本發(fā)明涉及到泥石流防治工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種粘性泥石流堵江計(jì)算方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地形險(xiǎn)峻的地區(qū)，因?yàn)楸┯辍⒈┭┗蚱渌匀粸?zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的洪流。它的面積、體積和流量都較大，而滑坡是經(jīng)稀釋土質(zhì)山體小面積的區(qū)域，典型的泥石流由懸浮著粗大固體碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥漿組成。在適當(dāng)?shù)牡匦螚l件下，大量的水體浸透流水山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì)，使其穩(wěn)定性降低，飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就形成了泥石流。泥石流是一種災(zāi)害性的地質(zhì)現(xiàn)象。通常泥石流爆發(fā)突然、來(lái)勢(shì)兇猛，可攜帶巨大的石塊。因其高速前進(jìn)，具有強(qiáng)大的能量，因而破壞性極大，發(fā)生泥石流常常會(huì)沖毀公路鐵路等交通設(shè)施甚至村鎮(zhèn)等，因此，泥石流的防治顯得尤為重要。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)泥石流堵江的計(jì)算研究，主要有三種方法：

其一，以室內(nèi)水槽試驗(yàn)?zāi)M為主，主要是模擬在不同交匯角的條件下，主支溝的交匯及河床響應(yīng)過(guò)程，選擇不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如：流量比、容重、規(guī)模等，分析得出泥石流的堵河判別式。此類(lèi)方法得到的式往往由于野外數(shù)據(jù)尺度遠(yuǎn)大于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在量綱不和諧的情況下實(shí)際計(jì)算存在較大的誤差。

其二，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)性分析，該方法主要以文獻(xiàn)查閱、實(shí)地調(diào)查得到各泥石流溝的基本數(shù)據(jù)和堵河特征資料，對(duì)堵河型泥石流基本特征進(jìn)行分析總結(jié)，得出計(jì)算泥石流堵斷主河的定性或動(dòng)量的經(jīng)驗(yàn)式。此類(lèi)方法得到的式往往只適用于部分區(qū)域，缺乏普適性。

其三，該方法主要為建立起泥石流沉積及泥石流與主河水流相互作用動(dòng)力學(xué)方程組，以動(dòng)量與動(dòng)能平衡為主要切入點(diǎn)，分析得到其各自的理論解，理論分析了泥石流堵斷主河的條件。這類(lèi)方法雖然切入點(diǎn)較前沿，但尚不成熟，不能廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

且以上三種方法得到的式往往針對(duì)山洪泥石流同時(shí)發(fā)生的情況，但是在主河流域面積較大，洪水歷時(shí)較長(zhǎng)，洪水未至爆發(fā)泥石流的這種特殊情況下并不適用。

公開(kāi)號(hào)為CN 105527405A，公開(kāi)日為2016年04月27日的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種泥石流匯江物理模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于，包括第一泥石流支溝溝槽、第二泥石流支溝溝槽、泥石流主溝形成區(qū)溝槽、泥石流主溝流通區(qū)溝槽、泥石流主溝堆積區(qū)溝槽、寬度可變河流主河道槽、三角堰、蓄水池、模擬降雨裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和移動(dòng)支撐裝置，所述第一泥石流支溝溝槽、所述第二泥石流支溝溝槽、所述泥石流主溝形成區(qū)溝槽和所述泥石流主溝流通區(qū)溝槽均傾斜設(shè)置，所述第一泥石流支溝溝槽的水平低端、第二泥石流支溝溝槽的水平低端、所述泥石流主溝形成區(qū)溝槽的水平低端和所述泥石流主溝流通區(qū)溝槽的水平高端通過(guò)可活動(dòng)橡膠帶固定連接，所述第一泥石流支溝溝槽和所述第二泥石流支溝溝槽分別設(shè)置在所述泥石流主溝形成區(qū)溝槽的兩側(cè)，所述第一泥石流支溝溝槽、所述第二泥石流支溝溝槽、所述泥石流主溝形成區(qū)溝槽和所述泥石流主溝流通區(qū)溝槽的上方均設(shè)有所述模擬降雨裝置，所述寬度可變河流主河道槽和所述蓄水池均設(shè)在所述移動(dòng)支撐裝置上，所述蓄水池的出水口通過(guò)可活動(dòng)橡膠帶與所述寬度可變河流主河道槽的一端連接，所述蓄水池的出水口上設(shè)有閥門(mén)，所述寬度可變河流主河道槽的另一端與所述三角堰的一端連接，所述泥石流主溝流通區(qū)溝槽的水平低端通過(guò)所述泥石流主溝堆積區(qū)溝槽與所述寬度可變河流主河道槽的側(cè)面連通，所述數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)在所述移動(dòng)支撐裝置的周?chē)?/p>

