一种碎石土堰塞湖应急处置分级溃决控制方法

本发明涉及自然地质灾害应急处置、溃决洪水防治，尤其是涉及一种碎石土堰塞湖应急处置分级溃决控制方法。

背景技术：

1、堰塞湖是一种主要由地震、降雨和融冰等原因引起的大规模山体滑坡、崩塌等地质灾害在河道中形成堰塞坝，堰塞坝堵塞河道而蓄水形成湖泊。堰塞坝主要破坏形式是漫顶溃决，由于堰塞坝是由新近堆积的碎石土组成，结构松散，稳定性差，发生漫顶溢流时，极易在短时间内溃决，形成巨大下泄流量，造成严重洪涝灾害，所以，对大型高危堰塞湖急需处置，排泄湖水，消除风险。

2、现有主要处置方法有机械或爆破开槽引流、机械或虹吸抽排、引流冲刷等，目前，针对高危碎石土堰塞湖，常用处置方法是机械开槽引流，以便降低湖水水位，减轻洪灾。由于堰塞湖常发生在高山峡谷地带，交通条件极差，开槽所需大型机械难以在短时间内到达现场，不利于应急处置工作开展，此外，该方法效果有限，如 2018年发生的“11.3”白格堰塞湖采用开槽引流措施后仍然形成了万年一遇的洪灾。为了改进开槽引流方法的处置效果，尽管人们发明了一些减缓溃决速度的方法，如合理设置泄流槽平面和断面形状，或在堰塞坝上游坡或下游坡或泄流槽内放置钢丝网石笼、锁链石笼网、网链防护网等防护结构。这些措施对溃决过程有一定拟制作用，但仍然容易出现巨大下泄流量，无法阻止洪灾发生。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种碎石土堰塞湖应急处置分级溃决控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种碎石土堰塞湖应急处置分级溃决控制方法，包括如下步骤：

4、s1、利用堰塞坝顶面垭口或人工或用小型机械在坝顶较低位置开挖一个稍宽浅槽，作为漫顶溢流起始位置和起始溃口位置；

5、s2、在依据库容、堰塞坝高度、堰塞坝物质组成和允许峰值流量等参数确定每级溃决高度和分级溃决数量的基础上，依据每级溃决高度在堰塞坝下游坡坡面确定分级溃决界线位置并用木桩或石灰等标记,分界线为垂直河道的直线，延伸到整个可能泄流区域或两侧河岸，从高到低将分级溃决界线分别标记为第一级溃决线、第二级溃决线、第三级溃决线、…，相应位置埋设的石笼称为第一级石笼、第二级石笼、第三级石笼、…；

6、s3、沿标记的溃决线位置进行沟槽开挖，在沟槽内铺设石笼覆盖膜，同时并排放置空石笼并装填碎石土。从第一级石笼开始，在每级石笼之间分别铺设坡面覆盖膜，直到坡脚，可同时对多条溃决线进行施工，无先后次序要求，也可逐个溃决线施工；

7、s4、等待湖水漫顶溃决。坝顶与第一级石笼之间的堰塞坝处于原始裸露状态，漫顶溢流后首先发生溃决，第一级石笼顶面为溃口基准面，称为第一级溃决，第一级溃决结束后，抢险人员在河岸等安全地带通过操控牵引绳，拆除第一级石笼与第二级石笼之间的坡面覆盖膜，裸露坡面，在下泄湖水作用下坡面发生冲刷破坏，第一级石笼底下因掏空而坍塌，第二级石笼以上的堰塞坝发生冲刷溃决，第二级石笼顶面为溃口基准面，称为第二级溃决，以此类推，依次发生第三级溃决、第四级溃决、…；整个堰塞坝从高到底逐级溃决，排尽湖水，风险消除，应急处置结束。

8、进一步，步骤s3包括：

9、s301、假定从最低一级溃决线开始作业，由下往上逐级施工，首先，沿最低一级溃决线的标记位置开挖沟槽，最小槽深等于石笼高度，槽底宽度等于或稍大于石笼宽度，槽底高程基本随坡面高程相应变化，坡面高程变化较大的地方，增加沟槽深度，以便将沟槽底面坡度控制在较小范围，如小于8度，沟槽呈直线，垂直河道，跨越可能的泄流区域，或延伸到河道两岸，槽底平整；

