CN110889151A - 一种自溃堤坝分洪道的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种自溃堤坝分洪道的设计方法，属于非常溢洪道工程及分洪闸的水利工程及堤坝应对水攻的国防领域。本发明包括：自溃堤坝（1­­）、分洪道（2）、自溃堤坝防灾减灾设计理论、超标准洪水堤坝防灾减灾理论。自溃堤坝（1­­）包括自溃土工板防渗墙自溃堤坝类、自溃土工膜布防渗幕自溃堤坝类、自溃土工板膜布防渗幕体子堤坝引冲自溃堤坝类、漫流淘基引冲自溃堤坝类、分区粘土防渗体自溃堤坝类、髙堰过水慢自溃堤防类、自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类、漫流与汇流引冲自溃堤坝类。分洪道（2）包括钢筋混凝土分洪道、钢筋混凝土分洪闸道、土工合成材料分洪道。本发明结构简单价廉、管理方便，适用于任何水头堤坝自动分洪。

Description

一种自溃堤坝分洪道的设计方法

技术领域

本发明属于堤坝非常分洪水利工程技术领域，也属于应对水攻的国防技术领域，具体涉及自溃堤坝及分洪道的设计方法。

背景技术

无分洪设施的堤防溃决民众来不及逃生的难题：当局对台风暴雨预警是经常性的，但是，超标准洪水不确定性及溃堤的地点的不确定性，当地的民众遇到堤防溃决是罕见性的，这就导致民众对当局的洪水预警不重视，这是防汛管理面临的难题；而不具备建分洪区中小河流往哪分洪也是难题；国家间界河、跨境河流堤防如何分洪是难题。战争水攻溃坝，导致下游区域被淹、道路桥梁被毁、堤防溃决；炸坝后分洪闸没来得及分洪就可能被毁，由于冲淤还可能造成改道，目前没有应对水攻溃坝的方法。此外，大量淤地坝、小塘坝、渠系建筑物水毁是低洪水标准堤坝设计面临的经济与技术难题，防止水库单一泄洪建筑物意外事故危及大坝安全是水利工程管理面临的难题。

如果采用叶兴等人的自溃堤坝分洪道为解决系列低水头难题提供一种经济技术可行的方案，由于没有自溃堤坝设计理论，成为推广应用的障碍。自溃堤坝在我国古而有之，古代都江堰就采用飞沙堰，像日本堤防漫水20厘米就溃决的案例比比皆是，这说明自溃堤坝具有可行性，但是堤坝漫而不决也比比皆是，也有自溃堤坝没及时溃决导致主坝漫顶的案例，自五十年代开始国内外斥巨资进行实验研究并没有形成共识的自溃堤坝设计理论，它成为六十年悬而未决的世界性理论难题。在近代美国人把自溃坝引入水库设计中，1959年E.RoyTinney在《自溃堰的冲刷性能》文中，介绍原型与模型试验研究，开启自溃坝系统性研究，因为自溃坝超标准洪水启用概率小、造价低、自动开启、管理方便的优点，立即引起世界各国斥巨资进行跟进研究。1978年土耳其的F·塞图尔克在《一种新型的溢洪道》中指出“硬化路面抗冲使自溃坝难于溃决的问题，采用引冲槽解决”。张克健在《浙江水库泄洪建筑物概况及有关水力学问题》中指出“中国河南75.8大水以后，水电部规划设计院组织河南、辽宁、浙江、安徽等省有关设计科研单位进行自溃坝的试验研究，现场原型或大比例尺模型试验非但耗资甚大，且试验资料也仅能说明在该种坝型及该种试验条件下的坝体冲刷情况，无法为自溃坝设计提供一般可资应用的分析计算方法。”我国研究的重点也是引冲槽及引冲管，其缺点是试验费用高及引冲槽规模、间距的设计需要试验确定，面对不确定的洪水无法保证及时引溃，引冲槽维护管理也是难题。郭军在推荐瑞典人的专利《Hydroplus—一种新型的防洪挡水式自溃堰》中引用发明者“自溃坝长期的固结使之在洪水期难以被冲毁问题”，采用自动倾覆的混凝土防渗墙解决固结粘土的问题，因可以精准量化溃决条件，十几个国家采用，但是其消能防冲要求高、造价高昂且倾覆自溃会造成很大涌浪灾害。庞敏在《自溃式非常溢洪道设计》指出“土工膜自溃堤坝溃决快”，没有涉及土工膜能否护住下游坝体阻滞冲刷的问题。《中国江河防洪丛书-海河卷》海河采用自溃堤坝，因自溃堤防存在无法控制的缺点，以人工爆破为备选方案。目前还没有自溃堤防的设计理论，普遍通用的是人工爆破分洪方法，优点可以克服固结粘土、硬化路面不确定性，缺点汛期管理及炸药管理要求高、一旦爆破分洪失控。堤坝溃决很普遍，没有可行与共识的自溃堤坝设计理论，就没有成套技术，其的原因是，现在自溃坝设计理论是要量化达到规范规定的洪水标准，即自溃坝开始启动到水库水位上升到标准水位的时间与自溃坝溃决时间吻合，而各种坝自溃现象机理都很复杂目前无数学模型可解；目前通过试验手段，只有引冲槽自溃坝大比尺整体试验有相似性，引冲槽的三面固结粘土的超静定结构使问题复杂化，同时试验解决不了洪水的不确定性、无限性及固结粘土与硬化路面导致自溃的不确定性的问题，目前凡是经过试验设计的自溃坝必是罕见的稀遇洪水，几乎得不到实践的验证；受经济技术条件限制,规范只能允许大量低标准洪水的中小型坝、渠首工程、堤防、渠系建筑物、围堰超标准洪水水毁。

