一种漂木泥石流峰值流量的测算方法与流程

[0001]
本发明涉及测算技术、泥石流防治工程设计领域，特别涉及一种漂木泥石流峰值流量的测算方法。


背景技术：

[0002]
泥石流是我国山区常见的地质灾害类型之一，其暴发突然、运动速度快、破坏力强，常对基础设施建设和人民生命财产安全造成严重的危害和威胁。在我国中高海拔山区，植被覆盖率高，由于近年来火灾、地震、滑坡等因素使得大量的树木枝干散落在泥石流形成区或堆积在流通区，当发生泥石流时，这些树木进入泥石流中形成漂木，随泥石流倾斜而出，形成漂木泥石流。
[0003]
漂木在运动过程中可在沟道较窄处发生堵塞，形成不稳定堵塞体，导致后续泥石流淤积，当淤积到一定程度后，在静水压力、后续泥石流的冲击作用下，漂木堵塞体突然溃决，流量瞬间增大，形成更大规模的泥石流，使泥石流的冲击破坏能力进一步增强，造成严重的次生灾害。由于漂木的影响，使得泥石流流量存在放大效应，但目前关于泥石流堵溃流量放大效应的研究较少，在设计针对漂木泥石流的防治工程中，采用的泥石流峰值流量也多以设计经验和经验公式为依据，并未考虑漂木造成的泥石流峰值流量放大这一重要因子。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种漂木泥石流峰值流量的测算方法，综合考虑了漂木泥石流中漂木平均长度、漂木平均直径、漂木总量和泥石流沟道宽度等造成泥石流峰值流量放大的主要影响因素，测算原理科学，计算形式简单，参数容易获取，适应实际工程设计需要。
[0005]
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0006]
本发明提出一种漂木泥石流峰值流量的测算方法，主要技术原理在于：根据现场调查及室内试验分析发现，漂木泥石流峰值流量是一个受多因素综合影响的复杂过程，漂木堵溃发生的泥石流流量放大效应的主要影响因素包括漂木尺寸、漂木总量、泥石流沟道宽度、泥石流容重、泥石流总量等。因此，本发明方法综合考虑了漂木平均长度、漂木平均直径、漂木总量、泥石流沟道宽度、固体物质在泥石流中所占的体积比、泥石流总量、不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量七个主要因素对含有漂木的漂木泥石流峰值流量的共同影响，通过确定七个因素的函数关系来确定漂木泥石流峰值流量计算方法。
[0007]
具体而言，所述漂木泥石流峰值流量的测算方法步骤如下：
[0008]
(一)通过现场调查，确定漂木泥石流中的漂木平均长度l、单位m；通过现场调查，确定漂木泥石流中的漂木平均直径d、单位m；通过现场调查，确定漂木泥石流中的漂木总量v1、单位m3；通过野外调查，确定泥石流沟道宽度b、单位m。
[0009]
(二)通过现场调查，确定泥石流容重γ
c
和泥石流中固体物质容重γ
s
、单位均为
kn/m3；将γ
c
和γ
s
代入公式c
v
＝(γ
c-γ
w
)/(γ
s-γ
w
)，计算得到固体物质在泥石流体中所占的体积比c
v
，式中γ
w
为泥石流中水的容重、取值10.0kn/m3；泥石流中固体物质容重γ
s
取值一般为26.0-28.0kn/m3。
[0010]
(三)通过雨洪法，确定不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量q
c
，单位m3/s；通过调查访问，确定泥石流历时t，单位s；将q
c
和t代入公式v2＝19tq
c
/72，计算得到泥石流总量v2、单位m3。
[0011]
雨洪法计算公式为q
c
＝(1+φ
c
)q
p
d
c
，式中q
c
为不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量，单位m3/s；q
p
为频率p的设计暴雨清水流量，单位m3/s，通过《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》推荐的经验公式确定；d
