CN105544455A - 堤坝超标准洪水分洪管带 - Google Patents

Abstract

堤坝超标准洪水分洪管带，属于堤坝分洪水利工程技术领域。本发明可向农田可控的分散分泄超标准洪水保堤坝，动态浮体出口新型消能兼具挑流、面流、底流的优点，适用任何地形地质条件。结构简单、建造快捷、造价低。它包括：笼式拦污栅（4）放置上游进口铪U型槽（3）内，HDPE拍门（5）固定在分洪管身（6）进口外侧，分洪管身（6）水平埋于堤坝（1）上部，分洪管身（6）下游端与固体骨架人工合成材料的输水带（8）相连，固体骨架人工合成材料的输水带（8）下游端与人工合成材料的输水带（9）相连，人工合成材料的输水带（9）出口布置动态浮体（10）上。适用于堤防、大坝可控非常分洪及抗洪抢险。

Description

堤坝超标准洪水分洪管带

技术领域

本发明属于堤坝分洪水利工程技术领域，具体涉及堤坝超标准洪水分洪管带。

背景技术

2013年黑龙江发生人力无法抵御的超标准洪水，在现有的水利规范与技术条件下,实现“确保抗洪抢险部队的安全”与堤坝安全这一目标的防汛预案难度很大，如果通过创新理论、创新方法实现这一目标，也就解决了堤坝超标准洪水漫顶溃决伤人毁物的世界性的难题，如下案例与难题说明本发明将产生巨大的的社会经济效益；如下案例与难题说明本发明对保障国计民生具有迫切性。

超标准洪水堤防漫顶溃决案例：2015年日本9月10日发生溃堤，整栋房屋、成排车辆被冲走，造成多人伤亡失踪、大量财产损失。2014年中国超标准洪水导致损坏堤坝2.4万处。2013年黑龙江堤坝发生漫堤决口损失严重，由于交通不便如果强行堵口就会使抢险队伍身陷险境甚至绝境。2005年6月黑龙江省宁安市沙兰河超标准洪水漫堤决口造成了死亡117人的重大伤亡。1998年洪水全国死亡3004人，直接经济损失达1666亿元，其中九江大堤决堤，沉9只船与投入大量抢险物资，数万军民4天才控制住。

大坝漫顶溃决案例：2014年中国超标准洪水导致4座小型水库垮坝，1979年印度马丘漫顶垮坝3000人惨遭灭顶，1975年河南板桥、石漫滩等水库漫顶垮坝，近在咫尺的下游抢险队伍无一幸免，2.6万人惨遭灭顶，经济损失达100亿美元。1963年8月河北省多座水库漫顶垮坝，1467人惨遭灭顶，1951年至1986年世界其它国家洪水漫顶溃坝59座。

超标准洪水堤坝面临的难题:江河堤坝普遍达标的情况下，洪水都汇到河道里，增加下游发生洪水的机率，堤坝增高，河道存水量增大，一旦发生决堤，就是灭顶之灾。遇到超标准洪水保堤坝不决口，采用手段只有三个，“蓄、挡、分”，“水库蓄、堤坝挡”都有限度，一旦遇到不可抗拒的洪水，三种手段达到极限而分洪建筑物又不能现建，决口不可避免，这是现有水利工程技术面临的难题，这三个选项中只有分洪保堤坝是万全之策。由于小型水库流域面积小、量大，罕见暴雨中心集中在小型水库的流域面积内的概率大，而小型水库重要性小社会经济效益低，防洪标准低，发生漫坝溃决不可避免，14年中国有4座小型水库发生漫坝溃决就是例证，这是小型水库遇到超标准洪水面临的难题。目前在土质堤坝上分洪（泄洪）建筑物形式有铪结构的分洪闸及溢洪道、过水土坝、坝下埋管、竖井式溢洪道、虹吸式溢洪道及人为决堤分洪，这些分洪溢洪建筑物均不可能发生超标准洪水抢险时现建，面流、消力戽、挑流，面流、消力戽需要一定水力条件，底流、面流、消力戽消能必须有铪结构护坦，挑流消能必有挑坎与水头形成安全冲坑。无消能设施的水库破副坝的非常溢洪道，一旦启动代价高且不可控，其它非常溢洪道不仅造价高还需要一定的地形、地质条件。

