一种稀性泥石流和高含沙洪水的泥沙拦淤方法及其应用

摘要

本发明公开了一种稀性泥石流和高含沙洪水的泥沙拦淤方法及其应用。该泥沙拦淤方法涉及在主沟床内设有稳定主沟床质的若干铅丝笼固床坝，分段固定主沟床；在主沟床上游设有一座用于引流的重力式引流谷坊，在重力式引流谷坊下游的主沟床侧部设置有铅丝笼沉沙池，重力式引流谷坊与铅丝笼沉沙池之间通过排水沟相连；铅丝笼沉沙池与主沟床之间通过溢洪排水管相连，将经过铅丝笼沉沙池沉沙处理后的清水排向主沟床。与现有技术相比，本发明能有效拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙，避免泥沙淤填下游的水库、风景区内的海子，以及淤埋农田、城镇等；对于建筑用沙短缺的地区，铅丝笼沉沙池内沉积的泥沙还可以利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种基于固床-沉沙的稀性泥石流和高含沙洪水的泥沙拦淤方法及其应用。

背景技术

中国是一个地质灾害多发的国家，灾害类型多、分布广、危害大，特别是泥石流灾害广泛分布，制约着全国广大山区国民经济的发展，威胁着人民生命和财产的安全。

泥石流除造成大量人员伤亡，冲毁道路、城镇、工矿、农田和水电工程以外，还输送大量泥沙，导致河道淤积与山区洪水频发，阻碍河道航运，淤积水库，影响水电工程使用寿命和功能发挥。据统计，长江上游地区各类水利工程平均每年被泥沙淤积3×10⁸m³的库容，相当于每年报废一座大型水库。近年来，世界自然遗产九寨沟景区内泥石流输送的泥沙使美丽湖泊遭受严重的污染和淤填，不但损害了风景的观赏性，而且造成海子的有效库容减小，对生态环境造成了一定的危害。因此，针对泥石流和高含沙洪水的输沙，开发有效的控制技术，对于确保重大水电工程库区的有效库容、风景区内湖泊群的美丽水体，具有重大的社会、环境和经济意义。

近年来，随着西部大开发的深化，大量的水电工程开工、风景区的开发与保护加速，泥石流和高含沙洪水的输送问题日益突出。自1958年中国开展泥石流防治理论研究和技术开发以来，国内外泥石流防治方面取得了长足的进展。目前国内已开发出了针对泥石流起动、运动、淤积的稳-拦-排防治系列技术，如拦沙坝、排导槽、停淤场、生物谷坊等细部技术，用于城镇、农田、公路、铁路以及小流域的泥石流治理，发挥了重要的作用。但是目前的泥石流防治技术主要思想是拦挡大颗粒物质、排泄细颗粒物质和水体，无法满足泥沙控制的需求。因此，急需针对泥石流和高含沙洪水的输沙，开发有效控制泥沙的工程技术。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种针对稀性泥石流和高含沙洪水携带的泥沙进行拦淤的控制技术，以及该泥沙拦淤方法的单独和配合应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提出的稀性泥石流和高含沙洪水的泥沙拦淤方法，涉及在主沟床内设有稳定主沟床质的若干铅丝笼固床坝，分段固定主沟床；在主沟床上游设有一座用于引流的重力式引流谷坊，在重力式引流谷坊下游的主沟床侧部设置有铅丝笼沉沙池，重力式引流谷坊与铅丝笼沉沙池之间通过排水沟相连；铅丝笼沉沙池与主沟床之间通过溢洪排水管相连，将经过铅丝笼沉沙池沉沙处理后的清水排向主沟床。所述泥沙拦淤方法利用铅丝笼固床坝稳定主沟床质及上游输移下来的粗颗粒物质，利用重力式引流谷坊引流和初步沉沙，利用铅丝笼沉沙池减小泥石流和水流的流速达到沉积细颗粒物质，从而有效拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙。

所述铅丝笼沉沙池的容积大小和个数由流域水文计算的一次性洪水总量来决定。当铅丝笼沉沙池淤积满泥沙时，要及时进行清淤处理，保证足够容量沉积下一次泥石流的泥沙；结构中采用铅丝笼的部分要注意维护，当出现铅丝断裂时，要及时焊接或补强，防止铅丝笼溃塌。定期清理重力式引流谷坊库内的泥沙淤积，预留一定的库容，让泥石流或洪水进入铅丝笼沉沙池前，进行初步沉沙。