本发明的超标准洪水还包括超过管理标准及战争水攻造成的洪水，分洪道包括水库溢洪道、非常溢洪道、渠首工程分洪道及堤防分洪闸道，堤坝包括水库大坝及河湖堤防。

综上所述，建立自溃堤坝设计理论与成套技术是关系到国土安全迫切需要解决的理论与技术难题；是城镇化、机械化条件下水利工程设计、管理迫切需要解决的理论与技术难题；是国家间界河、跨径河流分洪迫切需要解决的理论与技术难题。

依据飞砂堰的“飞砂机理”，利用叶兴等人的堆石坝水毁数学模型与成因动态耦合演进的方法及1978年浙省水利水电科学研究所等《南山水库自溃坝试验阶段报告》资料，建立堤坝溃决机理，再利用叶兴等人的堤坝防灾减灾设计理论的方法，建立自溃堤坝防灾减灾设计理论与成套技术，为解决悬而未决的世界性难题提供一种方法。

发明内容

发明的目的:利用自溃堤坝水毁机理构建自溃堤坝防灾减灾设计理论，通过自溃堤坝防灾减灾设计理论发明适用于任何水头的成套自溃堤坝结构，通过堤坝防灾减灾设计理论构建适用于任何自溃水头的分洪道，把它纳入具有知识产权的规范提供理论基础与技术支撑，为解决超标准洪水堤坝溃决、战争水攻、跨境河流与界河分洪、中小型河流分洪难题，为解决淤地坝、小塘坝、渠系建筑物水毁难题，为解决水利工程管理难题、水库单一泄洪建筑物意外事故难题，为解决塑料垃圾利用的难题，提供一种新方法，实现减少堤坝水毁的经济损失确保国土安全的目标。本发明的一种自溃堤坝分洪道的设计方法适用于任何水头的水库、渠首工程、渠系建筑物、堤防、围堰自溃分洪。

为实现以上目的，本发明核心技术是自溃堤坝与分洪道两套结构及自溃堤坝防灾减灾设计理论，理论是结构的目标，结构支撑理论。

上述的目的通过以下的技术方案实现：一种自溃堤坝分洪道的设计方法，它包括，依据自溃堤坝防灾减灾设计理论设计自溃堤坝，依据超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计分洪道，自溃堤坝底部连接分洪道的溢流堰，分洪道两侧连接堤坝岸，超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计，它是按照泄洪滩田水毁机理及防灾减灾目标确定分洪道的结构形式与规模。