超标准洪水堤漫顶溃决的原因：这些水毁共同的特点就是遇到超标准洪水的重大自然灾害，经济发达的国家也一样存在，这是世界性的难题，世界各国通用的水库设计理论，是按照规范规定的具体量化洪水标准进行设计工程，确保在规范内不发生工程水毁，各国的社会经济条件不同仅仅是其规范标准不一样，发达国家标准高发生超标准洪水工程水毁概率低，而发展中国家标准低发生超标准洪水工程水毁概率高。在理论上用规范的有限量化洪水标准不能解决无限的超标准洪水工程水毁的问题；土石结构堤坝无法抵御超标准洪水。目前缺少水库的副坝分洪、非常溢洪道可控分洪的防灾减灾设计理论。

利用叶兴的泄洪滩地水毁机理，构建向农田、滩地分散分洪的新型分洪理论与措施，就可以解决以上一系列难题。

发明内容

本发明的目的：为实现”确保抗洪抢险部队的安全”的目标，创建堤防防灾减灾理论与方法，避免产生溃坝涌浪造成灭顶之灾，让人畜有逃生机会，减少工程水毁的财产损失，解决堤防超标准洪水漫顶溃决的世界性难题；提供一种堤坝超标准洪水分洪管带，当遇到超标准洪水时，能够可控分洪防止坝体漫顶决口，为解决以上难题，提供一种技术可行、经济合理的方法；且结构简单、抢险临时建造快捷、使用管理方便、造价低、不让永久占地。

本发明适用于堤坝利用河道、沟、塘、低洼地向农田分散分泄堤坝超标准洪水，适用于水库非常溢洪道，还适于用于水库遇超标准洪水泄流能力不够的情况下分洪保坝，还适用于原设计副坝作为非常溢洪道的水库遇较小超标准洪水情况下可控分洪保副坝不分洪，还适于任何需要抗洪抢险、可控分洪的地方。

实现以上目的其技术方案如下：堤坝超标准洪水分洪管带，它包括笼式拦污栅放置在进口铪U型槽内，HDPE拍门放置在笼式拦污栅内，HDPE拍门固定在分洪管身上游进口端，分洪管身水平埋设在堤坝上部，且分洪管身进口端位于进口铪U型槽与笼式拦污栅内，分洪管身下游出口端放置在出口铪U型槽内，分洪管身下游出口端与固体骨架人工合成材料的输水带入口相连，固体骨架人工合成材料的输水带放置在堤坝下游坡上，固体骨架人工合成材料的输水带下游端与人工合成材料的输水带相连，人工合成材料的输水带平放在地上，人工合成材料的输水带出口布置动态浮体上。

为了进一步实现以上目的，按照泄洪滩地水毁机理设计分洪管身，避免出现灾难性溃堤坝涌浪，构建堤坝超标准洪水分洪管带防灾减灾设计理论，它是在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向滩地、农田可控分散分洪。超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水。泄洪滩地水毁机理：承担渠首部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，以上演变可以是一次洪水也可以多次。把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首泄洪滩地相关因素图，把渠首泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，但下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首、水库、堤防、桥梁等建筑物，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的。如果春汛发生在二、三区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在二、三区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”。

为了进一步实现以上目的，所述的分洪管身或人工合成材料的输水带内腔直径采用下述公式计算:

d=(4*Q/(π*μ_c*n*(2*g*H₀)^1/2))^1/2式一

μ_c=1/(1+λ*l/d+∑ζ)^1/2式二

H₀=H+0.5*α*v₀ ²/g式三

式中：d——为分洪管身或人工合成材料的输水带内腔直径，m；Q——为分洪点的分洪管流量，m³/s；π——为圆周率；μ_c——为分洪管身或人工合成材料的输水带流量系数；n——为分洪管身或人工合成材料的输水带数量；g——重力加速度，m²/s；H₀、H——分别为不包括行近流速水头和包括行近流速水头的作用水头；λ——为分洪管身或人工合成材料的输水带沿程阻力系数；l——为分洪管身或人工合成材料的输水带计算段长度，m；∑ζ——为分洪管身或人工合成材料的输水带计算段中总损失系数之和；α——为动能修正系数；v₀——为行近流速，m/s。

