[发明专利]一种泥石流拦砂坝设计高度的测算方法

说明书

本发明公开了一种泥石流拦砂坝设计高度的测算方法。所述测算方法首先分别确定泥石流沟道宽度、拦砂坝最大允许高度、拦砂坝后控制性回淤水平长度、原始沟床比降和泥沙冲出量，然后初步拟定拦砂坝高度，所得参数代入回淤比降和拦砂坝后回淤水平长度计算公式，接着将计算到的回淤水平长度与控制性回淤水平长度进行比较，确定是否进行下一轮计算，进而最终确定拦砂坝设计高度。该方法以考虑泥沙冲出量的拦砂坝回淤比降为基础，综合考虑泥沙冲出量、原始沟床比降、沟道宽度、拦砂坝后回淤比降、拦砂坝后回淤水平长度与拦砂坝设计高度之间的影响，同时能够通过切实可行的方法获得具体的计算参数，为泥石流拦砂坝设计提供依据，适应实际工程设计需要。

技术领域

本发明涉及泥石流防治工程领域，特别涉及一种泥石流拦砂坝设计高度的测算方法。

背景技术

山洪泥石流灾害是中国山区地质灾害的主要类型之一。随着山区经济的发展和人民安全风险防范意识的不断增强，对山洪泥石流沟道进行工程治理的需求越来越旺盛。拦砂坝作为重要的泥石流防灾减灾工程，广泛应用于工程实践中。

在拦砂坝设计过程中，坝高、回淤比降是决定拦砂坝库容计算精度的关键因素。现有的《泥石流防治指南》中，针对拦砂坝坝高的确定仅给出了“当淤积库容等于多年累计淤积量时对应的坝高为工程设计所需的坝高，或按照一次或几次典型泥石流冲出固体物质总量确定坝高的方法”这样定性的描述，而缺乏定量的针对拦砂坝坝高的计算方法；现行《泥石流防治工程设计规范》中，对坝高的要求仅做出以下一般规定，坝高宜按有效使用期和地形地质条件确定，拦砂坝坝高一般为5m-20m，谷坊坝坝高一般低于5m，也没有针对坝高的设计给出定量的测算方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种泥石流拦砂坝设计高度的测算方法，以考虑泥沙冲出量的拦砂坝回淤比降为基础，综合考虑了泥沙冲出量、原始沟床比降、沟道宽度、拦砂坝后回淤比降、拦砂坝后回淤水平长度与拦砂坝设计高度之间的影响，同时能够通过切实可行的方法获得具体的计算参数，为泥石流拦砂坝设计提供依据，适应实际工程设计需要。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出一种泥石流拦砂坝设计高度的测算方法，以考虑泥沙冲出量的拦砂坝后回淤比降为基础，坝后回淤比降计算方法的推导过程如下：

现有的研究和工程应用中普遍认为拦砂坝后回淤比降与原始沟床比降存在正相关关系：

S_dep＝K·S_init 公式1

式中，S_init为原始沟床比降(-)，S_sep为拦砂坝后回淤比降(-)，K为回淤比降折减系数(-)。

通过分析实验结果发现：对于流体密度为1300-2100kg/m³的泥石流，回淤比降折减系数主要受泥沙冲出量、原始沟床比降、拦砂坝高度、沟道宽度的影响。从而有：

K＝g(H,B,V_d,S_init) 公式2

式中，H为拦砂坝高度(m)，B为沟道宽度(m)，V_d为泥沙冲出量(m³)，指冲出泥沙全部停淤时形成的淤积体体积，其它参数含义同前。

选择H、B和S_init为基本物理量，通过量纲分析有：

接下来，确定公式3的具体表达形式。根据试验数据，通过多元回归拟合得到：

式中，参数含义同前，该公式更适用于满库工况下弗劳德数为2.0-6.0、流体密度为1300-2100kg/m³的泥石流。联立公式1和公式4有：