[发明专利]一种泥石流疏导系统及其疏导方法

权利要求书

1.一种泥石流疏导系统的疏导方法，其特征在于，疏导系统包括：

预测子系统和防护子系统；

所述预测子系统，包括用于根据遥感技术、区域历史水文数据和山体区域地形图，构建的山体区域三维模型；

并根据发生泥石流灾害时的历史数据，分别构建的各个山体区域的灾害预测模型；

所述灾害预测模型根据计算得到的泥石流灾害概率进行各个山体区域泥石流等级评定，并将评定后的山体区域等级映射于山体区域三维模型中；

防护子系统，用于根据山体区域三维模型中的山体区域等级即山体区域发生泥石流灾害的概率等级，构建山体区域防护疏导结构，包括：

分布于山体斜坡上的若干条截洪槽，以及设置于山体底部、且依次连通的砂石缓冲区、导流缓冲区、沉淀池和集水池；

所述砂石缓冲区内交错安装若干沉降斜板，沉降斜板侧面为三角形，沉降斜板的最底端靠近斜坡设置；所述沉降斜板与砂石缓冲区水平面所成锐角α为45°-70°；所述沉降斜板顶面横向分布若干条沉降滑槽，沉降滑槽内为弧形，弧形圆心角为120°，圆心角所对圆形半径为10cm；砂石缓冲区外沿与若干条导洪管连通，导洪管入口处设置过滤网；所述砂石缓冲区和导流缓冲区之间设置第一堤坝和第二堤坝；所述第一堤坝和第二堤坝之间安装若干过滤格栅；所述第一堤坝和第二堤坝内均开设若干泄洪孔，且在第一堤坝和第二堤坝的顶部均开设溢流口；

所述导流缓冲区内等间距的分布若干缓冲单元，所述缓冲单元包括两个缓冲阶梯，缓冲阶梯呈侧视图为梯形状；两个缓冲阶梯之间开设矩形引流槽，引流槽底部与引流管连通；所述引流管上安装电磁控制阀；

疏导方法包括：

S1、根据遥感技术、区域历史水文数据和山体区域地形图，构建山体区域三维模型；

S2、根据发生泥石流灾害时的历史数据，分别构建各个山体区域的灾害预测模型：

P＝ρ_xD_xρ_yD_y+ρ₁C₁+ρ₂C₂+ρ₃M₁+ρ₄M₂+ρ₅M₃+ρ₆N₁+ρ₇N₂

其中，P为发生泥石流灾害的概率，D_x为降雨强度，D_y为降雨持续时间，C₁为区域主要植被种类，C₂为区域主要植被种类覆盖面积，M₁为山体土壤或岩体主要类型，M₂为土壤或岩体的厚度，M₃为岩体或土壤松散度，N₁为山体垂直方向倾斜角度，N₂为山体水平方向倾斜角度即形成的纵向沟壑深度，ρ_x、ρ_y、ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆和ρ₇为概率因子，包括：

S2.1、对若干年发生泥石流灾害时的历史数据进行归一化处理；

S2.2、将归一化处理后的若干数据按照5:2的比例划分为训练集D和测试集C；

S2.3、设定迭代次数n，n＞1000，在训练集D上训练灾害预测模型，得到若干组概率因子；

S2.4、在测试集C上对训练后的灾害预测模型进行评估，得到若干组测试误差，选择误差值最小的概率因子带入，得到误差最小灾害预测模型；

S2.5、随机将训练集D划分为训练集D_train和验证集D_valid；

S2.6、在训练集D_train上训练误差最小灾害预测模型；

S2.7、在验证集D_valid上测试误差最小灾害预测模型的模型概率精度；

S2.8、重复步骤S2.5-步骤S2.7，直至模型概率精度达到预设值为止；

S3、根据灾害预测模型中泥石流灾害的概率进行各个山体区域泥石流等级评定，并将评定后的山体区域等级映射于山体区域三维模型中，包括：

S3.1、基于灾害预测模型对各个山体区域发生泥石流的概率划分为：安全、危险、较危险和极度危险；

S3.2、根据划分后的山体区域，在山体区域三维模型中采用不同颜色对山体区域进行标注；

S3.3、将等级划分为安全的山体区域标注为绿色，等级划分为危险的山体区域标注为黄色，等级划分为较危险的山体区域标注为橙色，等级划分为极度危险的山体区域标注为红色；

S4、对在所述山体区域三维模型中标注为黄色、橙色和红色的山体区域进行防护治理，包括：

S4.1、在山体区域垂直方向倾斜角度为(30°，90°)的斜坡上开设若干避免径流流量过大截洪槽，并在斜坡底部基于防护子系统减缓泥石流的冲击破坏力，包括：

S4.1.1、将泥石流导入砂石缓冲区，泥石流依次流经交错分布的用于减缓泥石流冲击力的若干沉降斜板，并通过导洪管将部分水量导入河流；

S4.1.2、泥石流依次流经第一堤坝、过滤格栅和第二堤坝，抵挡、过滤泥石流中的大部分泥沙碎石；

S4.1.3、将泥石流中的水分导入导流缓冲区，并依次流经若干个用于减缓流速的缓冲单元，当雨量传感器检测到当前的雨量大于预设阈值时，控制开启引流管上的电磁控制阀，通过引流管将部分水量导入河流中；

S4.1.4、流速减缓后的水分进入沉淀池沉淀杂质、泥沙和碎石，并进入集水池内存储；

S4.1.3中根据相邻缓冲阶梯的垂直高度差和导流缓冲区水力坡降构建河床阻力系数：

其中，β为缓冲阶梯相对导流缓冲区所在平面所成锐角；H为矩形引流槽最大水深；Δh为相邻两个缓冲阶梯的垂直高度差；I为水力坡降；

设定导流缓冲区对泥石流的缓冲阻力最大为目标函数Mmax，即计算最大河床阻力系数：

根据多组试验和模拟计算得到，当河床阻力系数在范围[0.6，1)时，导流缓冲区对泥石流的缓冲阻力最大，并根据缓冲阻力最大设计导流缓冲区相邻两个缓冲阶梯的垂直高度差、矩形引流槽最大水深H和缓冲阶梯相对导流缓冲区所在平面所成锐角β；

S4.2、在山体区域垂直方向倾斜角度为(0°，30°)的缓坡区域上，沿坡向方向分模块种植若干绿植植被。

2.根据权利要求1所述的泥石流疏导系统的疏导方法，其特征在于，所述步骤S4.2在山体区域垂直方向倾斜角度为(0°，30°)的缓坡区域上，沿坡向方向分模块种植若干绿植植被，包括：

S4.2.1、根据缓坡区域地形，在缓坡上开设若干纵横交错的引流路径；

S4.2.2、若干纵横交错的引流路径之间形成若干种植模块；

S4.2.3、沿缓坡坡向方向，在缓坡同一高度的所有种植模块内种植防止水土流失的树本植物，在缓坡另一高度的所有种植模块内种植草本植物，即沿缓坡方向，交错种植树本植物和草本植物；

S4.2.4、每根所述引流路径均延伸至山下，并与山下河流、水渠、农田、果园或者鱼塘连通。