为了进一步实现以上目的，所述的人工合成材料的输水带长度采用如下公式计算；

L=A+mt式四

T=(0.66*q*(2*α₀-z/h)^1/2)/((r_s/r-1)*g*d)^1/2*(h/d)-h_t式五

式中：L——为堤坝后人工合成材料的输水带长度，m；A——为安全加长，m；m——为允许冲刷坑后坡边坡系数；q——为人工合成材料的输水带出口单宽流量，m³/s.m；α₀——为消力坎末端的流速分布的动能修正系数；z——为速分布最大流速的位置高度，m；h——为人工合成材料的输水带出口水深，m；h_t——为分洪处下游水深，m；r_s,r——分别是床沙和水的容重，KN/cm³；d——为d₅₀的床沙粒径；cm。

本发明的有益效果是：本发明与现有的堤坝分洪设计与管理比较，根本区别在于利用泄洪滩地水毁机理增加堤防超标准洪水防灾减灾设计，利用沟、泡、塘、低洼地向农田分散分泄超标准洪水突破现有向滞洪区集中分洪的限制，小洪水农田安全分洪实现防灾，大洪水出现冲刷但能保住堤坝不产生灾难性溃堤坝涌浪实现减灾。填补堤防非常分洪设计理论的空白；填补非常溢洪道可控分洪设计理论的空白；填补水利工程超标准洪水防灾减灾设计理论的空白。使人畜有逃生机会，泄洪滩地水毁机理应用到堤防分洪中具有颠覆性，改变现有设计理念，解决了用有限的洪水标准无法解决无限超标准洪水堤防漫堤溃决的世界性难题，本发明还有如下具体效果与优点。

1.本发明对于无分洪的堤防，可以实现构建可控分泄超标准洪水的分洪体系，确保堤防不决口，避免产生溃坝涌浪造成灭顶之灾，让人畜有逃生机会，减少工程水毁的财产损失。实现“确保抗洪抢险部队的安全”与堤坝安全。产生巨大社会效益、节约工程投资、减少水毁造成的巨额经济损失。

2.本发明与现有堤防与分洪设计理论比较，现在设计理论是按规范规定的洪水标准设计堤坝，超标准洪水漫堤溃决是必然，分洪必须有合适的湖泊低洼地，还要受到分洪闸、围堤巨大经济投入与工程永久占地的限制，而且超出滞洪区容量围堤又必溃。本发明在现有堤防设计理论、规范基础上，利用泄洪滩地水毁机理增加向农田分散分泄超标准洪水的堤防超标准洪水防灾减灾设计理论，突破现有向滞洪区集中分洪的限制。还实现不永久占地，利用洪水改良土壤的特点，实现化洪为涝、化洪为利。

