CN110443741A - 一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，该方法包含：(1)根据物源变形情况判断物源活动模式和物源类别；(2)根据不同物源的物源动储量在总动储量中所占比例，确定泥石流灾害的演化阶段；(3)确定保护对象重要性等级，结合泥石流的演化阶段，确定泥石流灾害风险控制周期和治理目标；(4)根据泥石流灾害特征和治理目标，确定泥石流治理方法；(5)根据泥石流治理方法确定临时工程防灾功能FL和永久工程防灾功能Fγ的分配，并选择永久工程和临时工程类型。本发明的方法综合考虑灾害演化阶段和风险防控等级，采用永久和临时工程优化配置的多期次实施方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥石流治理方法，具体涉及一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法。
背景技术
受全球气候变化影响，我国西南山区极端暴雨天气频现，构造活动强烈区域的泥石流灾害规模和频率均不断增加，传统的泥石流防治技术方法应对新形势下的特大泥石流灾害存在诸多不足。现行的泥石流防治技术规范中，在一定设防标准下，采取拦挡、排导或防护工程进行一次性治理，未考虑泥石流灾害演化规律，处于极度活跃期的泥石流沟所爆发的泥石流灾害可能远超设防标准，诸多防治工程在短时间内即失去防灾效益或者损毁。如北川县杨家沟、绵竹市文家沟和走马岭沟、汶川县的高家沟和棋盘沟等，工程治理投入千万以上，均在竣工后1～2年即出现损毁或失去防灾效益的问题，不仅经济损失严重，且严重危害当地居民生命财产安全。
随着气候的变化和人类工程活动在山区的进一步加剧，特大规模的泥石流灾害治理需求越来越强烈。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，解决了现有方法未考虑泥石流灾害演化规律导致防灾效益差的问题，综合考虑灾害演化阶段和风险防控等级，采取永久工程和临时工程优化配置的多期次实施的泥石流灾害治理方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，该方法包含：
(1)根据物源变形情况判断物源活动模式和物源类别：若松散堆积体坡度大于35°，则为整体崩滑模式，物源为整体崩滑类物源；若松散堆积体坡度为27～35°，则为局部溜滑模式，物源为局部溜滑类物源；若松散堆积体坡度18～27°，则为侵蚀拉槽模式，物源为侵蚀拉槽类物源；若松散堆积体坡度小于18°，则为坡面侵蚀模式，物源为坡面侵蚀类物源；
(2)根据不同物源的物源动储量在总动储量中所占比例，确定泥石流灾害的演化阶段：若整体崩滑和局部溜滑类物源总量占比60％以上且小于70％，则为极度活跃期；若整体崩滑和局部溜滑类物源总量占比40％以上且小于50％，则为活跃期；若侵蚀拉槽类物源总量占比70％以上，则为平稳期；若坡面侵蚀类物源总量占比50％以上且小于60％，则为衰退期；
(3)确定保护对象重要性等级，结合泥石流的演化阶段，确定泥石流灾害风险控制周期和治理目标：
当泥石流的演化阶段为极度活跃期时，若保护对象重要性等级为一级或二级，则风险控制周期为1年，治理工程采取以临时工程为主，针对保护对象布置防护工程和导流工程，辅以调峰控流工程；若保护对象重要性等级为三级或四级，则风险控制周期为2～3年，治理工程以临时工程与永久工程并重，分期次实施永久治理工程；
当泥石流的演化阶段为活跃期时，若保护对象重要性等级为一级或二级，则风险控制周期为2～3年，治理工程以临时工程与永久工程并重，分期次实施永久治理工程；若保护对象重要性等级为三级或四级，则风险控制周期为3～5年，治理工程采取永久工程为主，辅以作为安全储备的临时工程；
当泥石流的演化阶段为平稳期时，则风险控制周期为5～10年，进行永久工程治理，并采取分期治理；
当泥石流的演化阶段为衰退期时，则进行一次性治理，开展永久工程治理；
(4)根据泥石流灾害运动特征(流量、流速、一次冲出总量及冲击力等)和治理目标，确定泥石流治理方法：当具有拦挡条件，且主河输移能力少，堵河风险高时，采取拦挡为主；当主河具有一定排导能力，但在大规模灾害下可能出现堵河风险时，采取拦排结合；当主河输移能力较强，泥石流灾害无堵河风险时，采取排导为主；
(5)根据泥石流治理方法确定临时工程防灾功能FL和永久工程防灾功能Fγ的分配，并选择永久工程和临时工程类型：