所述铅丝笼沉沙池的数量一般可以是2-3个，且沿主沟床方向用排水沟串连。所述铅丝笼沉沙池与主沟床平行。铅丝笼沉沙池中的铅丝笼内装填粒径为50-200mm的砾石，池底采用片石固底。根据流域面积大小决定铅丝笼沉沙池的面积，当流域面积≤1.0km²时，铅丝笼沉沙池的大小为4.0-6.0m×10.0m、深度为2.0-3.0m；当流域面积＞1.0km²时，铅丝笼沉沙池的大小为6.0-8.0m×10.0m、深度为3.0-4.0m。

所述铅丝笼固床坝中的铅丝笼内装填粒径为50-200mm的砾石，且铅丝笼嵌入主沟床两侧的深度≥0.5m。根据堆积扇坡度的大小决定铅丝笼固床坝间的间距，当堆积扇坡降≤15％时，铅丝笼固床坝之间的间距为8.0-15.0m，铅丝笼固床坝中的铅丝笼尺寸为2.0m×0.5m×0.5m；当堆积扇坡降＞15％时，铅丝笼固床坝之间的间距为6.0-10.0m，铅丝笼固床坝中的铅丝笼尺寸为2.0m×1.0m×0.5m。

所述重力式引流谷坊的溢流口位置设有由粒径为10-100mm的细石组成的溢流口滤层，重力式引流谷坊的侧坝肩位置开口设置连接排水沟的排水孔。所述溢流口滤层分为3层，每层间设有滤水塑料布。

所述排水沟底部铺填粒径10-50mm的细石构成细石滤层。

本发明所述泥沙拦淤方法在应用时，需要根据流域面积大小决定是否还配合其他泥石流防治工程措施使用。当流域面积≤1.0km²时，直接在主沟床使用所述泥沙拦淤方法，用于拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙；当流域面积＞1.0km²时，在堆积扇顶部或主沟床中游设置有效坝高≥5m的骨干型拦沙坝1-2座，或者在主沟床上游设置谷坊群控制泥石流起动(如专利号为ZL 99114724.3的发明专利技术)，同时配合在主沟床使用所述泥沙拦淤方法，用于拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能有效拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙，避免泥沙淤填下游的水库、风景区内的海子，以及淤埋农田、城镇等；对于建筑用沙短缺的地区，铅丝笼沉沙池内沉积的泥沙还可以利用。

附图说明

图1是本发明的工程措施示意图。

图2是铅丝笼固床坝的结构示意图。

图3是重力式引流谷坊的结构示意图。

图4是铅丝笼沉沙池的结构示意图。

图5是排水沟的结构示意图。

图6是图3中溢流口滤层的放大右视图。

图中标号如下：

1铅丝笼固床坝      2重力式引流谷坊

3铅丝笼沉沙池      4排水沟

5溢洪排水管        6主沟床

7片石              8排水孔

9细石滤层          10溢流口滤层

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。针对流域面积为1.0km²、植被覆盖率为40％、堆积扇面坡降为15％、堆积扇上堆积颗粒中粘粒含量为4％的泥石流区域，直接在主沟床使用下述泥沙拦淤方法，用于拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙。在主沟床6内设有稳定主沟床质的若干铅丝笼固床坝1，分段固定主沟床6。在主沟床6上游设有一座用于引流的重力式引流谷坊2，在重力式引流谷坊2下游的主沟床6侧部设置有2个与主沟床6平行、且沿主沟床6方向用排水沟4串连的铅丝笼沉沙池3；重力式引流谷坊2与处于上游的一个铅丝笼沉沙池3之间通过排水沟4相连；处于下游的一个铅丝笼沉沙池3与主沟床6之间通过溢洪排水管5相连，将经过铅丝笼沉沙池3沉沙处理后的清水排向主沟床6。

铅丝笼固床坝1中的铅丝笼内装填粒径为50-200mm的砾石，且铅丝笼嵌入主沟床6两侧的深度为1.0m；铅丝笼固床坝1之间的间距为8.0m，铅丝笼固床坝1中的铅丝笼尺寸为2.0m×0.5m×0.5m。铅丝笼沉沙池3的大小为6.0m×10.0m、深度为3.0m；铅丝笼沉沙池3为铅丝笼结构，在中部位置错台，顶宽0.5m、底宽1.0m，铅丝笼尺寸为2.0m×1.0m×0.5m，铅丝笼内装填粒径为50-200mm的砾石；池底采用厚为0.3m的片石7固底。重力式引流谷坊2的基础埋深为1.2m，基础为混凝土结构，有效坝体高度为2.0m，坝顶宽为0.5m，坝体下游侧坡度为1∶0.05，上游侧坡度为1∶0.5，坝体结构为混凝土；重力式引流谷坊2的侧坝肩位置开口设置有连接排水沟4的排水孔8；重力式引流谷坊2的溢流口宽0.4m，溢流口位置设有由3层不同粒径的细石组成的溢流口滤层10，由上游向下游分别为10-20mm、20-50mm、50-100mm。排水沟4为混凝土结构，断面大小为1.0m×0.4m，底部铺填粒径10-50mm的细石构成细石滤层9。

