一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统及其施工方法

1.本发明涉及水土流失防控技术领域，具体为一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统及其施工方法。


背景技术：

2.淤地坝是水土流失区域常用的一种防护措施，通过修建淤地坝能够有效减少当地水土流失的发生。近年来，随着国家生态治理方面的不断推进，黄河流域水土流失现象得到了较大的改善，离不开淤地坝发挥的重要作用。淤地坝作为一种坝工构筑物，因其拦泥淤成的地叫坝地，目前常用的形式有免管护一体式的淤地坝、水利水电工程的淤地坝、空心储水坝等，目前众多工程师主要集中于对淤地坝的整体结构进行不断改进完善，例如为提高护坡的抗冲刷能力，在均质土坝坝体的上、下游坝坡表面设置有1.0～3.0米厚的混合料防护层，为将坝体内的渗水及时排出，在均质土坝坝体内间隔埋设有多层排水盲管，排水盲管的管口延伸出下游坝坡；在均质土坝坝体的坝顶填筑有2米厚的混合料层，混合料层与上、下游坝坡表面摊铺的混合料防护层连为一体。也有部分淤地坝中设置混凝土立柱，每条混凝土立柱的顶部均支撑有水平的且一端插在陡坡段表面的导流板；所述消力段内设有若干条导向立柱，导向立柱内嵌有导向套筒，桥板通过导向套筒水平支撑在导向立柱上；所述桥板的下表面固定连接有若干个充气气囊，桥板的上表面设有若干个栏杆。为了维持坝体的稳定性，采用加固剂及储水箱的模式减少水流对坝体的冲击作用，亦有采用箱式网模堆叠的淤地坝和设置漂浮体控制柔性放水装置的淤地坝及放水孔塞等形式的淤地坝，提高坝体的稳定性，进而可以更好地发挥防止水土流失的作用。然后淤地坝在防止水土流失的过程中，众多工程师采用的措施都是考虑坝体本身，然而对于一个流域，虽然设置了淤地坝，然而防控效果有限，对于淤地坝的设置缺乏科学合理的技术方案，大家侧重坝体本身的稳定性，然而一个流域设置几座淤地坝，坝型如何选择，支流和主干道上设置淤地坝该如何区分，淤地坝相邻坝体间距设置多少等问题均未解决，致使淤地坝在流域内的防蚀控砂效果有限。本发明旨在提供一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统及其施工方法，让整个淤地坝系统在流域内发挥作用，发挥更好的防蚀控砂效果，进一步提高淤地坝的利用效率，为我国脆弱生态区环境改善奠定基础。
3.现有技术中主要对淤地坝坝体进行加固处理，提高坝体的稳定性，让大坝发挥更好的防冲刷作用，减少水土流失；
4.现有技术中在淤地坝中设置防水孔塞、空心储水结构、防渗加固结构等减少水压力对淤地坝的破坏作用，消散孔隙水压力减少这方面的影响。
5.现有技术中在河谷两侧的坡地上设置排水设施，固定排水路径而减少雨水冲刷产生大量的泥沙。
6.其缺点如下：
7.1、现有技术中对坝体进行加固处理，坝体自身的稳定性显著提高，但上游泥沙含量大时单一的坝体不足以抵挡大量的泥沙，大量泥沙淤积后会漫过坝顶，引起大坝失效甚
至破坏；
8.2、现有技术中采用防水孔塞、空心储水结构、防渗加固结构等减少水压力对淤地坝的破坏作用，当流域内强降雨后，往往地表水非常丰富，大量的雨水会引起洪水漫过大坝引起溃坝，进而失效；
9.3、边坡上设置的排水设施，成本相对较高，且施工难度较大，冲刷坡面的泥沙会在沟道中聚集导致其失效。


技术实现要素：