c
为泥石流堵塞系数，通过现场调查结果查阅文献确定；φ
c
为泥石流泥沙修订系数，经验公式为式中γ
c
为泥石流容重、单位kn/m3、通过现场调查确定，γ
w
为泥石流中水的容重、取值10.0kn/m3，γ
s
为泥石流中固体物质容重、单位kn/m3、通过现场调查确定。泥石流中固体物质容重γ
s
取值一般为26.0-28.0kn/m3。
[0012]
(四)通过以下公式计算得到漂木泥石流峰值流量q
[0013][0014]
式中，q—漂木泥石流峰值流量，单位m3/s；
[0015]
v1—漂木泥石流中的漂木总量，单位m3，由步骤(一)确定；
[0016]
v2—泥石流总量，单位m3，由步骤(三)确定；
[0017]
l—漂木泥石流中的漂木平均长度，单位m，由步骤(一)确定；
[0018]
b—泥石流沟道宽度，单位m，由步骤(一)确定；
[0019]
d—漂木泥石流中的漂木平均直径，单位m，由步骤(一)确定；
[0020]
c
v
—固体物质在泥石流体中所占的体积比，由步骤(二)确定；
[0021]
q
c
—不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量，单位m3/s，由步骤(三)确定。
[0022]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：综合考虑了漂木平均长度、漂木平均直径、漂木总量、泥石流沟道宽度、固体物质在泥石流中所占的体积比、泥石流总量、不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量七个因素对漂木泥石流峰值流量的共同影响，相较于现有的、未考虑漂木泥石流流量放大效应的泥石流峰值流量计算方法，本发明具有更科学的测算原理，计算形式简单，参数容易获取，在漂木泥石流防治工程中针对漂木泥石流峰值流量参数取值方面具有更高的工程使用价值。
附图说明
[0023]
图1是漂木泥石流沟道平面示意图。
[0024]
图中标号如下：
[0025]
l漂木平均长度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
b泥石流沟道宽度
具体实施方式
[0026]
下面对本发明的优选实施例作进一步的描述。
[0027]
实施例一
[0028]
如图1所示。云南澜沧江右岸某泥石流沟，近几年泥石流活动频繁。该沟流域面积4.53km2，主沟长度3.21km，平均纵比降195
‰
；沟内曾爆发几次大型泥石流，且携带出大量漂木。在调查泥石流沟时发现，泥石流形成区和流通区仍堆积有大量的漂木，且沟道断面较为狭窄，有的沟道断面被滑坡等堆积体堵塞为半堵塞状态，由于沟道内漂木尺寸较大，可能会在沟道狭窄处发生堵溃效应，造成泥石流流量增大，对下游居民造成更大的生命财产损失。
[0029]
为有效治理该漂木泥石流，使得治理工程的设计参数取值更加合理，针对防治工程设计过程中所需的峰值流量参数取值，采用本发明方法进行漂木泥石流峰值流量的测算。测算具体步骤如下：
[0030]
第一步，通过现场调查，确定漂木泥石流中的漂木平均长度l为3.12m，漂木平均直径d为0.15m，泥石流沟道中漂木总量v1为0.61
×
104m3；通过野外调查，确定拟建防治工程位置的泥石流沟道宽度b为6.5m。
[0031]
第二步，通过现场调查，确定设计标准p＝5％(20年一遇)泥石流容重γ
c
为18.00kn/m3，泥石流中固体物质容重γ
s
为26.0kn/m3；将γ
c
和γ
s
代入公式c
v
＝(γ
c-γ
w
)/(γ
s-γ
w
)＝(18.0-10.0)/(26.0-10.0)＝0.50，计算得到固体物质在泥石流体中所占的体积比c
v
为0.50。
[0032]
第三步，通过现场调查和经验公式，确定设计标准p＝5％(20年一遇)的暴雨清水流量q
p
为5.83m3/s；通过现场调查结果查阅文献确定泥石流堵塞系数d
c