10、s302、在整个沟槽内铺设石笼覆盖膜和石笼。石笼覆盖膜由若干单块覆盖膜沿沟槽走向拼接而成，拼接位置有一定宽度重叠,单块覆盖膜宽度宜大于石笼宽度，长度大于或等于石笼侧面周长，从沟槽底面开始沿上游侧面往上翻起，沟槽底面至少有一半的面积被覆盖，然后，在沟底覆盖膜上放置空石笼，将上盖有魔术贴的一侧靠上游放置，石笼底面压在覆盖膜上，多个石笼沿沟槽一个紧挨一个并排放置，接缝位置尽量避开石笼覆盖膜重叠位置，用碎石土填满石笼，合上上盖，将石笼覆盖膜拉向石笼并紧贴其上侧面，用坝体上的碎石土填平沟槽与石笼覆盖膜之间和石笼下侧面与沟槽侧壁之间的空隙，填满至石笼顶面，修整石笼上下两侧坡面，使坡面较为顺直平滑，便于水流通过；

11、s303、在坡面铺设坡面覆盖膜。将若干块长方形坡面覆盖膜单元在抢险现场缝合成一块大的覆盖膜，有魔术贴的放在同一侧，并在其两端顶角上各固定一个扣眼。将坡面覆盖膜的魔术贴与石笼上盖魔术贴粘合，固定在上盖上，然后，顺坡往下覆盖下方坡面，直到坡脚；

12、牵引绳一端连接在抢险人员所在位置的对岸一侧扣眼上，另一端连接到抢险人员所在操作平台上，如抢险人员在右岸操控牵引绳，则牵引绳一端系在靠左岸一侧的扣眼上，另一端连接在右岸操控平台上；

13、最后，将石笼覆盖膜盖在石笼顶面，完全覆盖石笼顶面及坡面覆盖膜与石笼上盖的粘合接口位置，牵引绳隐藏在坡面覆盖膜之上石笼覆盖膜之下，避免下泄水流冲刷，用少量碎石土压在石笼覆盖膜上。

14、s304、重复步骤s301、s302、s303，在倒数第二级溃决线及以上各级溃决线位置完成沟槽开挖、石笼覆盖膜铺设和安放装填石笼、铺设坡面覆盖膜的施工；

15、但是，坡面覆盖膜一直要延伸到下一级石笼顶面以下一定距离，将石笼顶面完全覆盖，防止坡面下泄湖水在石笼位置渗入坡体内，对坡体造成冲刷侵蚀破坏。

16、进一步，步骤s4包括：

17、s401、首先是坝顶到第一级石笼之间堰塞坝溃决，称为第一级溃决；该段堰塞坝下游坡面没有覆盖膜保护,处于原始裸露状态，当湖水漫顶溢流后，下泄湖水冲刷堰塞体，形成自然溃决，而第一级石笼以下坡面有坡面覆盖膜覆盖保护，阻断下泄水流的冲刷破坏，坡体始终保持原有的稳定状态，第一级溃决的溃口基准面为第一级石笼顶面；

18、第一级溃决过程的下泄流量与时间关系曲线为与自然溃决相同的单峰型，即开始下泄流量较小，然后不断增加，达到峰值后开始减少，最后减少到等于上游来水量，第一级溃决结束。第一级溃决过程相当于一次小型堰塞湖溃决过程，通过设定合理的溃决高度，可将峰值下泄流量控制在允许范围，避免洪灾发生，如果需要加快下一级溃决速度，可选择比上游来水量更大的某一流量值作为结束第一级溃决的标准，以增加开始阶段水流冲刷力；

19、s402、当第一级溃决结束后，拆除第一级石笼与第二级石笼线之间的坡面覆盖膜；

20、拆除方法是，抢险人员在河岸或堰塞坝下游坡边缘附近的安全地带牵拉连接在坡面覆盖膜远端顶角上的牵引绳，通过拉力，由远到近将坡面覆盖膜与石笼上盖粘合的魔术贴逐渐剥离分开，剥离覆坡面盖膜，直到裸露足够宽的坡面，也可完全拆除，将覆盖膜拉到岸边。新裸露坡面遭受下泄水流冲刷破坏，首先是第一级石笼以下的坡面遭受冲刷破坏，第一级石笼会因下方碎石土掏空而坍塌，溃口开始向上游延伸且不断展宽加深，直至第二级石笼以上的堰塞坝完全溃决，形成以第二级石龙顶面为基准面的溃口；第二级溃决也相当于一次小型堰塞湖的自然溃决过程，当流量逐渐减少到等于上游来水量或预期量值，第二级溃决结束。石笼坍塌，不断翻滚，笼内大部分碎石从底面和上盖滚落滑出，顺坡冲到下游，对后续泄流无明显影响；