自溃堤坝防灾减灾设计理论，它是按照堤坝溃决机理与防灾减灾目标设计自溃堤坝的结构形式,量化设计自溃堤坝级差、自溃堤坝体分区；漫水堤坝溃决机理，它是漫水堤坝漫流流速超过土体抗冲流速堤坝就会发生冲刷破坏，漫水堤坝漫流冲刷破坏引起漫水堤坝几何形状改变，漫水堤坝几何形状改变引起漫水堤坝水流流态的改变，它进一步加剧冲刷破坏，漫水堤坝水流流态的改变必然经过各种固定临界冲刷破坏堰上水深，漫水堤坝几何形状改变引起土体渗流与应力改变，土体渗流与应力超过土体的允许渗透坡降、抗剪强度、抗拉强度就会引起各种漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，形成漫水堤坝冲刷破坏到堤坝溃决，再到堤坝溃口稳定的演变；临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深H_d，如果堤坝顶较宽是明渠流采用式（1）、式（2）联立求解H_d，如果堤坝顶是堰流采用式（2）、式（3）联立求解H_d，临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深H_u，采用（4）、（5）联立求解H_u，临界不冲刷破坏堰上水深H_n，采用（6）、（7）联立求解H_n，级差d_i采用公式（8），自溃堤坝体分区采用公式（9）、（10）、（11），如果堤坝比较矮采用非均匀流推求坡脚流速，

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式中：h_i、v_i、h_i+1、v_i+1—分别代表堤坝顶流段的上下游断面水深(m)、流速(m/s)，中初始h_i+1采用临界水深h_k；△l、i_l—分别代表堤坝顶流段长度（m）、堤坝顶顺水流方向纵坡；

—代表堤坝顶的平均水力坡度；V_d—代表堤坝下游水位处下游坡面起动流速；n、R、i—分别代表堤坝下游坡面糙率、水力半径（m）、纵坡；Q、ε、m、σ、B—分别代表堤坝顶流量（m³/s）、侧收缩系数、流量系数、淹没系数、漫流宽（m）；g—代表重力加速度（m/s²）；α—代表流速分布系数；v₀—代表行进流速（m/s）； V_u—代表堤坝顶分缝硬化路面、沙石坝体、堤坝粘土防渗墙起动流速（m/s）；V_n—代表堤坝粘土防渗墙或沙石坝体不冲流速（m/s）； d_i—第i级级差，m；H_d—临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深，m；A_i—水位上涨速率与堤坝溃决快慢及工程等级因素的各级自溃堤坝或自溃堤坝与堤坝的加高；H_e—代表引冲子堤坝高，m；H_u—代表临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深，m；A_s—代表子堤坝加高，m；β—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区上下游分界线的倾角，︒；φ—母非粘性易冲沙石土堤坝内摩擦角，︒；t—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区水平分界线以下的母砂石堤坝体冲坑深度，m；K—冲坑系数；q—临界堤坝溯源冲刷破坏单宽流量，m³/s.m；Z—上下游水位差，m；h_t—下游水深，m；h_g—代表带缺口路缘石的缺口深度，m；H_g—代表临界堤坝脚溯源冲刷破坏缺口堰上水深，m；A_g—代表缺口深度加高，m；

漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，以漫水粘土斜墙为典型，漫流堤坝下游坡开始发生冲刷破坏是明渠均匀流冲刷破坏，此时是漫水堤坝下游沙石土坡溯源冲刷破坏起始阶段；进而演变为直线滑坡破坏、跌流冲刷破坏、路面跌流冲刷破坏、粘土斜墙悬臂跌流、圆弧形滑坡破坏，坍塌破坏的漫水堤坝溃口起始阶段；进而演变为漫水堤坝粘土斜墙发生下切冲刷破坏、漫水堤坝粘土斜墙悬臂发生断裂或倾覆的应力破坏的漫水堤坝溃决阶段，最后形成漫水堤坝溃口稳定阶段。

