一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法

本发明涉及泥石流堰塞湖减灾工程，尤其涉及一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法。

背景技术：

1、泥石流（debris flow）是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。除了泥石流运动过程中产生的冲击淤埋危害外，还常以泥石流堵江-堰塞湖-溃决洪水的灾害链模式呈现，放大灾害影响范围。一方面，泥石流堵江形成的堰塞湖会造成上游淹没灾害；另一方面，泥石流堰塞湖溃决后形成的大规模溃决洪水会对下游造成严重的冲击和淹没灾害。因此，采取一定的工程措施，降低泥石流堵江－堰塞湖-溃决洪水危险性尤为重要。

2、目前在泥石流堰塞湖减灾方面，常用的应急处置技术为爆破开槽泄流，尽可能降低堰塞湖水位和库容，但由于堵江堰塞体有较强可塑性，爆破开槽的效果并不明显；采用开挖初始泄流槽的方法又存在极大的沉陷安全隐患。

3、如何更有效地削减泥石流堰塞湖的危险性，成为重点研究的课题。

技术实现思路

1、针对现有泥石流堰塞湖降灾减灾的缺陷，本发明的目的在于提供一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法，在枯水期进行施工，通过降低堵江堰塞体堆积范围内河道边界糙率，进而削减堵江堰塞体的坝高和堰塞湖的库容，以此达到降低泥石流堰塞湖危险性的目的，降低泥石流灾害的影响。

2、本发明提供了一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法。所述方法先预测泥石流发生时堵江堰塞体的堆积范围，并按河道边界的高程划分出多个区域，然后在枯水期对河道边界分区域进行降糙处理。

3、进一步地，所述按河道边界的高程划分出多个区域是指：在堵江堰塞体的堆积范围内，根据河道的枯水期水位、丰水期水位将河道边界由低到高划分成三个子区域：高度低于枯水期水位的第一区域、高度高于枯水期水位但低于丰水期水位的第二区域、高度高于丰水期水位的第三区域；

4、三个子区域的目标糙率依次记为： n 1、 n 2、 n 3，且满足：

5、第二区域的目标糙率 n 2﹤第一区域的目标糙率 n 1≤第三区域的目标糙率 n 3。

6、进一步地，为了更好地实现本发明，在预测泥石流发生时堵江堰塞体在河道中的堆积范围之前，先根据泥石流堵江判别式在设计频率下计算泥石流堵江系数 c r，用于判断泥石流堵江模式；当 c r＞1.44时，则断定泥石流发生时会发生堵江。

7、进一步地，为了更好地实现本发明，在预测泥石流发生时堵江堰塞体在河道中的堆积范围时：采用三维设计软件，先根据地形数据中泥石流沟道dem、主河道dem，在泥石流沟道与主河道的交汇区，模拟生成一个用于模拟堵江堰塞体三维结构的堵江堰塞体模型；该堵江堰塞体的三维结构包括上游坝体、中间主坝体、下游坝体，中间主坝体的顶部从泥石流沟同岸向泥石流沟异岸倾斜形成的坡度记为 α i，上游坝体的顶部从中间主坝体向主河上游延伸形成的坡度记为 α u，下游坝体的顶部从中间主坝体向主河下游延伸形成的坡度记为 α d；然后，对堵江堰塞体三维结构中的关键结构参数进行设置：令中间主坝体的顶部宽度 b、中间主坝体的顶部坡度 α i、堵江堰塞体的上游坝体坡度 α u、堵江堰塞体的下游坝体坡度 α d、沟道形态特征均为确定数值的已知量，从而获得一组随堵江堰塞体的总体积 v变化的变量 x，该变量 x由堵江堰塞体的总高 h和堵江堰塞体的总长 l组成；最后，获取预测的设计频率的一次泥石流总量 vc，并在“堵江堰塞体的总体积 v等于设计频率的一次泥石流总量 vc”的约束条件下，求解一组对应的堵江堰塞体的总高 h、堵江堰塞体的总长 l，再结合泥石流沟道dem、主河道dem，获取预测的堵江堰塞体在河道中的堆积范围。

8、进一步地，为了更好地实现本发明，所述沟道形态特征从泥石流沟道dem、主河道dem中提取；

9、所述中间主坝体的顶部宽度 b，也是堵江堰塞体的坝顶宽度，与泥石流沟道的出沟口宽度 b相等，即 b= b；

10、所述中间主坝体的顶部坡度 α i，按照堵江堰塞体的纵向回淤比降 i进行取值，为泥石流沟道纵比降 γ的 j倍，即 α i= i=γ*j， j∈(0.5,0.8)；

11、所述堵江堰塞体的上游坝体坡度 α u，与泥石流体自然休止角 β相等，即 α u= β；

12、所述堵江堰塞体的下游坝体坡度 α d，满足： α d= k* α u= k* β， k∈(0,1)；其中， k为主河水流作用下的堰塞体下游坡度折减系数；

13、所述中间主坝体的异岸坝高 h d与所述中间主坝体的同岸坝高 h s满足： h s =（1 +α i）* h d；且 h s≤ hs、 h d≤ h d。其中， h s≤ hs表示中间主坝体的同岸坝高 h s不超过主河道的同岸高度 hs， h d≤ h d表示中间主坝体的异岸坝高 h d不超过主河道的异岸高度 h d。

14、所述堵江堰塞体的总长 l，为堵江堰塞体的上游坝体最低点至堵江堰塞体的下游坝体最低点在水平方向上的跨度，用于表征泥石流发生时堵江堰塞体在河道中堆积的长度，也用于表征降糙施工时施工区域的长度。

15、本发明的有益效果如下。

16、（1）本发明提供的一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法，通过降低堵江堰塞体堆积范围内河道边界糙率，进而削减堵江堰塞体的异岸坝高和堰塞湖的库容，以此达到降低泥石流堰塞湖危险性的目的，降低泥石流灾害的影响。

17、（2）本发明提供的一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法，在枯水期施工，大大降低了施工难度、施工成本。

18、（3）本发明提供的一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法，为不同区域设计不同的目标糙率，因地制宜。

19、（4）本发明提供的一种降低泥石流堵江堰塞湖危险性的方法，在泥石流堵江发生之前进行评判和实施，相比较于以往的堵江发生后进行应急处置的方法为事前防治措施，处置时间宽裕。