实施例二

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。针对流域面积为2.0km²、植被覆盖率为40％、堆积扇面坡降为20％、堆积扇上堆积颗粒中粘粒含量为6％的泥石流区域，在堆积扇顶部设置有效坝高7m的骨干型拦沙坝2座，同时配合在主沟床使用下述泥沙拦淤方法，用于拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙。在主沟床6内设有稳定主沟床质的若干铅丝笼固床坝1，分段固定主沟床6。在主沟床6上游设有一座用于引流的重力式引流谷坊2，在重力式引流谷坊2下游的主沟床6侧部设置有3个与主沟床6平行、且沿主沟床6方向用排水沟4串连的铅丝笼沉沙池3；重力式引流谷坊2与处于上游的一个铅丝笼沉沙池3之间通过排水沟4相连；处于下游的一个铅丝笼沉沙池3与主沟床6之间通过溢洪排水管5相连，将经过铅丝笼沉沙池3沉沙处理后的清水排向主沟床6。

铅丝笼固床坝1中的铅丝笼内装填粒径为50-200mm的砾石，且铅丝笼嵌入主沟床6两侧的深度为1.0m；铅丝笼固床坝1之间的间距为6.0m，铅丝笼固床坝1中的铅丝笼尺寸为2.0m×1.0m×0.5m。铅丝笼沉沙池3的大小为8.0m×10.0m、深度为4.0m；铅丝笼沉沙池3为铅丝笼结构，在中部位置错台，顶宽0.5m、底宽1.0m，铅丝笼尺寸为2.0m×1.0m×0.5m，铅丝笼内装填粒径为50-200mm的砾石；池底采用厚为0.5m的片石7固底。重力式引流谷坊2的基础埋深为1.5m，基础为混凝土结构，有效坝体高度为2.5m，坝顶宽为0.6m，坝体下游侧坡度为1∶0.10，上游侧坡度为1∶0.6，坝体结构为浆砌石；重力式引流谷坊2的侧坝肩位置开口设置有连接排水沟4的排水孔8；重力式引流谷坊2的溢流口宽0.4m，溢流口位置设有由3层不同粒径的细石组成的溢流口滤层10，由上游向下游分别为10-20mm、20-50mm、50-100mm，且每层间设有滤水塑料布。排水沟4为浆砌石结构，断面大小为1.0m×0.4m，底部铺填粒径10-50mm的细石构成细石滤层9。

实施例三

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。与实施例一相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：

流域面积为0.8km²、堆积扇面坡降为10％。铅丝笼固床坝1中的铅丝笼嵌入主沟床6两侧的深度为0.5m；铅丝笼固床坝1之间的间距为15.0m，铅丝笼固床坝1中的铅丝笼尺寸为2.0m×0.5m×0.5m。铅丝笼沉沙池3的数量为1个，大小为4.0m×10.0m、深度为2.0m。重力式引流谷坊2的基础埋深为1.0m，基础为混凝土结构，有效坝体高度为1.5m，坝顶宽为0.4m，坝体下游侧坡度为1∶0.05，上游侧坡度为1∶0.4，坝体结构为混凝土。

实施例四

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。与实施例二相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：

流域面积为1.5km²、堆积扇面坡降为16％，在主沟床中游设置有效坝高5.0m的骨干型拦沙坝1座，同时配合在主沟床使用下述泥沙拦淤方法，用于拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙。铅丝笼固床坝1中的铅丝笼嵌入主沟床6两侧的深度为1.2m；铅丝笼固床坝1之间的间距为10.0m，铅丝笼固床坝1中的铅丝笼尺寸为2.0m×1.0m×0.5m。铅丝笼沉沙池3的数量为2个，大小为6.0m×10.0m、深度为3.0m。

实施例五

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。与实施例二相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：

在主沟床上游设置谷坊群，同时配合在主沟床使用所述泥沙拦淤方法，用于拦淤稀性泥石流的细颗粒物质和高含沙洪水的泥沙。