3.本发明与现有涵管结构分洪比较，与涵管整体比较现有涵管必须永久占地、集中分洪而且造价高昂，遇到超标准洪水超泄能力低却无法临时增建，本发明可以向农田分散分洪、不用就占地，在汛期采用Pe、Pvc结构可临建，凭增加分洪管带可以抵御任何级别超标准洪水，实现分洪保堤坝。与现有涵管布置比较，现有涵管只能深埋，受渗流冻害影响，本发明分洪管身布置在堤坝顶部，分洪管身的长度短，增加的是价格低廉的人工合成材料的输水带，不单造价低而且施工容易，增加分洪管身与人工合成材料的输水带数量，小管径、短管的分洪管身工程量增加不明显，为设置多个分洪管身与人工合成材料的输水带提供条件，也为采用HDPE拍门提供条件，分洪管埋入堤坝内不影响交通，对有交通要求的堤坝极大降低造价。与现有涵管闸门比较，涵管闸门必须有闸室、闸门启闭机，本发明安装在分洪管进口端的HDPE拍门控制分洪，由于拍门水深小，出现故障容易处理，可以不设检修闸门与检修桥，由于启闭力小人力可以拉起、关闭拍门，无需启闭机也就不用建工作桥，极大降低工程造价，使用管理方便，采用没有回收价值的轻质HDPE拍门造价低又防盗、抢险时运输、临时组建方便。与现有涵管管身比较，固体骨架人工合成材料的输水带代替铪管把水输送到下游，形成有压流增加单位面积的过流能力，降低坝顶管身工程量，固体骨架人工合成材料的输水带取材广泛、运输组建方便、造价低廉。与现有涵管消能防冲比较，人工合成材料的输水带，把水输送到远离堤坝安全地带，保证人工合成材料的输水带的无消能设施出口的冲坑不危机堤坝安全，人工合成材料的输水带取材广泛、运输组建方便、造价低廉。动态浮体出口消能，柔性人工合成材料的输水带动态浮体出口的浮体随水位上涨而上移或调整出口方向形成面流、中部淹没流、底流冲坑消能防冲，形成一种新型的无挑坎挑流的冲坑消能的动态浮体消能防冲形式，它适用于任何下游水位、地质条件、水头差条件的消能防冲。出口向下倾斜通过冲坑淹没底流消能防冲适用于两岸抗冲能力低的地质条件，出口远离基床但淹没的中部淹没底流消能防冲适用于下游水深大、地基抗冲能力低，这种无铪结构消力池、砌石防冲的底流式消能防冲结构突破现有底流消能需要高昂造价的铪结构消力池、砌石防冲的结构形式；出口向上挑自由出流形成面流消能防冲，适用于两岸抗冲能力高的地质条件或下游水位高的条件，这种无铪结构挑坎、无铪结构护坦、无砌石消能防冲的面流消能突破现有面流、消力戽消能需要较高下游水位的条件限制与结构形式；这种无铪结构挑坎形成安全冲坑的消能防冲，突破挑流冲坑消能需要一定的水头差限制条件及铪结构的挑坎的消能形式；柔性人工合成材料的输水带动态浮体出口安全冲坑消能防冲，具备挑流安全冲坑的设计原理但无需把水流挑射到空中，具备面流、底流、消力戽消能的水力特点但无需其铪结构与砌石结构，突破现有面流、底流、消力戽、挑流消能形式与结构，兼具面流、底流、消力戽、挑流消能的优点。人工合成材料的输水带及动态浮体出口取材广泛、运输组建方便、造价低廉，对抗洪抢险极其有利。分洪期过后取下人工合成材料的输水带恢复耕地，不永久占用耕地。拦污栅保证人工合成材料的输水带过水安全。通过笼式拦污栅、HDPE拍门、分洪管身、固体骨架人工合成材料的输水带、人工合成材料的输水带以及动态浮体出口相互依赖构成消能防冲的新型结构布置，形成可拆装的新型分洪建筑物。这样本发明就实现采用轻型材质运输方便、拆建快捷、无固定闸门、启闭机、非分洪期无人值守维护、无冻害、无隐患、不永久占有耕地、可分散可组合、可控向农田低洼地泡塘分洪、造价低的目标。取材广泛、价廉、运输方便、建造快捷、使用管理方便、造价低的特点，恰恰适用于抗洪抢险，也恰恰适用于不经常启用的堤坝非常分洪。

4.本发明与现有堤防分洪闸比较，堤防分洪闸需要集中分洪、需要有低洼地滞洪区、需要有滞洪区围堤、需要专人日常维护管理，而且造价造价高、启用频率小，本发明向农田分散分洪无需滞洪区、无需围堤、无需专人日常维护管理、造价低。

5.本发明与现有非常溢洪道比较，实现不具备建非常溢洪道（分洪闸）、没有非常溢洪道（分洪闸）或者副坝分洪的堤坝也可以可控分洪保堤坝的目标；本发明既可以代替不经常启用的非常溢洪道（分洪闸）还可以作为汛期分洪保堤坝的抢险措施；本发明的材料组合、结构布置形式、拆装与组合性的创新突破了现有土质坝上的分洪形式。

6.本发明与现有抗洪抢险比较，抢险可以现场快速组装，通过增加管带数量也解决分洪管身与人工合成材料的输水带有压流超泄能力低的缺点。既可以作为水库非常溢洪道也可以作为水库超标准洪水抗洪抢险还可以避免启动副坝非常溢洪道可控分洪，既实现江河堤坝向农田临时分洪不永久占用耕地也实现任何地点可控分洪还实现分散分洪目标，既避免集中分洪带来灭顶之灾也避免全线抗洪。本发明通过材料组合、新型结构布置、新型消能防冲，形成可拆装、可组合的新型分洪建筑物也可用于抗洪抢险分洪保堤坝。

7.本发明与现有分洪建筑物比较，启用后受紫外线照射易老化的缺点，但是超标准洪水启动概率小可以弥补这个缺点；存在单管分洪量少的缺点，但是造价低可以用增加分洪管数弥补。

本发明输水带的适用流速小于17m/s,高速水流应专门论证空化空蚀。

附图说明:

图1堤坝超标准洪水分洪管带纵断示意图；

图2堤坝超标准洪水分洪管带平面示意图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明的最佳实施方式作详细说明，（参见图1、2）。