10.本发明通过提出一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统及其施工方法，在脆弱岩土区流域内设置梯级淤地坝，结合现场监测设施确定泥沙量的动态变化规律，在此基础上利用机器学习和人工智能确定坝体的设置数量，结合河道冲刷监测系统对淤地坝坝型进行优化设计，通过梯级坝抵挡大量的泥沙，逐级消能，防治坝体失稳破坏；坝体上设置泄水溢洪道防止水流冲刷破坏坝体，利用反滤层消散孔隙水压力，避免孔隙水压力过高破坏大坝，进一步提高淤地坝的防蚀控砂效果，减少水土流失。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统，其包括站台支架、淤地坝、泥沙量监测系统、流量监测系统、视频扫描监测系统、现场发射终端和室内终端，所述站台支架上设置有电力系统和自反馈气象站系统，所述淤地坝设置在流域底部，所述室内终端内设置有计算机和数据存储控制器，视频扫描监测系统内置了视频存储模块对数据进行存储，并将存储后的数据传输至现场发射终端，现场发射终端将数据实时传输至室内终端，数据存储控制器对传输回的数据进行存储和分类，兼具计算功能，并且能够根据计算机发送的指令对泥沙量监测系统、流量监测系统、视频扫描监测系统实现远程控制。
12.所述泥沙量监测系统包括激光信号放大器，激光信号放大器与数据采集控制系统连接，激光信号放大器与激光发射器连接，供电系统与电力系统连接，泥沙量监测系统前端设置有激光探头，泥沙量监测系统底部设置有固定支座，固定支座上方设置有转盘系统，转盘系统上设置有转向驱动器，激光探头与反射面系统相对，反射面系统与数采模块连接，反射面系统与反射杆系统连接，桩锚固系统上方设置有转动系统，桩锚固系统固定在地面上，泥沙量监测系统上设置有太阳光采集系统，太阳光采集系统与电力输送站连接，电力输送站给反射面系统、数采模块和转动系统供电；
13.站台支架具有自动升降功能，站台支架外侧喷涂了防锈漆，内部为空心结构。
14.所述电力系统由风力发电模块、太阳能发电模块、蓄电池及智能控制器组成，风力发电模块和太阳能发电模块发电后将电能储存在蓄电池中，智能控制器监测发电和放电过程中整个系统的电流运行状态，当电流出现异常后进行自动调整，发挥稳压和自检测的功能。
15.所述自反馈气象站系统对流域内的风速、降雨量、温度、湿度、气压、太阳光照指标进行实时监测，并将数据进行存储和传输至现场发射终端，自反馈气象站系统内置自反馈模块，当雷雨天气时，系统内的雷电报警器启动，内置避雷天线伸出，与大地接触。
16.所述淤地坝前方设置有泥沙淤积面，所述泥沙淤积面底部设置有渗滤系统，渗滤系统底部设置有储水系统，储水系统底部设置有隔水层系统，储水系统包括从上到下依次
排布的粗砂层、中砂层和细砂层，泥沙淤积面上设置有竖井，竖井底部延伸到储水系统底部，竖井上设置有泵房系统，泵房系统上设置有供电系统、水管系统和单向膜系统。
17.所述淤地坝侧边上设置有渗滤层，淤地坝顶部内部设置有溢洪道，淤地坝上部设置有拦洪系统，拦洪系统上设置有升降机，升降机与信息控制模块连接，淤地坝上设置有洪水监测系统和视频监控系统。
18.一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统的施工方法，其为如下步骤：
19.1、现场监测系统布设，根据前期监测方案在流域内不同的位置进行监测设备的布设，包括自反馈气象站系统的布设、泥沙量监测系统的布设、流量监测系统设施的布设，同时调试设备能够与室内终端的数据终端进行交互；
20.2、淤地坝系统构建，根据监测数据汇总分析不同沟道内的产沙量，对于产沙量较少的沟道采用单级淤地坝进行防护，对于产沙量较大的淤地坝，采用梯级坝进行设置，该过程中充分利用逐渐消能的总体方案选择淤地坝的间距，能够利用最后一级淤地坝阻挡整个流域内产生的泥沙；
21.3、坝型调整，坝体主体结构确定后，根据沟道的弯道情况适当调整坝型的结构，主要在回水湾等位置设置防冲刷措施，提高整个淤地坝的防控效果；
22.4、淤地坝系统联试，由于淤地坝系统规模较大，在雨季根据现场监测系统获取的现场数据，确定淤地坝的防护效果，若最后以及淤地坝后还有大量泥沙产生则需要进一步优化调整整个淤地坝防护系统，通过增设淤地坝方式优化整个防护系统，并将现场布设的大量的监测数据汇总入室内终端的数据终端；
