[发明专利]一种拦砂坝淤满条件下泥石流流速衰减值的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于泥石流防治工程设计应用技术领域，特别涉及一种基于沟道纵比降和沟道宽度的拦砂坝淤满条件下泥石流流速衰减值的计算方法。

背景技术

为了有效的防治震区泥石流灾害，泥石流沟流域内修建了大量的防治工程，其中最为主要的防治措施是泥石流拦砂坝。泥石流在拦砂坝防治工程作用下，使得泥石流的流速发生衰减。汶川震后大规模的群发性泥石流事件使得现存的大部分拦砂坝库区呈淤满状态，且由于震区陡峭的地形使得拦砂坝清库工作几乎成为不可能完成的工程，淤满状态下的拦砂坝使得泥石流的消能功效大为降低，很多拦砂坝已不能满足当初设计的需要。因此，对于类似汶川震区此类不能进行泥石流拦砂坝库区清淤处理的泥石流沟，拦砂坝淤满的条件下的泥石流流速衰减特征成为此类泥石流防治的研究重点。

泥石流流速的变化特征与其所在的沟道冲刷断面、沟道纵比降，以及沟道的糙率等因素相关，其中在空库的拦砂坝下游处泥石流的动能衰减值为80.7％～98.8％。多次的泥石流事件后，拦砂坝库区几乎成淤满状态，使得泥石流拦砂坝的防治效应大为降低。例如，映秀磨子沟在2011年的“7.03”、2013年的“7.10”强降雨过程中均暴发不同规模的泥石流，使得泥石流沟流域内的拦砂坝处于淤满状态，导致2016年的“7.05”强降雨过程中，磨子沟泥石流冲出沟口，使得国道213线的交通处于瘫痪状态。

泥石流的流速反映了泥石流流体的动能条件，泥石流拦砂坝的主要作用为消能，从而降低泥石流的流速，进而降低泥石流灾害的危险程度；现行的泥石流拦砂坝消能主要通过室内实验获取，而泥石流拦砂坝设计主要针对空库状态下的拦挡效应。针对淤满状态下的拦砂坝设计流速值计算方法较少，导致泥石流拦砂坝设计的使用受到限制，且淤满状态下的消能作用不明显。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于沟道纵比降和沟道宽度的拦砂坝淤满条件下泥石流流速衰减值的计算方法，以解决强震区拦砂坝淤满后的泥石流流速设计值，构建基于泥石流沟道横断面参数的泥石流流速衰减值预测模型，并进行实例运用，为泥石流拦砂坝工程设计的流速提供新方法，适用于泥石流防治实际工程的需要。

本发明技术的技术方案实现方式：一种基于沟道纵比降和沟道宽度的拦砂坝淤满条件下泥石流流速衰减值的计算方法，其特征在于：将震区拦砂坝工程上、下游的沟道断面特征应用于震区泥石流的流速预测，通过拦砂坝库区所导致的泥石流沟道变化值得到泥石流暴发时的流速衰减值，其具体计算方法如下：

A.通过获取震区泥石流沟拦砂坝上、下游沟道的参数，确定泥石流沟拦砂坝上、下游的沟道总纵比降J₂和J₁(‰)，泥石流沟拦砂坝上、下游的沟道宽度B₂和B₁(m)；

B.通过以下公式确定震区泥石流的流速α_v的衰减值，单位m/s；

式中：v₂为拦砂坝上游的流速(m/s)，v₁为拦砂坝下游的流速(m/s)，J₂为拦砂坝上游的沟道纵比降(‰)，J₁为拦砂坝下游的沟道纵比降(‰)，B₂为拦砂坝上游的沟道宽度(m)，B₁为拦砂坝下游的沟道宽度(m)；均由步骤A所确定。

本发明所述的基于沟道纵比降和沟道宽度的拦砂坝淤满条件下泥石流流速衰减值的计算方法，其所述步骤B中确定的震区泥石流流速α_v的衰减值公式适用于震区拦砂坝淤满条件下的泥石流流速衰减值预测，将得到的衰减后的泥石流流速作为震区泥石流拦砂坝淤满后的最小设计泥石流流速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明突破传统经验的限制，从泥石流沟道纵比降、泥石流沟道宽度等多方面入手，构建了基于震区拦砂坝淤满条件下泥石流沟道断面参数的泥石流流速衰减模型。首先，在泥石流沟道纵比降方面，充分考虑震区泥石流沟拦砂坝淤满后上、下游的沟道纵比降变化，利用泥石流沟道纵比降的变化值定量反映了震区泥石流拦砂坝位置的地形坡度特征；其次，基于汶川震区泥石流拦砂坝上、下游沟道宽度变化特征，根据泥石流的质量连续方程反映了震区泥石流拦砂坝淤满条件下流速与沟道横断面参数间的相互关系。本发明的计算理论完善，计算结果符合泥石流现场调查，能够为震区泥石流拦砂坝防治工程设计参数提供技术支持，有效避免了因为泥石流流速设计值低所导致的泥石流防治工程未能满足实际需要，进而造成泥石流防治工程失效的问题。

具体实施方式