为1.5。通过现场调查，确定设计标准p＝5％(20年一遇)泥石流容重γ
c
为18.00kn/m3，泥石流中固体物质容重γ
s
为26.0kn/m3；将γ
c
和γ
s
代入公式计算得到泥石流泥沙修订系数φ
c
为1.0。将q
p
、d
c
和φ
c
代入公式q
c
＝(1+φ
c
)q
p
d
c
＝(1+1.0)
×
5.83
×
1.5＝17.5m3/s，计算得到不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量q
c
为17.5m3/s。
[0033]
通过调查访问，确定泥石流历时t为7200s；将q
c
和t代入公式v2＝19tq
c
/72＝19
×
7200
×
17.5/72＝3.3
×
104m3，计算得到泥石流总量v2为3.3
×
104m3。
[0034]
第四步，通过公式第四步，通过公式计算得到漂木泥石流峰值流量q为19.35m3/s。
[0035]
在设计泥石流拦挡坝时，利用本发明方法测算得到的漂木泥石流峰值流量进行坝体高度设计，设计高度由原来的6.5m提高为7.0m。该拦挡坝在经历几次泥石流后，有效地防止了因流量过大而导致的对拦挡坝的冲击破坏，达到了预期效果。
[0036]
实施例二
[0037]
如图1所示。西藏林芝某泥石流沟，近几年泥石流活动频繁，沟内曾爆发几次大型泥石流，且携带出大量漂木。该沟流域面积3.18km2，主沟长度2.64km，平均纵比降207
‰
。在调查泥石流沟时发现，泥石流形成区和流通区仍堆积有大量的漂木，且沟道断面较为狭窄，
由于沟道内漂木尺寸较大，可能会在沟道狭窄处发生堵溃效应，造成泥石流流量增大，对下游居民造成更大的生命财产损失。
[0038]
为有效治理该漂木泥石流，使得治理工程的设计参数取值更加合理，针对防治工程设计过程中所需的峰值流量参数取值，采用本发明方法进行漂木泥石流峰值流量的测算。测算具体步骤如下：
[0039]
第一步，通过现场调查，确定漂木泥石流中的漂木平均长度l为4.53m，漂木平均直径d为0.30m，泥石流沟道中漂木总量v1为0.82
×
104m3；通过野外调查，确定拟建防治工程位置的泥石流沟道宽度b为5.8m。
[0040]
第二步，通过现场调查，确定设计标准p＝5％(20年一遇)泥石流容重γ
c
为19.00kn/m3，泥石流中固体物质容重γ
s
为27.0kn/m3；将γ
c
和γ
s
代入公式c
v
＝(γ
c-γ
w
)/(γ
s-γ
w
)＝(19.0-10.0)/(27.0-10.0)＝0.53，计算得到固体物质在泥石流体中所占的体积比c
v
为0.53。
[0041]
第三步，通过现场调查和经验公式，确定设计标准p＝5％(20年一遇)的暴雨清水流量q
p
为4.45m3/s；通过现场调查结果查阅文献确定泥石流堵塞系数d
c
为2.0。通过现场调查，确定设计标准p＝5％(20年一遇)泥石流容重γ
c
为19.00kn/m3，泥石流中固体物质容重γ
s
为27.0kn/m3；将γ
c
和γs代入公式计算得到泥石流泥沙修订系数φ
c
为1.125。将q
p
、d
c
和φ
c
代入公式q
c
＝(1+φ
c
)q
p
d
c
＝(1+1.125)
×
4.45
×
2.0＝18.9m3/s，计算得到不考虑含有漂木情况下的泥石流峰值流量q
c
为18.9m3/s。
[0042]
通过调查访问，确定泥石流历时t为10200s；将q
c
和t代入公式v2＝19tq
c
/72＝19
×
10200
×
18.9/72＝3.66
×
104m3，计算得到泥石流总量v2为3.66
×
104m3。
[0043]
第四步，通过公式第四步，通过公式计算得到漂木泥石流峰值流量q为22.60m3/s。
[0044]
在设计泥石流拦挡坝时，利用本发明方法测算得到的漂木泥石流峰值流量进行坝体高度设计，设计高度由原来的10.0m提高为11.0m。该拦挡坝在经历几次泥石流后，有效地防止了因流量过大而导致的对拦挡坝的冲击破坏，达到了预期效果。