23.5、淤地坝系统智能化方案定制，室内数据终端采集大量的淤地坝防护系统方面的数据，将流域内地形参数输入系统中，对模型进行不断训练，让机器模型学习获取不同地形及降雨条件下该如何设置淤地坝系统，最终将新流域的基本参数输入系统后，系统能够通过人工智能提供适合流域的淤地坝防护体系，包括淤地坝坝型、设置数量、淤地坝间距、不同级大坝的坝高和坝宽的参数；
24.6、生态措施构建，淤地坝系统的使用有一定的周期，当整个坝体淤积量达到坝体高度的80％后，开始在淤地坝后的土地中种植乔木，淤积量高度达到坝体高度85％后开始设置灌木，当淤积量达到坝体高度90％以上时设置草本植物，最终构建生态群落，利用地下的储水结构进行地下水补给，后期淤地坝失效后植物群落开始发挥防蚀控砂的目的；
25.7、综合系统运行与维护，整个淤地坝系统后期生态措施构建后，流域内的水土流失大大减少，后期可进行农作物种植；前期构建的各类监测系统获取的数据，构建数据平台。
26.本发明提供的系统及施工方法，是在设置淤地坝过程中不断积累数据，利用积累的数据对整个系统进行优化，与现行淤地坝设置过程并不矛盾，是对现有技术的升级和完善，进一步提高淤地坝技术的利用效率。整个系统基于自反馈程序建立，设置自我保护模块，能够有效发挥防止水土流失的作用，同时与后期的利用构建了联系，监测系统的投入是长期收益的结果，服务淤地坝系统只是其阶段使命之一，既拓展了监控系统的适用范围，又解决了后期运维的问题。本发明中构建的淤地坝优化方案系统能够服务全国生态脆弱区淤地坝建设工程。淤地坝系统还能够发挥涵养水源的目的，通过设置科学优化的淤地坝系统，能够将流域内的地下水资源有效保护，增加地下水。
27.本发明采用工程与生态相结合的淤地坝保护生态环境的技术方法，用工程措施构建植生环境的技术方法，逐步实现水土流失的根治。
28.本发明基于现场监测、机器学习及人工智能相结合提出淤地坝系统防治方案的技术方法，因地制宜，提出适合不同流域的防控体系，最大程度地防蚀控砂。
29.本发明提供的技术方案能够在脆弱岩土区进行推广应用，大坝在修建过程中预先设置储水层位于淤地坝前方一定范围，后期结合淤地坝的效果在淤地中种植植物，从根源上进行稳固岩土体，利用预先设置的储水层向植物供水，提高植物成活率，从根源上稳固岩土体，减少后期的水土流失，即实现工程-生态相结合的措施对水土流失进行控制，前期靠工程，后期靠生态措施，建立延续的水土流失防控体系。
30.与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果
31.1、本发明提供的技术方案中通过设置梯级坝有效防止淤地坝被泥沙或者洪水损坏，充分延长淤地坝的使用周期。
32.2、本发明通过现场监测系统结合室内机器学习模型能够对不同的流域给出定制化的符合流域特征的淤地坝设计方案，有效地减少水土流失。
33.3、本发明通过工程与生态措施相结合，可以有效延长淤地坝的使用周期，同时可以从根源上解决流域水土流失问题。
附图说明
34.图1本发明整体示意图；
35.图2现场泥沙监测系统示意图；
36.图3淤地坝储水系统示意图；
37.图4淤地坝整体结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统，其包括站台支架2、淤地坝5、泥沙量监测系统6、流量监测系统7、视频扫描监测系统8、现场发射终端9和室内终端10，所述站台支架2上设置有电力系统3和自反馈气象站系统4，所述淤地坝5设置在流域底部，所述室内终端10内设置有计算机11和数据存储控制器12，视频扫描监测系统8内置了视频存储模块对数据进行存储，并将存储后的数据传输至现场发射终端9，现场发射终端9将数据实时传输至室内终端10，数据存储控制器12对传输回的数据进行存储和分类，兼具计算功能，并且能够根据计算机发送的指令对泥沙量监测系统6、流量监测系统7、视频扫描监测系统8实现远程控制。
40.所述泥沙量监测系统6包括激光信号放大器13，激光信号放大器13与数据采集控制系统14连接，激光信号放大器13与激光发射器16连接，供电系统15 与电力系统3连接，泥沙量监测系统6前端设置有激光探头18，泥沙量监测系统6底部设置有固定支座17，固定支