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为1年，或泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为2～3年，或泥石流治理方法采用排导为主且风险防控周期为3～5年，则
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为2～3年，或泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为3～5年，或泥石流治理方法采用排导为主且风险防控周期为5年以上，则
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为3～5年，或泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为5年以上，则
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为5年以上，则
若泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为1年，则
若泥石流治理方法采用排导为主且风险防控周期为1年，则
优选地，在步骤(3)中，所述保护对象重要性等级依据《泥石流灾害防治工程设计规范》确定。
优选地，所述《泥石流灾害防治工程设计规范》为《泥石流灾害防治工程设计规范》DZ/T0239-2004。
优选地，所述临时工程包含：排导工程中的无衬砌排导槽、固源工程中的钢筋石笼挡墙、防护工程中的土石防护堤和柔性网、稳沟工程中的钢筋石笼。
优选地，所述永久工程包含：拦挡工程中的拦砂坝、排导工程中的排导槽、固源工程中的挡土墙、抗滑桩和微型桩、防护工程中的单侧导流堤、稳沟工程中的谷坊坝群和潜坝、其他工程中的引水工程、泥沙分离工程、停淤场。
优选地，所述临时工程在一定风险防控周期内不开展分期实施。
优选地，所述永久工程根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》、《泥石流灾害防治工程设计规范》和泥石流防治技术指南，结合治理目标，确定永久工程分期次实施方法。
优选地，所述永久工程分期次实施方法为：
在实施拦挡工程时，拦砂坝按照规范开展，分期次施工，在分期次期间基础一次性成型，坝体预留出加高空间和连接断面；
在实施排导工程工程时，排导槽采取复式横断面，通过断面宽度和高度调节防治功能，且底部断面根据设防标准进行设计，上部则根据防御超大规模灾害进行安全储备设计，通过多级断面来分期次施工(当断面面积增大，排导槽增高变强)；
在实施固源工程时，针对具有施工条件和治理可能性的溜滑和侵蚀拉槽物源，及受沟道径流侵蚀严重的物源，一次性实施固源工程；
在实施防护工程时，根据设计标准下的泥石流峰值流量设计防护堤高度，进入平稳期后一次性实施；
在实施稳沟工程时，根据沟道冲淤特征设计，主要布设于沟道强烈冲刷段，进入活跃期后分期次实施谷坊群或潜坝群；
在实施其他工程时，引水工程、泥沙分离工程或停淤场一次性实施。
本发明的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，解决了现有方法未考虑泥石流灾害演化规律导致防灾效益差的问题，具有以下优点：
(1)本发明的治理方法，充分考虑灾害演化阶段，在满足风险控制周期内的防灾需求时，减少一次性的永久治理工程资金投入，并根据灾害演化规律，动态调整治理思路和工程布设情况，采用临时工程和永久工程优化配置的思路，分期投入防灾资金，可极大减轻泥石流防治工程的后期维护管理工作，同时可最大限度发挥投入资金的防灾效益，避免出现泥石流灾害在极度活跃期的灾害规模超出设防标准下的工程防灾作用的现象；
(2)本发明的治理方法，基于泥石流灾害演化阶段和保护对象重要性所确定的风险防控周期，分期次的实施泥石流治理工程：在判定灾害演化阶段后，将设防标准年限划分为多个风险管控周期，结合保护对象确定各期次的防治目标，合理配置每个治理周期的永久工程与临时工程措施，并明确单个永久工程措施的分期次实施方法，形成综合防治工程体系；
(3)本发明的治理方法，在永久工程的建设中，根据不同目标和功能，在有利的工程位置分期次建设工程结构，可有效调控不同阶段的泥石流灾害规模，从而延长治理工程防灾效益的实效性和寿命，降低工程后期维护难度，减少治理工程静态投资。此外，根据泥石流灾害演化的动态勘查设计将大大提高治理工程的合理性和可靠性。
