[发明专利]一种基于物质与能量调控目标的开口型拦砂坝群设计方法

说明书

本发明涉及一种基于物质与能量调控目标的开口型拦砂坝群设计方法，属于泥石流防治技术领域。包括以下步骤：1)获取流域资料；2)拦砂坝选型；3)拦砂坝选址；4)组成拦砂坝群的拦砂坝数量n的确定，n≥3；5)泥石流基本特征参数获取；6)目标调控量计算；7)拦砂坝开口宽度b的确定；8)拦砂坝开口密度、坝高、坝宽、坝前坝后坡降等参数的确定。采用本发明所方法，可计算得出最优的拦砂坝级数、开口宽度和开口密度，为梯级开口型拦砂坝群的设计提供了科学、准确的设计依据，可广泛应用于梯级开口型拦砂坝群的设计和建设工程中。

技术领域

本发明涉及一种拦砂坝群设计方法，具体涉及一种基于物质与能量调控目标的开口型拦砂坝群设计方法，属于泥石流防治技术领域。

背景技术

泥石流产生危害的方式主要表现在对下游建构筑物、农田、水利和交通设施等的淤埋、冲击、堵塞等方式。泥石流减灾工程是减轻泥石流灾害最直接的手段之一。我国从20世纪50年代起开始了泥石流防治工作，发展至今已形成了以“稳、拦、排”为主的泥石流流域综合治理体系。其中，横跨泥石流流域中上游沟道中的拦挡坝是该治理体系的骨干工程，对泥石流防治效果有重要影响。目前，泥石流拦砂坝从结构形式上分可以分为实体重力坝、各种开口型拦砂坝。其中，实体重力坝发挥全拦全挡的作用，依靠坝前库容淤积泥沙水体，当库容於满后就失去了拦挡功能，但减缓了沟道局部比降，起到一定的固床护坡作用。开口型拦砂坝具有拦粗排细、减小峰值流量、延缓泥石流到达时间、减小泥沙排出量等作用，已成为泥石流防治工程中最主要的拦砂坝类型，且实际工程中，往往是由多个开口型拦砂坝组成拦砂坝群对泥石流进行防治。

然而，关于梯级拦砂坝群的设计，目前多根据工程经验来布置梯级拦砂坝系统，且多采用单一的拦砂坝种类，具体细部参数设置几乎一模一样没有变化，关于如何科学布置梯级拦砂坝系统相关的理论研究很少。现有技术中有针对汶川地震灾区泥石流规模大、易堵塞主河形成堰塞湖的特点提出了基于主河输移能力的泥石流防治规划设计原理，即综合考虑布置拦挡工程、排导工程及停淤工程以泥石流洪峰流量作为主要规划设计参数，根据泥石流堵塞主河的条件来确定主河输移的输移能力，据此确定排导槽最终排泄的峰值流量。同时，针对大规模泥石流携带大量巨石的情况，有学者提出了利用不同开口的拦砂坝群分级拦淤泥沙的方法，以实现水石分离，减小泥石流中大块石的冲击力，并同时拦截一定量的泥沙，将拦砂坝的拦排功能发挥到最大。然而，这些方法还均处于理念阶段，并没有给出可行的设计步骤和科学的计算方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是泥石流防治工程设计中梯级开口型拦砂坝群的方案设计理论方法缺失、经验设计不合理等，提出一种基于物质与能量调控为目标的开口型梯级拦砂坝群的设计方法，使得拦砂坝群的设计参数可以有科学合理的依据，通过本方法可以科学有效地确定拦砂坝开口宽度、开口密度，科学合理地布置多个拦砂坝形成开口型拦砂坝群，对泥石流进行阻流减速，更有效地减轻泥石流的危害，使拦砂坝的拦排功能得以优化发挥。

为实现本发明所述目的，本发明提出的一种基于物质与能量调控为目标的开口型拦砂坝群的设计方法，包括以下步骤：

1)获取流域资料

本步骤获取的资料内容包括泥石流沟地形地貌参数如流域面积、流域区段的划分及各区段具体的长度、比降等；泥石流物源量与动储量、固体物质颗粒级配、大块石等效直径；下游需保护的已知建构筑物资料，包括材料、类型、结构形式与极限强度等；拟采取的施工方式、施工材料等泥石流所在区域的常规资料。获取流域资料为本领域常规操作，可参考《泥石流灾害防治勘查规范》(DZ/T 0220-2006)。