自溃堤坝，它包括如下类型：自溃土工板防渗墙自溃堤坝类，以自溃土工板下游斜墙自溃堤坝为例，它依次包括自溃土工板下游斜墙、叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体、母砂石堤坝体、母非粘性易冲沙石土堤坝体区、分缝硬化路面；自溃土工膜布防渗幕自溃堤坝类，以自溃土工膜布防渗斜幕子母自溃堤坝为例，它依次包括子自溃土工膜布防渗下游斜幕、子非粘性易冲沙石土堤坝体、母自溃土工膜布防渗斜幕、母砂石堤坝体、母非粘性易冲沙石土堤坝体区、逆鳞土工膜布水平铺盖、分缝硬化路面；自溃土工板膜布防渗幕体子堤坝引冲自溃堤坝类，以自溃土工板膜布上游子堤坝引冲自溃堤坝为例，它依次包括子自溃土工板膜布防渗幕体、子非粘性易冲沙石土堤坝体、母粘土斜墙、母砂石堤坝体、母非粘性易冲沙石土堤坝体、土工膜布接触防渗幕、分缝硬化路面；漫流淘基引冲自溃堤坝类，它依次包括子粘土心墙、子非粘性易冲沙石土堤坝体、母粘土斜墙、母砂石堤坝体、母非粘性易冲沙石土堤坝体区、逆鳞土工膜布水平铺盖、非粘性易冲沙石土保护层、分缝硬化路面；分区粘土防渗体自溃堤坝类，以分区粘土斜墙自溃堤坝为例，它依次包括子粘土斜墙、子非粘性易冲沙石土堤坝体、母粘土斜墙、母沙石堤坝体、母非粘性易冲沙石土堤坝体区、分缝硬化路面、塑料薄膜、无纺布；髙堰过水慢自溃堤防类，以土工合成材料髙堰过水粘土均质慢自溃堤防为例，它依次包括子粘土均质堤坝、母粘土均质堤坝、土工合成材料护面梯形土质堰体、土工合成材料护面护坦、浮体绳网拦污网，子粘土均质堤坝高按分洪要求设计，与堤防防渗体相同的髙堰过水慢自溃堤防布置在面向滩田直接分洪的最大堤高处；自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类，以自溃土工板膜布防渗幕体引冲口粘土斜墙自溃堤坝为例，它依次包括引冲口自溃土工板膜布防渗幕体、引冲口子非粘性易冲沙石土堤坝体、粘土斜墙、母沙石土堤坝区、母非粘性易冲沙石土堤坝体区、土工膜布接触防渗幕、分缝硬化路面；漫流与汇流引冲自溃堤坝类，以防浪墙漫流路缘石汇流引冲自溃堤坝为例，它依次包括防浪墙、引冲口子非粘性易冲沙石土堤坝体、粘土防渗墙、引冲口母沙石堤坝体、母非粘性易冲沙石土堤坝体区、带缺口路缘石、喇叭形汇流引冲泄槽、分缝硬化路面、沙石土冲刷带、缝，粘土防渗体以上防浪墙高度大于引冲子堤坝高H_e，带缺口路缘石缺口深度h_g按（12）式计；。

分洪道，它包括上游防渗防冲段、溢流堰、消能防冲段、边墙堤；分洪道按材料分为钢筋混凝土分洪道、钢筋混凝土分洪闸道、土工板分洪道、土工织布分洪道、绳网无纺布分洪道、彩条布分洪道、塑料薄膜分洪道，钢筋混凝土分洪闸道是自溃堤坝代替部分闸门；分洪道按自溃堤坝高程分为单级自溃堤坝分洪道、多级自溃堤坝分洪道，多级自溃堤坝分洪道是具有两个以上高程差为级差d_i的自溃堤坝的分洪道,以3孔2级错层隔堤自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级土工合成材料隔堤、土工合成材料护坡依次分隔错层布置的1级自溃堤坝、2级自溃堤坝、堤坝岸。