21、s403、重复步骤s402，依次完成第三级溃决、第四级溃决、…，直到整个堰塞坝完全溃决，湖水排尽，风险消除，应急处置结束。

22、进一步，石笼是装填碎石的钢丝笼，钢丝笼为带有活动上盖的正方体或长方体箱体状，由六片钢丝网片在现场组装而成，这种组装结构便于运输，每片钢丝网片的棱边均由薄钢条或轻钢等材料制成，空的钢丝笼可维持稳定形状，应急处置施工时，先将空钢丝笼相互紧挨并排放置在挖好的沟槽内，而后再用堰塞坝上的碎石土填满。为陈述方便，将钢丝笼靠堰塞坝上游的侧面称为上侧面，面向下游的侧面称为下侧面，上盖固定在上侧面棱边上并可绕其转动，上盖表面靠转动棱边一侧固定有长条形且长度等于棱边的平板，平板可用木板、塑料板或薄铁板等材料制成，平板上固定有长条形魔术贴，底面沿宽度分为两部分，靠上侧面约三分之二的面积有钢丝网，靠下侧面约三分之一的面积为无钢丝网的镂空状，这种结构有利于石笼坍塌后里面的碎石滚落滑出，有利于下泄水流将钢丝笼冲到下游河床。

23、进一步，石笼覆盖膜，由防水膜或布等材料制成，由若干单块覆盖膜搭接而成，搭接处有一定宽度的重叠，故单块覆盖膜宽度需大于石笼长度，长度宜不小于石笼侧面周长。

24、进一步，坡面覆盖膜由单块覆盖膜单元、魔术贴、扣眼和牵引绳构成，单块覆盖膜单元由防水布或膜等不透水不吸水材料制成的长条形膜，顶端有魔术贴，长度大于或等于溃决高度对应堰塞坝的下游坡面长度；

25、整个坡面覆盖膜由若干单块覆盖膜单元在现场缝合拼接而成，上端边缘有魔术贴，用于与石笼上盖魔术贴粘合，以便固定在上盖上，上端两个顶角上设有扣眼；

26、牵引绳为能承受较大拉力的尼龙绳或细钢丝绳，一端连接在扣眼上，另一端延伸到抢险人员所在位置，在应急处置过程中通过牵拉牵引绳，使坡面覆盖膜与石笼之间粘合的魔术贴分离，将覆盖膜从石笼上盖剥离，并从坡面拆除。

27、本发明的有益效果为：本发明采用分级溃决方法对碎石土堰塞湖进行应急处置，通过采取在堰塞坝下游坡（即背水坡）埋设石笼和对坡面用覆盖膜覆盖保护的措施，在溃决过程中，从高到低逐级拆除覆盖膜，利用下泄湖水冲刷掏蚀作用，使堰塞坝从高到低逐级溃决，直到湖水排尽，危害消除。其优点如下：

28、1. 不受交通条件限制，无需大型机械进行大量土方开挖。只在下游坡坡面横向开挖几条浅沟槽用于埋设石笼，土方开挖量少，人工或用小型机械就可完成。

29、2. 可将峰值下泄流量控制在允许范围内，避免下游洪灾。由于堰塞湖溃决的峰值流量与溃决高度密切相关，通过合理设置每一级溃决高度，即可将峰值流量控制在允许范围内，从而避免洪灾发生。

30、3.可以在较短时间内开始应急抢险作业。不仅无需大型挖掘作业机械，所用钢丝笼和覆盖膜也可由人力在短时间内搬运到现场。

31、4.应急处置施工速度快。主要施工作业是在下游坡溃决线位置埋设石笼和铺设坡面覆盖膜，土方开挖量少，多条溃决线可同时施工，同一条溃决线可由多组作业人员同时作业，所以，整体施工速度快。