座17上方设置有转盘系统27，转盘系统27上设置有转向驱动器19，激光探头18与反射面系统20相对，反射面系统20 与数采模块21连接，反射面系统20与反射杆系统24连接，桩锚固系统25上方设置有转动系统26，桩锚固系统25固定在地面上，泥沙量监测系统6上设置有太阳光采集系统23，太阳光采集系统23与电力输送站22连接，电力输送站 22给反射面系统20、数采模块21和转动系统26供电；
41.站台支架2具有自动升降功能，站台支架2外侧喷涂了防锈漆，内部为空心结构。
42.所述电力系统3由风力发电模块、太阳能发电模块、蓄电池及智能控制器组成，风力发电模块和太阳能发电模块发电后将电能储存在蓄电池中，智能控制器监测发电和放电过程中整个系统的电流运行状态，当电流出现异常后进行自动调整，发挥稳压和自检测的功能。
43.所述自反馈气象站系统4对流域内的风速、降雨量、温度、湿度、气压、太阳光照指标进行实时监测，并将数据进行存储和传输至现场发射终端9，自反馈气象站系统4内置自反馈模块，当雷雨天气时，系统内的雷电报警器启动，内置避雷天线伸出，与大地接触。
44.所述淤地坝5前方设置有泥沙淤积面29，所述泥沙淤积面29底部设置有渗滤系统30，渗滤系统30底部设置有储水系统31，储水系统31底部设置有隔水层系统32，储水系统31包括从上到下依次排布的粗砂层33、中砂层34和细砂层35，泥沙淤积面29上设置有竖井36，竖井36底部延伸到储水系统31底部，竖井36上设置有泵房系统37，泵房系统37上设置有供电系统38、水管系统39 和单向膜系统40。
45.所述淤地坝5侧边上设置有渗滤层41，淤地坝5顶部内部设置有溢洪道42，淤地坝5上部设置有拦洪系统43，拦洪系统43上设置有升降机45，升降机45 与信息控制模块44连接，淤地坝5上设置有洪水监测系统46和视频监控系统 47。
46.一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统的施工方法，其为如下步骤：
47.1、现场监测系统布设，根据前期监测方案在流域内不同的位置进行监测设备的布设，包括自反馈气象站系统的布设、泥沙量监测系统的布设、流量监测系统设施的布设，同时调试设备能够与室内终端的数据终端进行交互；
48.2、淤地坝系统构建，根据监测数据汇总分析不同沟道内的产沙量，对于产沙量较少的沟道采用单级淤地坝进行防护，对于产沙量较大的淤地坝，采用梯级坝进行设置，该过程中充分利用逐渐消能的总体方案选择淤地坝的间距，能够利用最后一级淤地坝阻挡整个流域内产生的泥沙；
49.3、坝型调整，坝体主体结构确定后，根据沟道的弯道情况适当调整坝型的结构，主要在回水湾等位置设置防冲刷措施，提高整个淤地坝的防控效果；
50.4、淤地坝系统联试，由于淤地坝系统规模较大，在雨季根据现场监测系统获取的现场数据，确定淤地坝的防护效果，若最后以及淤地坝后还有大量泥沙产生则需要进一步优化调整整个淤地坝防护系统，通过增设淤地坝方式优化整个防护系统，并将现场布设的大量的监测数据汇总入室内终端的数据终端；
51.5、淤地坝系统智能化方案定制，室内数据终端采集大量的淤地坝防护系统方面的数据，将流域内地形参数输入系统中，对模型进行不断训练，让机器模型学习获取不同地形及降雨条件下该如何设置淤地坝系统，最终将新流域的基本参数输入系统后，系统能够通过人工智能提供适合流域的淤地坝防护体系，包括淤地坝坝型、设置数量、淤地坝间距、不
同级大坝的坝高和坝宽的参数；
52.6、生态措施构建，淤地坝系统的使用有一定的周期，当整个坝体淤积量达到坝体高度的80％后，开始在淤地坝后的土地中种植乔木，淤积量高度达到坝体高度85％后开始设置灌木，当淤积量达到坝体高度90％以上时设置草本植物，最终构建生态群落，利用地下的储水结构进行地下水补给，后期淤地坝失效后植物群落开始发挥防蚀控砂的目的；