本发明的有益效果：1.本发明的国防的价值，应对上游水库水攻溃坝涌浪灾害，在水库的副坝、岸边低坝处现建其防止或减少溃坝灾害，在渠首工程两岸堤防或拦河坝上现建防止溃坝涌浪摧毁渠首工程；在江河分洪闸上游现建其防止溃坝涌浪摧毁分洪闸而改道；在江河两岸的堤防分散多建其防止溃坝涌浪摧毁堤防导致河流改道及溃堤涌浪灾害；战时全民性分散现建具有本发明的小型塘坝、中小型水库蓄水、就地农业供水，减少水攻高坝溃坝风险、减少淹没耕地、减少供水工程及占地、减少农业超采地下水威胁城镇饮水安全，避免大型水库水攻高坝溃坝灾害及对生态环境的影响，保障粮食安全，解决水攻大型水库溃坝灾害、水攻切断水库水源威胁粮食安全、饮水安全的难题。2.国家间跨境、界河非常分洪，跨境河流的上游国家采用本发明的自溃堤坝分洪道自动分洪，无需斥巨资修建分洪闸，防止溃堤导致河流改道、无法控制的洪水灾害、高堤溃决造成灭顶之灾，有利于解决经济落后国家堤防标准低频繁溃堤威胁粮食安全的问题。界河两岸国家采用本发明的自溃堤坝分洪道自动分洪自动分洪保堤防，控制溃堤灾害。由于本发明既包括适用于经济发达国家或重要工程的自溃堤坝钢筋混凝土分洪道，也包括适用于经济欠发达的国家或非重要工程的价廉、应急现建、实施方便的自溃堤坝土工合成材料非常分洪道。3.本发明的自溃堤坝防灾减灾设计理论的学术价值，本发明量化中国古代“飞砂堰”并采用新型“土工合成材料”很好地解决了国际自溃堤坝长达60多年的科学难题和技术瓶颈，它与现有个体试验设计自溃坝的理论比较，根本区别是利用堤坝溃决机理量化设计多级自溃堤坝、量化设计自溃堤坝分区，它解决现行只能试验获取个体的自溃坝的临界条件与自溃时间的难题，即解决了国内外斥巨资而没有解决的世界性理论难题，填补自溃堤坝设计理论的空白，为制定自溃堤坝规范、为推广应用自溃堤坝提供理论基础；为远程控制、自动控制在水利工程中应用提供安全理论与技术保障，解决全球城镇化偏远中小型水利工程缺少管理值守人员的难题。量化设计多级自溃堤坝的级差，它解决现有设计理论不能解决的超标准洪水不确定性、无限性的难题；通过漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，发明成套的分区式自溃堤坝，改变现有自溃堤坝的结构，按“飞砂机理”用非粘性易冲沙石土划分自溃堤坝分区，利用标准化的非粘性易冲沙石土的粘土含量、级配、中值粒径量化设计自溃堤坝分区，由此确定自溃临界条件、自溃时间，它解决现有设计理论不能解决的固结粘土、硬化路面、粗粒径沙石堤坝体自溃的不确定性的难题，分区式自溃堤坝结构与自溃堤坝量化设计相互支撑，实现自溃堤坝可靠、可预测、可控的自溃。建立自溃堤坝设计理论，进一步支撑叶兴的堤坝防灾减灾设计理论，并扩展到高水头，依据高堤坝溃决的快、产生灾害大，按叶兴的防灾减灾理论，在设计时，在最大堤坝处增加防灾减灾的级差高，在抗洪抢险时，在最大堤坝处增加防灾减灾的级差高，防止在最大堤坝处溃决，突破现有堤坝一条线设计理论, 为修改现行堤坝设计规范提供理论依据；以临界冲刷破坏堰上水深作为自溃堤坝级差、引冲子堤坝高度的量化设计依据，再辅以A_i、A_s加高系数解决不同堤坝的不确定洪水、不确定自溃的问题；利用引冲堤坝高、无粘性土易冲沙石内摩擦角及冲坑深度，量化自溃堤坝分区，它避开固结粘土、硬化路面、粗粒径沙石堤坝体在水流流态变化过程及各种漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进的极其复杂过程，由标准化的量化设计自溃堤坝分区，形成固定的自溃临界条件、自溃时间，化繁为简具有可操作性;漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，把自溃堤坝极其复杂的溃决表象化解为动态演进机理,为建立成套自溃堤坝结构提供理论基础，有理论就可以引入本科教学课堂，把设计、施工、管理的各个环节联系到一起，漫水堤坝下游沙石土坡溯源冲刷破坏，它为多级