冰湖溃决型洪水泥石流防治方法技术

本发明专利技术公开了一种冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，通过在水石分离、水流分散达到快速调峰，控制溃决洪水泥石流的规模，利用逐级消能控制物源起动的方法降低溃决洪水泥石流规模的级联放大，在下游区域通过修建控制型拦砂坝进行分流调控将溃决洪水泥石流分层、快速排导至主河，可在冰湖溃决特大洪水泥石流风险的区域，提前修建防治工程构建防治体系，对洪水泥石流流量进行分离、消耗其能量、采用消能潜槛和拦砂坝等工程，逐级降低溃决洪水泥石流的能量，拦挡对下游有巨大冲击能量的块石，控制沟道沟岸物源起动形成泥石流，同时也可以将形成的稀性泥石流或高容重低粘性的泥石流进行水石分离，将稀性泥石流转化为洪水。

【技术实现步骤摘要】
冰湖溃决型洪水泥石流防治方法
本专利技术涉及防灾减灾、工程设计和应用领域，特别涉及一种冰湖溃决型洪水泥石流防治方法。
技术介绍
随着全球气候变暖，世界各高海拔山区的冰湖溃决事件频繁发生，常损毁基础设施和冲毁村镇，造成严重的经济损失和人员伤亡。自20世纪30年代至21世纪初，全球有记录的冰湖溃决事件呈现明显的增加趋势，而我国累计发生严重的冰湖溃决洪水泥石流灾害33起。如：1954年康马县桑旺错冰湖溃决形成特大洪水和泥石流造成约400人死亡，2万多人受灾，并使位于中下游的江孜和日喀则等城镇遭受严重危害。西藏地区冰湖溃决事件呈增加趋势，冰湖溃决高发地带分布于海洋性冰川和大陆性冰川的过渡带，以及帕隆藏布流域的海洋性冰川带，对我国西藏南亚大通道和藏东的川藏铁路、川藏高速等重要交通干线建设和后期的运行维护构成严重威胁。随着全球气候变暖和冰川退缩加剧，冰碛湖溃决灾害日趋增多，已成为对线路方案起控制作用的特殊环境地质灾害类型。根据冰碛坝下游沟道的固体物源分布情况，溃决后的洪水可能演变为泥石流。而冰湖溃决引发的洪水或泥石流灾害规模往往是一般洪水、泥石流的数十倍，造成的危害也更大。随着对重大工程建设和安全运行的标准逐步提升，对冰湖溃决洪水泥石流的防治需求越来越迫切。但现有技术中并未有从流域尺度出发，针对冰湖溃决洪水泥石流的防治提出有效的处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提出一种冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，该方法能够通过水石分离、水流分散达到快速调峰、降低水流动能的目的，通过修建潜槛和拦砂坝控制沟道、沟岸物源起动形成泥石流，降低溃决洪水规模级联放大的风险，在下游区域通过坝体分流作用实现洪水泥石流在垂直方向上的分层顺畅排导，最大程度的减小溃决洪水泥石流灾害对下游地区的铁路、公路、水利工程、居民点和农田造成危害。为解决上述问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，包括：步骤1，根据沟道下游主河的输砂能力、需要保护的重大工程设施和村镇、主河沿岸区域的城镇等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；通过现场调查与勘查对冰碛坝后的沟道进行分区，依次分为上游区、中游区、下游区；进一步确定上游区沟道内分布的大块石直径、中游区域沟道内分布的物源颗粒粒径，确定D90；确定沟道物源分布及其厚度；依据铁路、公路桥梁周围环境条件确定排导工程的长度、宽度和坡度范围；确定不同溃决条件下的最大溃决洪峰流量QTotal；步骤2，在上游区修建桩林坝群，库区内分层摆放大块石，若沟道内大块石数量有限，则可放置预制人工结构体，每一行桩林中的桩与桩之间的间距为b，行与行之间的间距为B；所述堆放的大漂石或人工结构体的直径D满足D>b，依次向上游摆放，每间隔(50-100)D设置1-2排桩林以稳固上游的漂石和控制下游的漂石起动，同时桩林和摆放的块石形成阶梯跌水，以消耗洪水泥石流的能量；步骤3，在中游区域修建消能潜槛，修建若干级潜槛后修建一座拦砂坝，防止沟道在溃决洪水的作用下快速下切，控制沟道沟岸的物源起动形成泥石流；步骤4，在下游区域，通过修建一座控制型拦砂坝将溃决洪水泥石流进行分流，然后分别通过位于铁路、公路桥梁下部和顶部以上的排导槽将溃决洪水泥石流泄放至主河。