[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于物质与能量调控目标的开口型拦砂坝群设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取流域资料：包括获得固体物质颗粒级配资料：界限粒径和大于该界限粒径的固体物质颗粒的累积百分比值f_c；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)获取泥石流基本特征参数，包括泥石流初始容重γ_c0、一次冲出泥石流固体物质总量W_s0、泥石流流速v_c0、泥深h；6)目标调控量计算：根据公式(1)计算需调控的目标泥沙拦截率P_td，根据公式(2)计算需调控的泥沙固体物总量，即拦砂坝群目标调控泥沙总量W_sd：W_sd＝P_td·W_s0  (2)公式(1)中：γ_c0为泥石流初始容重，单位：t/m³；γ_w、γ_s分别为水的容重与砂石固体颗粒容重，γ_w＝1.0t/m³，γ_s＝2.65～2.75t/m³；γ_cd为调控后的目标泥石流容重，单位：t/m³，为经验取值；公式(2)中：W_s0为一次冲出泥石流固体物质总量，单位：m³；设计每座坝的泥沙调控能力小于等于总调控需求的1/3，即W_si满足以下条件：公式(3)中：W_si为每级拦砂坝的目标泥沙调控量，单位：m³；7)各级拦砂坝开口宽度b的确定：拦砂坝群中的拦砂坝从上游至下游，每级开口宽度逐渐减小；根据步骤1)获得的流域资料中的固体物质颗粒级配资料，选择满足f_c≥P_td时，与P_td值最接近的f_c值所对应的界限粒径值作为最后一级拦砂坝结构的开口宽度b_n；然后依次选择级配资料中大于b_n的界限粒径作为各级开口宽度b_i初步设计值；按公式(4)计算每个拦砂坝在一场泥石流过程中的设计拦截固体物质最小量W_simin：W_simin＝(f_ci‑f_c(i‑1))W_s0  (4)公式(4)中，f_c(i‑1)为颗粒级配曲线上固体物质颗粒粒径大于第i‑1级结构设计开口宽度值b_(i‑1)所对应的界限粒径的固体物质颗粒累积百分比，其中，i＝1、2、3…、n；f_ci为颗粒级配曲线上固体物质颗粒粒径大于第i级结构设计开口宽度值b_i所对应的界限粒径的固体物质颗粒累积百分比，其中，i＝1、2、3…、n；若W_simin≥W_si，改变b_i值或改变拦砂坝数量n进行调整，直至满足W_simin<W_si；8)其它参数确定。