該專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)的泥石流匯江物理模擬試驗(yàn)裝置,雖然能模擬泥石流暴發(fā)及匯江過(guò)程，研究不同固體物源、坡面角度、江水流速、泥石流堆積區(qū)與江河河道交匯角等因素對(duì)泥石流匯江的影響，但是，由于野外數(shù)據(jù)尺度遠(yuǎn)大于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在量綱不和諧的情況下實(shí)際計(jì)算存在較大的誤差，影響泥石流堵江判斷的準(zhǔn)確性，不利于提高泥石流防治效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種泥石流堵江計(jì)算方法，本發(fā)明充分考慮了泥石流屈服應(yīng)力和單寬流量比，建立的泥石流堵江計(jì)算模型，具有量綱和諧、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高和普適性高的特點(diǎn)，能夠?qū)δ嗍鞫陆M(jìn)行準(zhǔn)確判斷，極大的提高了泥石流防治效果。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種粘性泥石流堵江計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、實(shí)地測(cè)得或地形圖上測(cè)得支溝與主河的交匯角，85°95°；

b、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁，單位m，主河流量Qm，單位m³/s，根據(jù)式1確定主河單寬流量Q₁，單位m²/s；

（式1）；

c、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂，單位m，泥石流流量，單位m³/s，根據(jù)式2確定支溝單寬流量₂，單位m²/s；

（式2）；

d、將主河單寬流量Q₁和支溝單寬流量₂代入式3，確定支溝與主河的單寬流量比；

（式3）；

e、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的水深h，單位m，根據(jù)式4確定體積因子y_t；

（式4）；

f、實(shí)地測(cè)量泥石流屈服應(yīng)力，單位pa，泥石流密度，單位kg/m³，根據(jù)式5確定泥石流屈服應(yīng)力因子x；

（式5）；

式5中，g為重力加速度，9.8m/s²；

g、根據(jù)式6計(jì)算判斷因子y，根據(jù)判斷因子y值判斷泥石流是否會(huì)造成堵江；

（式6）。

所述步驟g中，判斷因子y的判斷條件是y2.0時(shí)，不會(huì)發(fā)生堵江； 2.0<y<3.07時(shí)，發(fā)生局部堵江；y3.07時(shí)，發(fā)生全堵。

本發(fā)明，適用于判斷支流與主河呈90°正交情況下泥石流是否造成堵江。

本發(fā)明計(jì)算泥石流堵江的原理如下：

局部堵江：流體入河后出露部分的長(zhǎng)度與交匯處河寬的比值為70%-99%時(shí)，可認(rèn)為是局部堵江。局部堵江可能引起水位抬高，發(fā)生潰決時(shí)可能引發(fā)洪水，危及下游居民財(cái)產(chǎn)生命安全。

全堵：流體入河后出露部分的長(zhǎng)度與交匯處河寬的比值為100%以上時(shí)，并且造成斷流兩分鐘以上可認(rèn)為是全堵。全堵可能形成堰塞湖，抬高上游水位，一旦潰決，可能引起重大洪災(zāi)，對(duì)下游造成巨大破壞。

單寬流量比是泥石流堵江的一個(gè)重大影響因素。

主河流量越大，越不易發(fā)生堵塞；泥石流流量越大，越容易發(fā)生堵塞。單寬流量比很好的將流量、河道寬度、水深等影響因素聯(lián)系到了一起，合理簡(jiǎn)化了復(fù)雜的實(shí)際情況。式3得到的單寬流量比，反映了泥石流流量與主河流量之間的潛在關(guān)系。

泥石流的入河體積量和溝道交匯處的寬度、水深也較大的影響了泥石流堵江的結(jié)果。在泥石流屈服應(yīng)力、單寬流量比變化不大的情況下，泥石流入河體積越大，溝道越窄，水越淺，就越容易發(fā)生全堵。式4很好的聯(lián)系了了泥石流入河體積量與溝道、水深。

泥石流的性質(zhì)也是堵江是否會(huì)發(fā)生的一大影響因素，屈服應(yīng)力較好的反映了泥石流的性質(zhì)。泥石流越粘，屈服應(yīng)力越大，那么同樣條件下發(fā)生堵江的可能性就越高。式5反映了泥石流的性質(zhì)。

最后，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得的式6，較準(zhǔn)確的反映了在90°正交情況下粘性泥石流的堵江規(guī)律。

本發(fā)明公式使用的參數(shù)均經(jīng)過(guò)無(wú)量綱處理，可以較好的避免因?yàn)閱挝粩?shù)量級(jí)差距帶來(lái)的誤差，可以較好的適用于野外情況。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在以下方面：