附图说明
图1为本发明基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法的流程图。
图2为本发明松散物源活动模式的划分图。
具体实施方式
下面将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。
一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，如图1所示，为本发明方法的流程图，包含：
(1)勘查泥石流沟孕灾条件
根据泥石流灾害勘查规范及地质灾害调查规范，确定所需分析的泥石流沟(保护对象)的地质背景条件，查明泥石流形成的构造、地形及降雨三大条件和沟道工程地质条件，明确固体物源转换成泥石流的过程，并以现有方法计算出泥石流的运动特征参数(根据前述规范)，如流量、流速、一次性冲出量等，为治理工程的功能设计和安全设计提供计算依据。
同时，查明保护对象情况的致灾过程，根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》确定治理工程设防标准。
(2)分析泥石流沟的物源活动特征
现场勘查固体物源赋存状态，根据物源变形情况判断物源活动模式，如图2所示，为松散物源活动模式的划分图，划分为：整体溜滑、局部溜滑、侵蚀拉槽、坡面侵蚀四种活动类型，将物源分为：BH类物源、LH类物源、QL类物源、PQ类物源，查明各物源堆积体的特征参数：面积、体积、坡度、固体物质颗粒级配等，根据现有方法计算各物源的动储量(根据前述规范)。
具体地，参照图2，四种活动类型划分的依据为：
(A)整体崩滑(BH)：松散堆积体坡度大于35°；
(B)局部溜滑(LH)：松散堆积体坡度27～35°；
(C)侵蚀拉槽(QL)：松散堆积体坡度18～27°；
(D)坡面侵蚀(PQ)：松散堆积体坡度小于18°。
(3)判定泥石流灾害演化阶段
分别计算四种物源活动模式的物源动储量在总动储量中所占比例，根据该比例将泥石流灾害划分为四个演化阶段：极度活跃期、活跃期、平稳期、衰退期，如表1所示。
表1泥石流演化阶段划分标准
(4)根据保护对象制定风险防控周期和防治目标
依据现行的《泥石流灾害防治工程设计规范》，确定保护对象重要性等级，结合泥石流演化阶段，根据表2确定泥石流灾害风险控制周期，并根据表3确定不同风险防控周期的泥石流治理目标。
表2泥石流灾害风险防控周期确定
*注：表中保护对象重要性等级参考《泥石流灾害防治工程设计规范》DZ/T0239-2004中的相关条文确定。
表3风险防控周期内的灾害治理目标
(5)确定临时工程和永久工程组合配置
根据泥石流灾害特征和治理目标，确定泥石流治理方法：当具有拦挡条件，且主河输移能力较弱时，采取拦挡为主；当主河具有一定排导能力时，采取拦排结合；当主河输移能力较强时，采取排导为主。如表4所示，确定临时工程防灾功能(FL)和永久工程防灾功能(Fγ)的分配，并依据表5所示的工程类型，选用适用的永久工程和临时工程类型。
表4临时工程与永久工程的防治效用组合配置原则
表5临时工程与永久工程类型
同时，在特大规模泥石流治理时，应遵循自然演化的规律，以排导、控流、固源为核心，尽量减少拦挡工程。
(6)各项工程的设计标准及分期次实施方法
临时工程在一定风险防控周期内不开展分期实施，在遭遇泥石流灾害过流后，需开展维护和清理。
对于永久工程，根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》、《泥石流灾害防治工程设计规范》和泥石流防治技术指南(均为国家颁布的行业规范)，结合治理目标，确定各类型工程措施的分期次实施方法，具体如下：
(A)拦挡工程：分期次实施，通过控制坝高调节工程防治功能。
拦砂坝按照前述规范开展，分期次施工，期间基础一次性成型，坝体预留出加高空间和连接断面。
(B)排导工程：采取复式断面，通过断面宽度和高度调节防治功能。
底部断面根据设防标准进行设计，上部则根据防御超大规模灾害进行安全储备设计，通过多级断面来分期次施工。
(C)固源工程：根据松散物源活跃度开展治理，主要针对具有施工条件的溜滑和侵蚀拉槽物源。针对沟道径流影响严重的物源布置，一次性实施。
(D)防护工程：根据流量验算设计防护堤高度，进入平稳期后一次性实施。
(E)稳沟工程：根据沟道变动情况设计，进入活跃期后可分期次实施谷坊群或潜坝群。
单体工程一次性实施，多个工程分期次在关键节点位置布置。