优选地，所述的桩林坝库区内的辅助桩及其上游堆放的漂石或人工结构体构成阶梯状跌水消耗溃决洪水的能量，所形成的阶梯状跌水的高度为(2-4)D，长度范围为(50-100)D。优选地，所述的桩林中的单根桩埋入土体深度应满足大于(10-20)D、地表以上的高度满足大于(5-10)D；所述堆放的漂石或人工预制结构体堆叠高度为桩林地面以上高度的0.5-0.8倍，大块石之间间距为(0.25-0.5)D，以使水流通过。优选地，所述的消能潜槛顶宽为d，地面以上高度为(2-5)d，地面以下埋入深度为地面以上高度的1.0-2.0倍，消能潜槛底部设置桩基，桩基的间隔宽度为(3-5)d，桩基的深度为桩基间距的1.5-3倍。优选地，所述的拦砂坝为大开孔的拦砂坝，以起到拦粗排细的作用，泄流孔的宽度为拦砂坝上游沟道内分布的块石直径D90的1.2-2.0倍，高度为泄流孔宽度的1-2倍。优选地，所述分流坝或控流坝的设计流量分配满足以下关系QTotal＝QUp+QDown，上层排导槽下底面与铁路、公路桥梁顶面之间的高差需要满足以下关系：H高差＝ηH车，η为安全系数，一般取值为η＝1.5-3.0；H车为通行的车辆最大高度；然后，依次根据分流坝或控流坝到桥梁的距离L坝到桥、上层排导槽的设计坡度JUp确定坝体溢流口高程；控制型拦砂坝上部和底部的流量分配确定方法如下：(1)所述的下层排导槽的最大过流能力Q排,Down，根据公路、铁路桥梁下部允许通过的排导槽宽度BDown和水深hDown拟定设计值，依据以下方法进行计算：(2)冰湖溃决产生的洪水泥石流规模等级属于大规模或特大规模，当溃决洪水泥石流到控制型拦砂坝位置时，泄流孔的泄流方式满足闸孔出流条件，因此，泄流孔的过流面积ADown按照下式确定：其中，μ为流量系数，b孔为泄流孔宽度，g为重力加速度，Hdown为高于泄流孔底部以上的水深；(3)下层排导槽设计流量Q排,Down和泄流孔泄放的流量QDown需要满足以下关系：Q排,Down>kQDown，其中k为安全系数。根据下层排导槽的宽度BDown和水深hDown拟定值，在满足排导槽宽度BDown和泄流孔的宽度b孔之间关系的条件下，BDown>βb孔，确定泄流孔的宽度b孔和高度h孔，其中，β为过流断面宽度比例系数；(4)所述的上层排导槽的最大过流能力为Q排,Up，根据地形条件确定上层排导槽的宽度BUp和深度hUp拟定值，其最大过流能力依据以下方法进行计算：(5)所述控制型拦砂坝的溢流堰宽度采用以下方法确定：其中，m为流量系数，b堰为泄流孔宽度，g为重力加速度，H堰为高于溢流口底部以上的水深；(6)上层排导槽设计流量Q排,Up和通过溢流堰的流量QUp需要满足以下关系：Q排,Up>kQUp，其中k为安全系数。根据上层排导槽的宽度BUp和水深hUp拟定值，在满足排导槽宽度BUp和溢流堰的宽度b堰之间关系的条件下，BUp>βb堰，确定溢流堰的宽度b堰，其中，β为过流断面宽度比例系数。优选地，安全系数k根据冰湖溃决风险和下游保护对象的重要程度取值，一般情况取1.2-3.0；过流断面宽度比例系数β取1.5-3.0。优选地，上下层排导槽的形式可选用钢筋混凝土修建的矩形槽、复式排导槽、非对称排导槽等形式，其过流能力要根据不同排导槽形式进行验算。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在涉及重要工程设施布局和人员分布的地区，且同时存在冰湖溃决特大洪水泥石流风险的区域，若遭遇突发性冰湖溃决特大洪水泥石流时，可利用提前修建的防治工程体系，对洪水泥石流流量进行分离、消耗其能量、采用消能潜槛和拦砂坝等工程，逐级降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，其特征在于，包括：/n步骤1，根据沟道下游主河的输砂能力、需要保护的重大工程设施和村镇、主河沿岸区域的城镇等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；通过现场调查与勘查对冰碛坝后的沟道进行分区，依次分为上游区、中游区、下游区；进一步确定上游区沟道内分布的大块石直径、中游区域沟道内分布的物源颗粒粒径，确定D90；确定沟道物源分布及其厚度；依据铁路、公路桥梁周围环境条件确定排导工程的长度、宽度和坡度范围；确定不同溃决条件下的最大溃决洪峰流量Q