53.7、综合系统运行与维护，整个淤地坝系统后期生态措施构建后，流域内的水土流失大大减少，后期可进行农作物种植；前期构建的各类监测系统获取的数据，构建数据平台。
54.实施例1
55.一种优化的流域型防蚀控砂淤地坝系统及其施工方法，如图1所示，其中包含：流域，主要由几条典型的沟谷组成，流域内含有几个小山和几条支沟和一条主沟，不同流域之间存在典型的分水岭，为本发明的监测及淤地坝布设区域；站台支架2，主要功能是支撑上部的电力系统以及气象站系统，同时支架系统具有自动升降功能，能够在维护中降低上部结构，便于维修，同时支架圆桶外侧喷涂了防锈漆，内部为空心结构，便于线缆穿过；电力系统3，电力系统由风力发电模块、太阳能发电模块、蓄电池及智能控制器组成，风力发电模块和太阳能发电模块主要通过各自的系统进行发电，后将电能储存在蓄电池中，智能控制器的主要功能是监测发电和放电过程中整个系统的电流运行状态，当电流出现异常后能够自动调整，发挥稳压和自检测的功能，一旦发生紧急情况还可以瞬间断电保护整个系统，该系统能够将监测信息反馈至室内终端，供维修人员判别，智能化供电系统能够根据用电量进行放电调整，当传感器及数据发射器满负荷运行时供电量瞬间提高，当不产生降雨，部分传感器进入休眠状态，则放电量降低，实现智能化控制，节约了电能；自反馈气象站系统4，该系统的主要功能是对流域内的风速、降雨量、温度、湿度、气压、太阳光照等指标进行实时监测，并将数据进行存储和传输至数据发射器，该系统中内置自反馈模块，当雷雨天气时，系统内的雷电报警器启动，内置避雷天线伸出，与大地接触，同时系统的保护箱内部绝缘系统启动，即雷电击中后，气象站系统内部传感器不会破坏，电流会在箱体外侧汇聚后通过接地线传输至地面，减少系统的损坏，特别恶劣的天气时整个系统可以自动断电，后期天气恢复后可利用电磁继电器开关通电，系统恢复正常工作；淤地坝5，沟谷中修建的淤地坝系统，主要功能是对河道中的泥沙进行防控，减少水土流失量；泥沙量监测系统6，该系统的主要功能是对即将进入河道中的泥沙含量进行实时监测，该系统在非雨季处于休眠状态，降雨发生时整个系统正常运行，实时监测泥沙量，该系统主要基于激光扫描断面的方法对泥沙量进行精确计算确定，并将数据反馈至传输终端；流量监测系统7，该系统在布设前须测算监测系统的监测面积，后期降雨发生时对雨水在一定面积的流量进行监测，换算显示为汇水后的流量，进而为整个流域产生的水流量计算提供依据，现有传感器智能监测布设位置处的流量，该监测系统能够获取一定汇水面积上产生的流量，监测精度及数据的应用范围扩大，也是本发明的显著创新点之一；视频扫描监测系统8，该系统能够对现场的整个监测系统的运行情况进行实时监测，同时对淤地坝的运行情况进行实时监测，系统中内置了视频存储模块对数据进行存储，并将存储后的数据传输至发射终端；现场发射终端9，主要功能是将现场获取的数据实时传输至室内传输终端，供工作人员进行分析使用，该终端的数据传输采用间断式传输，可以人工设置传输间隔，与图中各个监测系统通过无线通讯连接；室
内终端10，包括计算机和数据存储控制器；计算机11，数据分析和训练机器模型，为后期不同流域的淤地坝防护方案制定服务；数据存储控制器12，对整个现场传输回的数据进行存储和分类，兼具计算功能，并且能够根据计算机发送的指令对现场的各个监测系统实现远程控制。
56.如图2所示，激光信号放大器13，主要功能是根据天气等原因调整激光系统，对激光进行增强或者适当减弱，确保测试结果的准确性，且能够在复杂气候条件下进行泥沙量的实时监测；数据采集控制系统14，该模块的主要功能是对整个系统中获取的测试数据进行存储、传输以及简单分析，并根据室内控制终端的指令对整个系统进行控制和调节，主要通过无线传输模块将获取的数据传输至图1中的数据采集终端；供电系统15，利用图1中的供电系统到达系统后，对电压和电流进行调节，并将适宜的电流传输至各个传感器和控制器，确保电压稳定，保护各个构建的用电安全性；激光发射器16，主要根据激光信号放大器13发