(F)其他工程：一次性实施。
为了对本发明的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法进行具体说明，以下通过实施例1进行详细阐述。
实施例1
雍家沟位于德阳市绵竹市清平乡，为绵远河右岸支流，属于“5.12”地震极重灾区。2008年以来，雍家沟多次爆发泥石流灾害，其中2011年、2012年以及2013年均爆发大规模泥石流灾害，严重威胁沟口下游棋盘村居民及清平河河道安全，以下根据基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法进行治理：
(1)确定雍家沟泥石流发育背景及特征参数
根据勘查测绘及特征值计算(根据前述规范)，雍家沟泥石流P＝5％暴雨频率下泥石流峰值流量245m3/s，一次冲出固体物质18.32×104m3。
(2)分析泥石流沟物源活动特征
根据勘查结果，如表6所示，将泥石流沟内物源依据活动形式，划分为四大类型。
表6雍家沟泥石流演化阶段评价
(3)评价泥石流灾害演化阶段
2008～2014年期间，整体崩滑(BH)和局部溜滑类(LH)物源总量合计占比大于70％，泥石流演化阶段为极度活跃期；2015年至今，整体崩滑(BH)和局部溜滑类(LH)物源总量合计占比41.5％-48.8％，属于活跃期，如表7所示，为确定演化阶段。
表7雍家沟泥石流演化阶段判定
(4)根据保护对象制定风险防控周期并制定防治目标
雍家沟主要堵塞绵远河河道以及危害沟口下游侧的棋盘村，根据规范确定为四级重要保护对象，从而确定2008～2014年风险防控目标为2～3年，2015年后活跃期为3～5年。
根据泥石流灾害致灾特点，明确泥石流灾害治理目标为防止堵河和沟口漫处沟道沿道路运动。
(5)确定临时工程和永久工程组合配置
根据沟道条件，采取永久拦挡调峰工程和沟口沟道清淤临时工程组合的治理措施，具体为：
2008年～2014年前采取谷坊坝拦挡调峰，沟口每年开挖清理沟道和主河河道；
2015年后为沟道内布设3道拦挡工程和1道谷坊坝拦挡调峰，辅助沟口清淤工程。
(6)治理工程实施效果
2010年前沟道下游流通区设置的3道谷坊坝，在2010年8.13泥石流灾害中发挥了较大作用，沟口冲出量仅为约13万方，仅为相邻的相似的走马岭沟的1/10，2010年后，1#拦砂坝淤积满库，2#、3#谷坊坝冲毁，因此造成2011年、2012年、2013年三次特大规模泥石流，均造成不同程度堵河。2016年雍家沟二期工程完工后，2018年强降雨作用下，大量泥石流固体物质拦挡在沟道内，沟口均未遭遇大规模泥石流灾害，防治效益明显，目前1#拦砂坝库容空间剩余约1/3，2#拦砂坝库容剩余1/2，3#拦砂坝库容剩余4/5，未来2～3年还将继续发挥防灾效益。此外在经济投入上，雍家沟目前投入治理经费仅为走马岭沟的1/7。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，该方法包含：
(1)根据物源变形情况判断物源活动模式和物源类别：若松散堆积体坡度大于35°，则为整体崩滑模式，物源为整体崩滑类物源；若松散堆积体坡度为27～35°，则为局部溜滑模式，物源为局部溜滑类物源；若松散堆积体坡度18～27°，则为侵蚀拉槽模式，物源为侵蚀拉槽类物源；若松散堆积体坡度小于18°，则为坡面侵蚀模式，物源为坡面侵蚀类物源；
(2)根据不同物源的物源动储量在总动储量中所占比例，确定泥石流灾害的演化阶段：若整体崩滑和局部溜滑类物源总量占比60％以上且小于70％，则为极度活跃期；若整体崩滑和局部溜滑类物源总量占比40％以上且小于50％，则为活跃期；若侵蚀拉槽类物源总量占比70％以上，则为平稳期；若坡面侵蚀类物源总量占比50％以上且小于60％，则为衰退期；
(3)确定保护对象重要性等级，结合泥石流的演化阶段，确定泥石流灾害风险控制周期和治理目标：
当泥石流的演化阶段为极度活跃期时，若保护对象重要性等级为一级或二级，则风险控制周期为1年，治理工程采取以临时工程为主，针对保护对象布置防护工程和导流工程，辅以调峰控流工程；若保护对象重要性等级为三级或四级，则风险控制周期为2～3年，治理工程以临时工程与永久工程并重，分期次实施永久治理工程；
当泥石流的演化阶段为活跃期时，若保护对象重要性等级为一级或二级，则风险控制周期为2～3年，治理工程以临时工程与永久工程并重，分期次实施永久治理工程；若保护对象重要性等级为三级或四级，则风险控制周期为3～5年，治理工程采取永久工程为主，辅以作为安全储备的临时工程；
