[发明专利]漫流淘基自溃堤坝土工织布非常分洪道

说明书

漫流淘基自溃堤坝土工织布非常分洪道，属于非常溢洪道工程的水利工程及堤坝应对水攻的国防领域。本发明它主要包括：按漫流淘基自溃堤坝防灾减灾设计理论设计漫流淘基自溃堤坝；漫流淘基自溃堤坝（1）包括漫流淘基子自溃堤坝、漫流淘基引冲自溃堤坝；土工织布非常分洪道（2）的土工织布护面包括土工织布鱼鳞形护面（Ⅱ‑a）、土工织布穿带无鳞护面（Ⅱ‑b）、混凝土板甲土工织布穿带无鳞护面（Ⅱ‑c）、化纤绳网干砌石甲土工织布穿带鱼鳞护面（Ⅱ‑d）、L形土工织布穿带土工织布鱼鳞形护面（Ⅱ‑e）。本发明适用于水库副坝、主坝、较高堤防、较高渠首拦河坝可控、自动非常分洪，且结构简单、实施方便、造价低廉、安全可靠、不永久占地。

技术领域

本发明属于堤坝非常分洪水利工程技术领域，也属于应对水攻的国防技术领域，具体涉及漫流淘基自溃堤坝及土工织布非常分洪道设计方法。

背景技术

日本2018年7·5日本西部暴雨，仓敷市真备町一条河决堤；2016年第10号台风“狮子山”暴雨致日本北海道及东北地区决堤； 2015年9月10日11日相继两条河流本发生洪水漫堤决口，河水上涨后越过十年一遇洪水标准的4米高的堤坝20厘米发生溃堤。溃堤不仅造成大量财产损失，由于洪水的不确定性，也给当地政府组织撤离带来难题，还造成人员伤亡，经济发达的日本连年发生溃堤，这是世界性的技术难题也是各国政府防汛管理的难题。我国低标准的塘坝、淤地坝、谷坊、渠首工程、渠系坡水交叉建筑物水毁也是技术难题；界河与跨境河流分洪是难题；不具备建滞洪区的中小型河流如何分洪是难题；分泄洪闸管理养护维修、水库单一泄洪建筑物意外事故是难题；医疗等塑料垃圾、旧化纤衣物利用是难题。

采用叶兴等人的自溃堤坝土工合成材料非常分洪道的方法解决众多低水头的堤坝溃决难题。由于没有自溃堤坝设计理论，成为推广应用的障碍。自溃堤坝在我国古而有之，古代都江堰就采用飞沙堰，像日本堤防漫水20厘米就溃决的案例比比皆是，这说明自溃堤坝具有可行性，但是也有自溃堤坝没及时溃决导致主坝漫坝的案例，自五十年代开始国内外斥巨资进行实验研究并没有形成共识的自溃堤坝设计理论，它成为六十年悬而未决的世界性理论难题。在近代美国人把自溃坝引入水库设计中，1959年E.RoyTinney在《自溃堰的冲刷性能》文中，介绍原型与模型试验研究，开启自溃坝系统性研究，因为自溃坝超标准洪水启用概率小、造价低、自动开启、管理方便的优点，立即引起世界各国斥巨资进行跟进研究。1978年土耳其的F·塞图尔克在《一种新型的溢洪道》中指出“硬化路面抗冲使自溃坝难于溃决的问题，采用引冲槽解决”。张克健在《浙江水库泄洪建筑物概况及有关水力学问题》中指出“中国河南75.8大水以后，水电部规划设计院组织河南、辽宁、浙江、安徽等省有关设计科研单位进行自溃坝的试验研究，现场原型或大比例尺模型试验非但耗资甚大，且试验资料也仅能说明在该种坝型及该种试验条件下的坝体冲刷情况，无法为自溃坝设计提供一般可资应用的分析计算方法而在小型山塘水库中就曾发生过因临时粘性土埂未被及时冲毁而造成洪水漫坝。”我国研究的重点也是引冲槽及引冲管，其缺点是试验费用高及引冲槽规模、间距的设计需要试验确定，面对不确定的洪水无法保证及时引溃，引冲槽维护管理也是难题。郭军在推荐瑞典人的专利《Hydroplus—一种新型的防洪挡水式自溃堰》中引用发明者“自溃坝长期的固结使之在洪水期难以被冲毁问题”,采用自动倾覆的混凝土防渗墙解决固结粘土的问题，因可以精准量化溃决条件，十几个国家采用，但是其消能防冲要求高、造价高昂且倾覆自溃会造成很大涌浪灾害。庞敏在《自溃式非常溢洪道设计》指出“土工膜自溃堤坝溃决快”，没有涉及土工膜能否护住下游坝体阻滞冲刷的问题。《中国江河防洪丛书-海河卷》海河采用自溃堤坝，因自溃堤防存在无法控制的缺点，以人工爆破为备选方案。目前还没有自溃堤防的设计理论，普遍通用的是人工爆破分洪方法，优点可以克服固结粘土、硬化路面不确定性，缺点汛期管理及炸药管理要求高、一旦爆破分洪失控。堤坝溃决很普遍，没有可行与共识的自溃堤坝设计理论，就没有成套技术，其的原因是，现在自溃坝设计理论是要量化达到规范规定的洪水标准，即自溃坝开始启动到水库水位上升到标准水位的时间与自溃坝溃决时间吻合，而各种坝自溃现象机理都很复杂目前无数学模型可解；目前通过试验手段，只有引冲槽自溃坝大比尺整体试验有相似性，引冲槽的三面固结粘土的超静定结构使问题复杂化，同时试验解决不了洪水的不确定性、无限性及固结粘土与硬化路面导致自溃的不确定性的问题，目前凡是经过试验设计的自溃坝必是罕见的稀遇洪水，几乎得不到实践的验证；受经济技术条件限制的大量中小型坝、渠首工程、堤防、渠系建筑物、围堰，规范只能允许超标准洪水水毁。