出的指令，直接发出不同频率的激光束，可以通过调节启动底部激光探头或者顶部激光探头，也可以让两个激光探头同时启动；固定支座17，整个测试系统的固定支座，一般采用和地面锚固的形式进行固定，能够有效防止流水和泥沙对整个监测装置的冲击作用，确保整个系统的安全性，复杂地区在底部设置桩基础，将整个支座与桩基础通过钢筋搭接的形式进行连接，保障整个系统的稳定性和安全性；激光探头18，对整个地面进行实时扫描，上下两个探头，底部为正常扫描探头，顶部为增益补充探头，两个扫描探头同时启动后，激光重叠区整个地层变化能够被实时监测，进一步提高了测试结果的准确性，该系统主要可以自动对镜头进行调整，与激光发射器16配合后对激光束进行整体调节，以期达到最佳的测试效果，内置接收器，对反射的激光进行接收采集；转向驱动器19，主要功能控制转盘系统27进行转动，该模块直接受控于数据采集控制系统14，间接受控于室内计算机终端，可以实现远程控制任意角度旋转，该模块中有转向电机，配合指令进行转动，通过转盘系统27来实现；反射面系统20，主要功能是对发射的激光进行反射和补强，为发射系统提供反馈，这种自馈式的激光发射调节系统也是本发明的显著创新点之一；数采模块 21，主要功能是对反射面系统获取的激光数据进行存储和传输，通过无线终端将数据传输至数据采集控制系统14；电力输送站22，主要向各个模块进行供电，确保工作中的电压稳定；太阳光采集系统23，对太阳光照进行实时采集，将太阳光照数据传送至数据采集控制终端14，以对不同光照情况下的激光束进行调整，让整个系统达到最佳测试效果，尤其在降雨过程中，该系统通过比对能够直接反馈光照情况，让激光系统的性能达到最佳状态；反射杆系统24，保护发射系统中的各类传感器；桩锚固系统25，主要功能是固定整个反射杆系统，确保其稳定性；转动系统26，功能与转向驱动器19和转盘系统27组成的转动系统的功能相同，只是驱动激光反射系统进行转动，本发明中的泥沙监测系统往往呈网状布设，不同监测器之间可以在计算机控制下进行联动监测；转盘系统 27，主要功能是与转向驱动器19配合后对整个系统进行任意角度的旋转。
57.如图3所示，淤地坝5，主要功能是拦挡河道中冲击下来的泥沙；泥沙淤积面29，主要功能是储存河道中冲刷的泥沙；渗滤系统30，主要功能是将河道中淤积泥沙中多余的水分进行过滤，该层的上部包含一层单向通透膜，该单向膜可以允许水分向下渗流，同时可有效阻隔蒸发产生的水分散失，整个过滤系统让淤积泥沙以及地表降雨中产生的积水进行过滤下渗，提高水质标准；储水系统31，该系统通过设置不同的岩土层进行储水，而不是水罐
进行储水，这样设置的优点是可以有效防止水罐坍塌造成储水系统生效，同时能够让水分始终处于清洁状态，不容易受到污染，模拟自然界中储水层结构进行布设，符合自然规律；隔水层系统32，该层的主要功能是阻隔储水系统中的水分向下进一步渗流散失；粗砂层33，用于储水；中砂层34，用于储水；细砂层35，用于储水；竖井36，后期植被种植后利用竖井抽汲储水系统中的水分向植物进行灌溉；泵房系统37，主要抽汲地下水提供动力源，本发明中的灌溉主要基于滴灌技术进行灌溉，大大提高水的利用效率；供电系统38，主要对泵房进行电力供应；水管系统39，一方面将抽汲的地下水向植被供给，另一方面也可以接受其他深井提供的地下水向整个系统进行灌溉；单向膜系统40，允许水分下渗，不允许水分向上散失。该系统中设置的地层结构设置考虑了后期植被生长的需要，后期植被生长较好时，供水系统还可以进一步利用，水源被涵养后向周围提供地下水，同时最底部设置的隔水层能够始终有效阻隔浅层地下水流失造成水分浪费，表层的单向膜能够有效减少蒸发的水分损失。