当泥石流的演化阶段为平稳期时，则风险控制周期为5～10年，进行永久工程治理，并采取分期治理；
当泥石流的演化阶段为衰退期时，则进行一次性治理，开展永久工程治理；
(4)根据泥石流灾害特征和治理目标，确定泥石流治理方法为拦挡为主、拦排结合或排导为主；
(5)根据泥石流治理方法确定临时工程防灾功能FL和永久工程防灾功能Fγ的分配，并选择永久工程和临时工程类型：
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为1年，或泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为2～3年，或泥石流治理方法采用排导为主且风险防控周期为3～5年，则
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为2～3年，或泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为3～5年，或泥石流治理方法采用排导为主且风险防控周期为5年以上，则
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为3～5年，或泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为5年以上，则
若泥石流治理方法采用拦挡为主且风险防控周期为5年以上，则
若泥石流治理方法采用拦排结合且风险防控周期为1年，则
若泥石流治理方法采用排导为主且风险防控周期为1年，则
2.根据权利要求1所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述保护对象重要性等级依据《泥石流灾害防治工程设计规范》确定。
3.根据权利要求2所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，所述《泥石流灾害防治工程设计规范》为《泥石流灾害防治工程设计规范》DZ/T0239-2004。
4.根据权利要求1所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，所述临时工程包含：排导工程中的无衬砌排导槽、固源工程中的钢筋石笼挡墙、防护工程中的土石防护堤和柔性网、稳沟工程中的钢筋石笼。
5.根据权利要求1所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，所述永久工程包含：拦挡工程中的拦砂坝、排导工程中的排导槽、固源工程中的挡土墙、抗滑桩和微型桩、防护工程中的单侧导流堤、稳沟工程中的谷坊坝群和潜坝、其他工程中的引水工程、泥沙分离工程、停淤场。
6.根据权利要求1所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，所述临时工程在一定风险防控周期内不开展分期实施。
7.根据权利要求1所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，所述永久工程根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》、《泥石流灾害防治工程设计规范》和泥石流防治技术指南，结合治理目标，确定永久工程分期次实施方法。
8.根据权利要求7所述的基于风险控制的特大泥石流灾害多期治理方法，其特征在于，所述永久工程分期次实施方法为：
在实施拦挡工程时，拦砂坝按照所述规范开展，分期次施工，在分期次期间基础一次性成型，坝体预留出加高空间和连接断面；
在实施排导工程工程时，排导槽采取复式横断面，通过断面宽度和高度调节防治功能，且底部断面根据泥石流流量特征值进行设计，上部则根据防御超大规模灾害进行安全储备设计，通过多级断面来分期次施工；
在实施固源工程时，针对具有施工条件的溜滑和侵蚀拉槽物源，及沟道径流影响的物源，一次性实施固源工程；
在实施防护工程时，根据设计标准下的泥石流峰值流量设计防护堤高度，进入平稳期后一次性实施；
在实施稳沟工程时，根据沟道冲淤特征设计，布设于沟道强烈冲刷段，进入活跃期后分期次实施谷坊群或潜坝群；
在实施其他工程时，引水工程、泥沙分离工程或停淤场一次性实施。
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