【技术特征摘要】
1.一种冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据沟道下游主河的输砂能力、需要保护的重大工程设施和村镇、主河沿岸区域的城镇等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；通过现场调查与勘查对冰碛坝后的沟道进行分区，依次分为上游区、中游区、下游区；进一步确定上游区沟道内分布的大块石直径、中游区域沟道内分布的物源颗粒粒径，确定D90；确定沟道物源分布及其厚度；依据铁路、公路桥梁周围环境条件确定排导工程的长度、宽度和坡度范围；确定不同溃决条件下的最大溃决洪峰流量QTotal；
步骤2，在上游区修建桩林坝群，库区内分层摆放大块石，若沟道内大块石数量有限，则可放置预制人工结构体，每一行桩林中的桩与桩之间的间距为b，行与行之间的间距为B；所述堆放的大漂石或人工结构体的直径D满足D>b，依次向上游摆放，每间隔(50-100)D设置1-2排桩林以稳固上游的漂石和控制下游的漂石起动，同时桩林和摆放的块石形成阶梯跌水，以消耗洪水泥石流的能量；
步骤3，在中游区域修建消能潜槛，修建若干级潜槛后修建一座拦砂坝，防止沟道在溃决洪水的作用下快速下切，控制沟道沟岸的物源起动形成泥石流；
步骤4，在下游区域，通过修建一座控制型拦砂坝将溃决洪水泥石流进行分流，然后分别通过位于铁路、公路桥梁下部和顶部以上的排导槽将溃决洪水泥石流泄放至主河。


2.根据权利要求1所述的冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，其特征在于，所述的桩林坝库区内的辅助桩及其上游堆放的漂石或人工结构体构成阶梯状跌水消耗溃决洪水的能量，所形成的阶梯状跌水的高度为(2-4)D，长度范围为(50-100)D。


3.根据权利要求1所述的冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，其特征在于，所述的桩林中的单根桩埋入土体深度应满足大于(10-20)D、地表以上的高度满足大于(5-10)D；所述堆放的漂石或人工预制结构体堆叠高度为桩林地面以上高度的0.5-0.8倍，大块石之间间距为(0.25-0.5)D，以使水流通过。


4.根据权利要求1所述的冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，其特征在于，所述的消能潜槛顶宽为d，地面以上高度为(2-5)d，地面以下埋入深度为地面以上高度的1.0-2.0倍，消能潜槛底部设置桩基，桩基的间隔宽度为(3-5)d，桩基的深度为桩基间距的1.5-3倍。


5.根据权利要求1所述的冰湖溃决型洪水泥石流防治方法，其特征在于，所述的拦砂坝为的开孔的拦砂坝，以起到拦粗排细的作用，泄流孔的宽度为拦砂坝上游沟道内分布的块石直径D90的1.2-2.0倍，高度为泄流孔宽度的1-2倍。


6.根据权利要求1所述的冰湖溃决型洪水泥石...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑刚，陈晓清，崔鹏，游勇，陈华勇，栗帅，唐金波，赵万玉，曾璐，王喜安，
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