58.如图4所示，淤地坝5，主要功能是拦挡河道中冲击下来的泥沙；渗滤层 41，主要功能是将淤积泥沙中的水分进行收集后汇入储水系统中；溢洪道42，当洪水发生时过量的洪水通过溢洪道排泄；拦洪系统43，主要根据洪峰情况对洪水进行拦截，最大程度地收集地表水汇入地下储水系统中；信息控制模块44，主要控制拦洪系统的升降高度，并进行洪水和泥沙淤积情况数据的收集和传输；升降机45，对拦洪系统直接进行升降，控制多孔板进行升降，拦截洪水，系统工作中主要通过拦截系统进行拦截，通过设置不同孔径的刚性板拦截不同粒径的泥沙颗粒，将过量的地表水排泄，防止地表水大量积聚引起溃坝事件的发生，同时能够将多余的泥沙拦截在淤地坝后，减少水土流失；洪水监测系统46，该系统的主要功能是对洪水及泥沙含量进行监测，为整个自反馈系统提供数据，当流量或泥沙含量达到一定的阈值后，系统启动自我保护程序，将多余的洪水通过溢洪道直接排泄，当洪峰在可控范围时，则整个拦洪系统启动，对洪水进行拦截，一方面可以储存地表水，另一方面可以防蚀控砂，降低水土流失造成的损害；视频监控系统47，主要对整个淤地坝系统的运行情况进行实时监控。
59.本发明提供的系统及施工方法，实在设置淤地坝过程中不断积累数据，利用积累的数据对整个系统进行优化，与现行淤地坝设置过程并不矛盾，是对现有技术的升级和完善，进一步提高淤地坝技术的利用效率。整个系统基于自反馈程序建立，设置自我保护模块，能够有效发挥防止水土流失的作用，同时与后期的利用构建了联系，监测系统的投入是长期收益的结果，服务淤地坝系统只是其阶段使命之一，既拓展了监控系统的适用范围，又解决了后期运维的问题。本发明中构建的淤地坝优化方案系统能够服务全国生态脆弱区淤地坝建设工程。淤地坝系统还能够发挥涵养水源的目的，通过设置科学优化的淤地坝系统，能够将流域内的地下水资源有效保护，增加地下水。
60.本发明中的实施例以发明方案在内蒙古鄂尔多斯某流域做的示范研究为例进行说明：
61.1、现场监测系统布设。根据前期监测方案在流域内不同的位置进行监测设备的布设，主要包括气象采集系统的布设、水土流失监测系统的布设、流量监测系统等设施的布设，同时调试设备能够与室内的数据终端进行交互。
62.2、淤地坝系统构建。根据监测数据汇总分析不同沟道内的产沙量，对于产沙量较少的沟道采用单级淤地坝进行防护，对于产沙量较大的淤地坝，采用梯级坝进行设置，该过
程中充分利用逐渐消能的总体方案选择淤地坝的间距，能够利用最后一级淤地坝阻挡整个流域内产生的泥沙。
63.3、坝型调整。坝体主体结构确定后，根据沟道的弯道等情况适当调整坝型的结构，主要在回水湾等位置设置防冲刷措施等，提高整个淤地坝的防控效果。
64.4、淤地坝系统联试。由于淤地坝系统规模较大，在雨季根据现场监测系统获取的现场数据，确定淤地坝的防护效果，若最后以及淤地坝后还有大量泥沙产生则需要进一步优化调整整个淤地坝防护系统，通过增设淤地坝等方式优化整个防护系统，并将现场布设的大量的监测数据汇总入室内的数据终端。
65.5、淤地坝系统智能化方案定制。室内数据终端采集大量的淤地坝防护系统方面的数据，将流域内地形参数输入系统中，对模型进行不断训练，让机器模型学习获取不同地形及降雨条件下该如何设置淤地坝系统，最终将新流域的基本参数输入系统后，系统能够通过人工智能提供适合流域的淤地坝防护体系，包括淤地坝坝型、设置数量、淤地坝间距、不同级大坝的坝高和坝宽等参数。
66.6、生态措施构建。淤地坝系统的使用有一定的周期，当整个坝体淤积量达到坝体高度的80％后，开始在淤地坝后的土地中种植乔木，淤积量高度达到坝体高度85％后开始设置灌木，当淤积量达到坝体高度90％以上时设置草本植物，最终构建生态群落，利用地下的储水结构进行地下水补给，后期淤地坝失效后植物群落开始发挥防蚀控砂的目的。
67.7、综合系统运行与维护。整个淤地坝系统后期生态措施构建后，流域内的水土流失大大减少，当地地下水资源被涵养，后期可进行农作物种植，为当地农牧民造福，最终服务当地。前期构建的各类监测系统获取的数据可为当地后期智慧建设服务，提供监测数据，构建的数据平台服务于当地经济建设，设备的后期运维也得到了妥善解决。
68.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。