一、本發(fā)明，測(cè)得支溝與主河的交匯角；測(cè)量主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁，主河流量Qm，確定主河單寬流量Q₁；測(cè)量主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂，泥石流流量，確定支溝單寬流量₂，確定支溝與主河的單寬流量比，測(cè)量主河與支溝交匯處主河的水深h，確定體積因子y_t，測(cè)量泥石流屈服應(yīng)力₁，泥石流密度，確定泥石流屈服應(yīng)力因子x；根據(jù)判斷因子y值判斷粘性泥石流是否會(huì)造成堵江，作為一個(gè)完整的技術(shù)方案，充分考慮了泥石流屈服應(yīng)力和單寬流量比，建立的泥石流堵江計(jì)算模型，具有量綱和諧、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高和普適性高的特點(diǎn)，能夠?qū)δ嗍鞫陆M(jìn)行準(zhǔn)確判斷，極大的提高了泥石流防治效果。

二、本發(fā)明，適用于判斷支流與主河呈90°正交情況下泥石流是否造成堵江，這類(lèi)交匯角是泥石流溝與主河的主要交匯方式，本發(fā)明包括了主要的堵江形式，概括了堵江的主要條件，簡(jiǎn)化了判斷堵江的因素，判斷結(jié)果簡(jiǎn)明扼要，簡(jiǎn)單易行。

三、本發(fā)明，充分考慮了泥石流的不同特征：泥石流的屈服應(yīng)力代表泥石流抵抗水流的沖刷，不同的無(wú)量綱化屈服應(yīng)力代表泥石流性質(zhì)與水流的相互關(guān)系，使判斷模型更準(zhǔn)確，適用于不同黏度的粘性泥石流。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的具體說(shuō)明，其中：

圖1為主河與支溝交匯處的測(cè)量示意圖；

圖2為主河與支溝交匯處主河的水深示意圖；

圖3為局部堵江沿支溝方向剖面示意圖；

圖4為全堵江沿支溝方向剖面示意圖；

其中，B₁為主河與支溝交匯處主河的平均寬度，B₂為主河與支溝交匯處支溝的平均寬度，為支溝與主河的交匯角，h為主河與支溝交匯處主河的水深。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種粘性泥石流堵江計(jì)算方法，包括以下步驟：

a、實(shí)地測(cè)得或地形圖上測(cè)得支溝與主河的交匯角，85°95°；

b、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁，單位m，主河流量Qm，單位m³/s，根據(jù)式1確定主河單寬流量Q₁，單位m²/s；

（式1）；

c、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂，單位m，泥石流流量，單位m³/s，根據(jù)式2確定支溝單寬流量₂，單位m²/s；

（式2）；

d、將主河單寬流量Q₁和支溝單寬流量₂代入式3，確定支溝與主河的單寬流量比；

（式3）；

e、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的水深h，單位m，根據(jù)式4確定體積因子y_t；

（式4）；

f、實(shí)地測(cè)量泥石流屈服應(yīng)力，單位pa，泥石流密度，單位kg/m³，根據(jù)式5確定泥石流屈服應(yīng)力因子x；

（式5）；

式5中，g為重力加速度，9.8m/s²；

g、根據(jù)式6計(jì)算判斷因子y，根據(jù)判斷因子y值判斷泥石流是否會(huì)造成堵江；

（式6）。

本實(shí)施例為最基本的實(shí)施方式，測(cè)得支溝與主河的交匯角；測(cè)量主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁，主河流量Qm，確定主河單寬流量Q₁；測(cè)量主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂，泥石流流量，確定支溝單寬流量₂，確定支溝與主河的單寬流量比，測(cè)量主河與支溝交匯處主河的水深h，確定體積因子y_t，測(cè)量泥石流屈服應(yīng)力₁，泥石流密度，確定泥石流屈服應(yīng)力因子x；根據(jù)判斷因子y值判斷粘性泥石流是否會(huì)造成堵江，作為一個(gè)完整的技術(shù)方案，充分考慮了泥石流屈服應(yīng)力和單寬流量比，建立的泥石流堵江計(jì)算模型，具有量綱和諧、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高和普適性高的特點(diǎn)，能夠?qū)δ嗍鞫陆M(jìn)行準(zhǔn)確判斷，極大的提高了泥石流防治效果。

實(shí)施例2

一種粘性泥石流堵江計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、實(shí)地測(cè)得或地形圖上測(cè)得支溝與主河的交匯角，85°95°；

b、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁，單位m，主河流量Qm，單位m³/s，根據(jù)式1確定主河單寬流量Q₁，單位m²/s；

