C、区域C，D、区域D1、桩基，2、泄流孔，3、溢流口，4、锚固装置，5、钢索网。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。本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提出一种针对超大规模泥石流防治工程的流域方法，以及流域内关键性拦砂坝设计方法及其应用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大规模洪水泥石流防治方法，其特征在于，包括：/n步骤1，根据沟道下游保护对象的防护标准，确定流域内防治工程体系规划设计标准、以及关键控制性防治工程的设计防护等级和标准，根据流域内的历史灾害调查情况、测量获取流域地形特征参数，以及依据现场勘查获取的历史灾害洪痕结果或小流域水文计算方法，确定设计标准下的泥石流峰值流量或一次泥石流总量，通过现场勘查获得流域内的物源总量及其分布情况，确定可能参与泥石流活动的物源量；/n步骤2，当流域内可能暴发超大规模泥石流时，可在物源区布设人工结构体或人工结构体串，控制物源起动量；若物源起动形成泥石流，那么未起动的人工结构体可控制沟床下切，起动的人工结构体(串)可通过增加泥石流运动过程中的阻力实现耗能来调控流量；/n步骤3，若在某一设计标准下流域内暴发的冰川洪水泥石流为大规模时，则采用排导工程、拦挡工程、停淤工程组合的方式进行泥石流防治；/n步骤4，若在某一设计标准下流域内暴发的冰川洪水泥石流为超大规模时，则进一步通过沟道调查和实际取样测试，确定防治工程规划布置方法和关键控制性防治工程的位置，流域内关键控制性工程的位置和数量根据不同流域实际情况而定；/n每设置3-5座常规拦砂坝后，设置一座关键控制性拦砂坝，其库容必须满足以下条件：控制性拦砂坝的库容≥其上游非控制性拦砂坝的库容之和，即：当上游非控制性拦砂坝溃决后，控制性拦砂坝能够容纳其拦蓄的泥沙量，不至于因其上游的拦砂坝溃决而超过控制性拦砂坝的库容，影响控制性拦砂坝的拦蓄功能；/n步骤5，所述关键控制性防治工程，需要将关键控制性防治工程——拦砂坝坝体分为四个区域，即：区域A——坝体基础部分、区域B——左岸坝肩区域、区域C——右岸坝肩区域、区域D——包含坝体泄流孔和溢流口，将上述的四个区域按照不同的防护标准设计，即：区域A、区域B、区域C按照相同的标准设计，可采用桩基等加固基础；区域D采用低于其他三个区域的标准设计；关键控制性工程在遭遇超大规模的冰川洪水泥石流情况下允许区域D溃决，除此之外的区域A、区域B和区域C则不允许发生溃决。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超大规模洪水泥石流防治方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据沟道下游保护对象的防护标准，确定流域内防治工程体系规划设计标准、以及关键控制性防治工程的设计防护等级和标准，根据流域内的历史灾害调查情况、测量获取流域地形特征参数，以及依据现场勘查获取的历史灾害洪痕结果或小流域水文计算方法，确定设计标准下的泥石流峰值流量或一次泥石流总量，通过现场勘查获得流域内的物源总量及其分布情况，确定可能参与泥石流活动的物源量；
步骤2，当流域内可能暴发超大规模泥石流时，可在物源区布设人工结构体或人工结构体串，控制物源起动量；若物源起动形成泥石流，那么未起动的人工结构体可控制沟床下切，起动的人工结构体(串)可通过增加泥石流运动过程中的阻力实现耗能来调控流量；
步骤3，若在某一设计标准下流域内暴发的冰川洪水泥石流为大规模时，则采用排导工程、拦挡工程、停淤工程组合的方式进行泥石流防治；
步骤4，若在某一设计标准下流域内暴发的冰川洪水泥石流为超大规模时，则进一步通过沟道调查和实际取样测试，确定防治工程规划布置方法和关键控制性防治工程的位置，流域内关键控制性工程的位置和数量根据不同流域实际情况而定；
每设置3-5座常规拦砂坝后，设置一座关键控制性拦砂坝，其库容必须满足以下条件：控制性拦砂坝的库容≥其上游非控制性拦砂坝的库容之和，即：当上游非控制性拦砂坝溃决后，控制性拦砂坝能够容纳其拦蓄的泥沙量，不至于因其上游的拦砂坝溃决而超过控制性拦砂坝的库容，影响控制性拦砂坝的拦蓄功能；
步骤5，所述关键控制性防治工程，需要将关键控制性防治工程——拦砂坝坝体分为四个区域，即：区域A——坝体基础部分、区域B——左岸坝肩区域、区域C——右岸坝肩区域、区域D——包含坝体泄流孔和溢流口，将上述的四个区域按照不同的防护标准设计，即：区域A、区域B、区域C按照相同的标准设计，可采用桩基等加固基础；区域D采用低于其他三个区域的标准设计；关键控制性工程在遭遇超大规模的冰川洪水泥石流情况下允许区域D溃决，除此之外的区域A、区域B和区域C则不允许发生溃决。


2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑刚，陈晓清，崔一飞，游勇，陈华勇，赵万玉，栗帅，
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，清华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51