实施例1：堤坝超标准洪水分洪管带，笼式拦污栅4放置在进口铪U型槽3内，防止漂浮物破坏土工合成材料及堵塞分洪管，HDPE拍门5放置在笼式拦污栅4内，控制分洪作用，HDPE拍门5固定在分洪管身6上游进口端，分洪管身6水平埋设在堤坝1上部，形成有压流，增加单位过水断面的分洪流量，且分洪管身6上游出口端位于进口铪U型槽3与笼式拦污栅4内，进口铪U型槽控制水流、挡土、防冲、有利于安装拦污栅与拍门，分洪管身6下游出口端放置在出口铪U型槽7内，分洪管身6下游出口端与固体骨架人工合成材料的输水带8-1入口相连（所述固体骨架为钢筋铁丝网等固体作成内径与分洪管身6内径相同的骨架，所述人工合成材料为帆布衬胶、不透水布、厚塑料薄膜或复合土工膜），固体骨架人工合成材料的输水带8-2放置在堤坝1下游坡上，代替铪结构输水、降低管材造价并形成管流，固体骨架固体骨架人工合成材料的输水带8下游端与人工合成材料的输水带9相连，人工合成材料的输水带9平放在地上，人工合成材料的输水带9出口布置动态浮体10上，浮体出口减少冲刷，输水带把水送到远离堤坝安全地方防止冲坑上延危及堤坝，形成新型消能设施。

堤坝超标准洪水分洪管带的防灾减灾设计理论，解决用规范规定的有限洪水标准不能解决无限的超标准洪水的世界性难题，它是在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，按照泄洪滩地水毁机理设计分洪管身6，避免出现灾难性溃堤坝涌浪。把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向滩地、农田可控分散分洪。超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水。泄洪滩地水毁机理是：承担渠首部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，以上演变可以是一次洪水也可以多次。把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首泄洪滩地相关因素图，把渠首泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，但下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首、水库、堤防、桥梁等建筑物，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的。如果春汛发生在二、三区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在二、三区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”。

分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8内腔直径采用下述公式计算：

d=(4*Q/(π*μ_c*n*(2*g*H₀)^1/2))^1/2式一

μ_c=1/(1+λ*l/d+∑ζ)^1/2式二

H₀=H+0.5*α*v₀ ²/g式三

式中：d——为分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8内腔直径，m；Q——为分洪点的分洪管流量，m³/s；π——为圆周率；μ_c——为分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8流量系数；n——为分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8数量；g——重力加速度，m²/s；H₀、H——分别为不包括行近流速水头和包括行近流速水头的作用水头；λ——为分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8沿程阻力系数；l——为分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8计算段长度，m；∑ζ——为分洪管身6或固体骨架人工合成材料的输水带8计算段中总损失系数之和；α——为动能修正系数；v₀——为行近流速，m/s。

人工合成材料的输水带长度采用如下公式计算；

L=A+mt式四

T=(0.66*q*(2*α₀-z/h)^1/2)/((r_s/r-1)*g*d)^1/2*(h/d)-h_t式五

式中：L——为堤坝后人工合成材料的输水带9长度，m；A——为安全加长，m；m——为允许冲刷坑后坡边坡系数；q——为人工合成材料的输水带9出口单宽流量，m³/s.m；α₀——为消力坎末端的流速分布的动能修正系数；z——为速分布最大流速的位置高度，m；h——为人工合成材料的输水带9出口水深，m；h_t——为分洪处下游水深，m；r_s,r——分别是床沙和水的容重，KN/cm³；d——为d₅₀的床沙粒径；cm。

汛期使用与管理：当洪水越过预定水位进入防汛时，先安装笼式拦污栅4（可采用钢筋铁丝网），HDPE拍门5，水位达到相应警戒水位时，安装固体骨架人工合成材料的输水带8（固体骨架为钢筋铁丝网、钢筋绳网或塑料铁丝网构成输水带管状支撑骨架，人工合成材料为帆布衬胶、不透水布、厚塑料薄膜或复合土工膜）、人工合成材料的输水带9及动态浮体出口10。当水位达到堤坝分洪预案水位或者堤坝下游出现险情需要上游分洪降低水位时，拉起HDPE拍门5绳索开启部分或全部拍门分洪，分洪时有人值守，遇到异常情况及时关门，水位降落，拍门开度也减少，或者关闭部分拍门，来流量达到安全时全部关闭拍门。汛期过后取下笼式拦污栅4、HDPE拍门5、固体骨架人工合成材料的输水带8、人工合成材料的输水带9，如向农田分洪出现冲坑，汛后采用吹填恢复耕地。进口铪U型槽3用塑料薄膜及沙袋土体封堵并做好护砌，防止意外过流破坏堤坝，如果分洪管身6采用Pe、Pvc或Pp化工管，分洪管身6的出口铪U型槽7也应封堵防止分洪管身6受紫外线照射老化。