自溃级差设计及自溃堤坝分区设计提供理论基础，它揭示足够高的现行粘土防渗体自溃堤坝是可以作为非暴涨水位的自溃堤坝，为判断分析已建低矮自溃堤坝自溃可靠性、为选择新建低矮自溃堤坝型式提供依据，它也可以用于揭示自溃坝没及时溃决而导致主坝溃决案例的原因；漫水堤坝溃口起始阶段，它为确定引冲子堤结构、自溃堤坝分布区设计提供理论基础，进而解决具有硬化路面、固结粘土、粗粒径沙石堤坝体的自溃堤坝设计理论难题，堤坝溃口稳定阶段可以判定自溃堤坝的残留与分洪能力；自溃堤坝顶端固结粘土，是低流速抗冲性大、低水头抗拉应力大，这也揭示有些自溃堤坝不能及时自溃的原因，是破解固结粘土自溃不确定性的关键，为发明引冲子堤坝提供理论依据；现有引冲槽式自溃堤坝粘土斜墙，是三面固结超静定结构，揭示现在自溃坝试验无法通用的关键，为发明悬臂结构的漫流自溃堤坝及漫流汇流自溃堤坝结构提供理论依据；自溃堤防设计理论的目标是防灾减灾，不仅是利用自溃堤坝自溃快而且还利用自溃堤坝自溃慢，因为短历时洪水的自溃堤防慢溃也是减灾。本发明的漫水堤坝溃机理的科研价值，分区漫流自溃堤坝只要子堤坝快速可靠溃决后，此时自溃堤坝具备超泄能力减缓堤坝水位的上升速度，同时获取足够的冲刷水头加快自溃，自溃越来越快，所以通过原型断面模型试验研究漫流自溃堤坝的母堤坝顶面局部自溃，代替整体自溃堤坝是偏于安全的，据此可以判断自溃的可靠性，可以满足设计要求，无需大比尺试验或整体试验，试验简单具有可操作性，本发明的理论与悬臂结构均可以通过断面试验验证，而且同类工程可以采纳试验结果，为制定自溃堤坝标准进行科学实验研究、为具体工程试验研究提供试验理论依据，它也是破解顶尖的世界性难题的关键。采用原状土试验获取非饱和及饱和固结粘土防渗体悬臂结构临界条件，采用断面原型获取粘土允许拉应力、起动流速，据此可以找出相同的粘土在固结状态与现碾压状态自溃的关性；通过土体起动流速就可以获取临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深、临界堤坝下切冲刷破坏堰上水深、临界不冲刷破坏堰上水深；研究非粘性易冲沙石土自溃时间可以建立标准化的自溃堤坝分区设计，通过断面试验研究粗粒径沙石体起动流速以及各种流速的下切率，就可以确定A_i、A_s标准值。4.本发明的公益性价值及治理黄河价值，本发明简单易行、价廉可以面向小塘坝的小微农户提供公益性技术指导具有可操作性，填补私营小微水利工程设计管理的空白，为水利社会转型提供技术支撑，私营自建自然有效益，海量小微农户总体社会经济效益高，同时避免海量塘坝水毁造成的巨额经济损失与环境破坏。本发明可以解决淤地坝统一溃决难题，完善我国治理黄河独特的淤地坝设计，避免危及黄河安全。5.本发明防汛管理价值：采用本发明向滩田均衡分散分洪，低标准洪水分洪采用固定周期轮换制，分洪处设置水位自动预报系统，解决不具备建滞洪区的条件的跨境小流域河流分洪难题，解决建分洪闸造价高、远离村屯管理的难题，解决现有集中淹一处不公平、受反对的分洪闸选址难题。由于本发明造价低、无人管理、自动可控分洪在经济、技术上可行；有确定的分洪地点、确定的分洪水位再辅以自动预报系统，居民、农民会自主组织防范、自动撤离，政府组织防汛、撤离也容易。6.本发明的自溃堤坝，与目前自溃堤坝设计根本的区别，(1)依据自溃堤坝溃决机理，改变现有粘土防渗体自溃堤坝的结构，构建成套的造价低廉、结构简单、超泄超溃减涌浪的自溃堤坝，依据自溃堤坝溃决机理，对自溃堤坝进行分区并量化设计,解决现有自溃堤坝无法解决不确定性的、无限的超标准洪水难题与不可控的涌浪灾害的难题，解决现有自溃堤坝无法解决的固结粘土、硬化路面、粗粒径沙石坝体自溃不确定性的难题，解决现有自溃坝设计采用个体试验而无法通用的难题，在相应条件下，还利用自溃堤防慢溃实现防灾减灾。