（式1）；

c、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂，單位m，泥石流流量，單位m³/s，根據(jù)式2確定支溝單寬流量₂，單位m²/s；

（式2）；

d、將主河單寬流量Q₁和支溝單寬流量₂代入式3，確定支溝與主河的單寬流量比；

（式3）；

e、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的水深h，單位m，根據(jù)式4確定體積因子y_t；

（式4）；

f、實(shí)地測(cè)量泥石流屈服應(yīng)力，單位pa，泥石流密度，單位kg/m³，根據(jù)式5確定泥石流屈服應(yīng)力因子x；

（式5）；

式5中，g為重力加速度，9.8m/s²；

g、根據(jù)式6計(jì)算判斷因子y，根據(jù)判斷因子y值判斷泥石流是否會(huì)造成堵江；

（式6）。

所述步驟g中，判斷因子y的判斷條件是y2.0時(shí)，不會(huì)發(fā)生堵江； 2.0<y<3.07時(shí)，發(fā)生局部堵江；y3.07時(shí)，發(fā)生全堵。

本實(shí)施例為較佳的實(shí)施方式。

實(shí)施例3

一種粘性泥石流堵江計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、實(shí)地測(cè)得或地形圖上測(cè)得支溝與主河的交匯角，85°95°；

b、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁，單位m，主河流量Qm，單位m³/s，根據(jù)式1確定主河單寬流量Q₁，單位m²/s；

（式1）；

c、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂，單位m，泥石流流量，單位m³/s，根據(jù)式2確定支溝單寬流量₂，單位m²/s；

（式2）；

d、將主河單寬流量Q₁和支溝單寬流量₂代入式3，確定支溝與主河的單寬流量比；

（式3）；

e、實(shí)地測(cè)量主河與支溝交匯處主河的水深h，單位m，根據(jù)式4確定體積因子y_t；

（式4）；

f、實(shí)地測(cè)量泥石流屈服應(yīng)力，單位pa，泥石流密度，單位kg/m³，根據(jù)式5確定泥石流屈服應(yīng)力因子x；

（式5）；

式5中，g為重力加速度，9.8m/s²；

g、根據(jù)式6計(jì)算判斷因子y，根據(jù)判斷因子y值判斷泥石流是否會(huì)造成堵江；

（式6）。

所述步驟g中，判斷因子y的判斷條件是y2.0時(shí)，不會(huì)發(fā)生堵江； 2.0<y<3.07時(shí)，發(fā)生局部堵江；y3.07時(shí)，發(fā)生全堵。

本發(fā)明，適用于判斷支流與主河呈90°正交情況下泥石流是否造成堵江。

本實(shí)施例為最佳實(shí)施方式，適用于判斷支流與主河呈90°正交情況下泥石流是否造成堵江，這類(lèi)交匯角是泥石流溝與主河的主要交匯方式，本發(fā)明包括了主要的堵江形式，概括了堵江的主要條件，簡(jiǎn)化了判斷堵江的因素，判斷結(jié)果簡(jiǎn)明扼要，簡(jiǎn)單易行。

下面對(duì)大渡河支流田灣河地處青藏高原邊緣的大雪山南麓，四川省雅安市石棉縣草科藏族鄉(xiāng)進(jìn)行泥石流堵江分析：

大渡河支流田灣河地處青藏高原邊緣的大雪山南麓，四川省雅安市石棉縣草科藏族鄉(xiāng)，位于田灣河中游。

2012年7月14日凌晨，四川省雅安市石棉縣草科藏族鄉(xiāng)和平村的田灣河支流唐家溝及小熱水山坡等發(fā)生泥石流，其間涌出的泥石流堵塞了田灣河，導(dǎo)致形成堰塞湖，造成巨大損失。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，計(jì)算得到四川省雅安市石棉縣草科藏族鄉(xiāng)和平村的田灣河支流唐家溝及小熱水山坡等發(fā)生泥石流支溝單寬流量₂為1027m³/s，主河與支溝交匯處支溝的平均寬度B₂為25m，主河單寬流量Q₁為390 m³/s，主河與支溝交匯處主河的平均寬度B₁為53.9m，支溝與主河的單寬流量比為5.68。使用式4計(jì)算得到體積因子y_t為68.8，使用式5計(jì)算泥石流屈服應(yīng)力因子x=0.0045；使用式6計(jì)算出的判斷因子y為4.28。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的臨界條件，當(dāng)判斷因子y大于等于3.07的時(shí)候就有較高可能性發(fā)生全堵，與實(shí)際情況相符。

說(shuō)明采用本方法判斷粘性泥石流堵江準(zhǔn)確度高。