实施例2：抗洪抢险临时分洪时,如果水深较小或者无HDPE拍门，采用铁丝网绑在分洪管身6进口端作为笼式拦污栅4，用沙袋+无纺布+铁丝挡土或者管身伸出上游坡代替进口铪U型槽3，分洪管身6伸出下游堤坡代替分洪管身6的出口铪U型槽7，如果需要停止分洪，在笼式拦污栅4前放彩条布压沙袋代替HDPE拍门5，其它同上。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.堤坝超标准洪水分洪管带，其特征在于：包括进口铪U型槽（3）、笼式拦污栅（4）、HDPE拍门（5）、分洪管身（6）、固体骨架人工合成材料的输水带（8）、人工合成材料的输水带（9）、动态浮体出口（10）；所述笼式拦污栅（4）放置在进口铪U型槽（3）内，所述HDPE拍门（5）放置在笼式拦污栅（4）内，HDPE拍门（5）固定在分洪管身（6）上游进口端，所述分洪管身（6）水平埋设在堤坝（1）上部，且分洪管身（6）进口端位于进口铪U型槽（3）与笼式拦污栅（4）内，分洪管身（6）下游出口端放置在出口铪U型槽内（7），分洪管身（6）下游出口端与固体骨架人工合成材料的输水带（8-1）入口相连，所述固体骨架人工合成材料的输水带（8-2）放置在堤坝（1）下游坡上，人工合成材料的输水带（9）平放在地上，人工合成材料的输水带（9）出口布置动态浮体（10）上；所述固体骨架人工合成材料的输水带（8）与人工合成材料的输水带（9）构成新型输水结构，所述人工合成材料的输水带（9）与出口动态浮体（10）构成新型消能防冲设设施。

2.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪管带，其特征在于：所述的堤坝超标准洪水分洪管带防灾减灾设计理论是，在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，按照泄洪滩地水毁机理设计分洪管身（6），避免出现灾难性溃堤坝涌浪与严重冲刷，把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向滩地、农田可控分散分洪，所述的超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水，所述的泄洪滩地水毁机理是：承担渠首部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，以上演变可以是一次洪水也可以多次，把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首泄洪滩地相关因素图，把渠首泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，但下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首、水库、堤防、桥梁等建筑物，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的，如果春汛发生在二、三区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在二、三区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”，堤坝超标准洪水分洪管带防灾减灾设计理论构成新型水利工程设计理论。

3.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪管带，其特征在于：所述分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）内腔直径采用下述公式计算：

d=(4*Q/(π*μ_c*n*(2*g*H₀)^1/2))^1/2式一

μ_c=1/(1+λ*l/d+∑ζ)^1/2式二

H₀=H+0.5*α*v₀ ²/g式三

式中：d——为分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）内腔直径，m；Q——为分洪点的分洪管流量，m³/s；π——为圆周率；μ_c——为分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）流量系数；n——为分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）数量；g——重力加速度，m²/s；H₀、H——分别为不包括行近流速水头和包括行近流速水头的作用水头；λ——为分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）沿程阻力系数；l——为分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）计算段长度，m；∑ζ——为分洪管身（6）或固体骨架人工合成材料的输水带（8）计算段中总损失系数之和；α——为动能修正系数；v₀——为行近流速，m/s。

4.根据权利要求1所述的堤坝超标准洪水分洪管带，其特征在于：人工合成材料的输水带（9）长度L采用如下公式计算：

L=A+mt式四

T=(0.66*q*(2*α₀-z/h)^1/2)/((r_s/r-1)*g*d)^1/2*(h/d)-h_t式五

式中：L——为堤坝后人工合成材料的输水带（9）长度，m；A——为安全加长，m；m——为允许冲刷坑后坡边坡系数；q——为人工合成材料的输水带（9）出口单宽流量，m³/s.m；α₀——为消力坎末端的流速分布的动能修正系数；z——为速分布最大流速的位置高度，m；h——为人工合成材料的输水带（9）出口水深，m；h_t——为分洪处下游水深，m；r_s,r——分别是床沙和水的容重，KN/cm³；d——为d₅₀的床沙粒径；cm。