(2)自溃堤坝分区效果是，母非粘性易冲沙石土堤坝体区溯源冲刷破坏及直线滑坡上延，导致分缝硬化路面快速坍塌、防渗体失去堤坝体支撑而倾覆破坏，进而引起子非粘性易冲沙石土堤坝渗流破坏；子非粘性易冲沙石土堤坝，渗流破坏进一步引起硬化路面坍塌，在低水头、低流速条件下渗流与冲刷耦合作用下快速溃决，自溃堤坝获取足够的流速实现引冲；粗粒径或含粘性土的堤坝体，利用天然材料降低造价的同时也利用慢溃减缓溃坝涌浪灾害；固结粘土防渗体，在下切流速保证安全自溃的条件下，利用固结粘土慢溃减缓溃坝涌浪；(3)土工板膜布代替粘土防渗墙避开固结粘土防渗墙的问题，其在溯源冲刷破坏倾覆脱落，进而引起子堤坝渗流破坏，在溯源冲刷与渗流破坏耦合作用下，使硬化路面坍塌溃决引冲,它是解决有硬化路面的堤坝溃决慢的难题的关键，是解决低矮的非饱和固结粘土顶部在低流速、低水头条件下抗冲、抗拉不能及时自溃的难题的关键；(4)引冲子堤坝，它避开低流速、低水头的自溃堤坝顶部固结粘土、粗粒径砂石自溃堤坝体、硬化路面对自溃的不利影响，快速自溃获取足以冲刷的流速而下切、侧切，通过固结粘土、粗粒径砂石自溃堤坝体减缓溃堤坝涌浪；利用引冲子堤坝高、母非粘性易冲沙石土堤坝体区内摩擦角、母砂石堤坝体冲坑深划分自溃堤坝分区，实现标准量化设计自溃堤坝分区，漫流分区的自溃堤坝具有堰流超泄能力减缓水位上升速度，漫流水深越大自溃越快的超溃能力，自溃堤坝分区的粘土防渗墙、粗粒径沙石坝体慢自溃减涌浪，它们减缓涌浪灾害。依据自溃堤坝任务、重要性、当地材料有各类成套的自溃堤坝供选取，各类成套的自溃堤坝有益效果如下：自溃土工板防渗墙自溃堤坝类、自溃土工膜布防渗幕自溃堤坝类，搭接或固结的塑料薄膜水平缝止水，确保轻质土工泡沫板、空心板倾覆随流飘走，实体土工板倾覆脱落，逆鳞袋土工膜拉断固结塑料薄膜止水，水平缝逆鳞搭接止水、水平缝逆鳞膜布止水，在水流冲刷逆鳞水平缝止水时水流钻入水平缝下掀起土工板膜布，它确保土工膜布及时脱落，防止它护住自溃土体，避开固结粘土、粗粒径砂石自溃堤坝体、硬化路面对自溃的不利影响,本例中逆鳞土工膜布水平铺盖把子自溃土工膜布防渗下游斜幕拉向下游，突破现有防渗体的布置形式，下游母非粘性易冲沙石土堤坝体区溯源冲刷直线滑坡上延，使子自溃土工膜布防渗下游斜幕失去支撑，快速倾覆脱落，叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体随之发生渗流破坏，导致分缝硬化路面坍塌，导致叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体溃决，在水流逆鳞水平缝处掀起逆鳞土工膜布水平铺盖，母砂石堤坝体快速溃决，优点具备超泄超溃能力自溃快，缺点溃堤坝涌浪灾害大，适用于低水头、缺粘土地区、下游受溃堤坝涌浪影响不大或者要求自溃快的自溃堤坝；自溃土工板膜布防渗幕体子堤坝引冲自溃堤坝类，子自溃土工板膜布防渗幕体快速引冲，母粘土防渗体慢溃减少溃堤坝涌浪，子堤坝引冲的优点具备超泄超溃减缓涌浪能力，缺点是受堤坝高与粘土材料限制，适用于自溃堤坝较高粘土丰富地区；漫流淘基引冲自溃堤坝类，逆鳞土工膜布水平铺盖把子粘土防渗体拉到下游侧，构成非粘性易冲沙石土基础的子堤坝，母非粘性易冲沙石土堤坝体区漫流溯源冲刷直线滑坡上延，掏空子堤坝的基础，使子堤坝发生倾覆坍塌溃决引冲，它与子堤坝引冲具有相同效果；分区粘土防渗体自溃堤坝类，子非粘性易冲沙石土堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝体区的直线滑坡上延，使子粘土斜墙失去支撑，而塑料薄膜隔断子母粘土斜墙的凝聚力，子粘土斜墙在水压力、自重作用下发生滑坡或倾覆溃决引冲，优点具备超泄超溃减缓涌浪能力，缺点是受硬化路面影响子堤坝溃决慢，适用于粘土丰富及对自溃快慢要求不高的自溃堤防；髙堰过水慢自溃堤防类，布置在最大堤高处的与堤防防渗体相同的髙堰过水慢自溃堤防，利用低矮固结粘土的堤防短时间漫而不溃的特征，允许非溢流堤短历时漫水，在暴涨河流短历时漫流冲刷而不溃，避免小水分洪灾害，长自溃历时最高的自溃堤防先溃决分洪，土工合成材料护面髙堰分洪道减少自溃土方量并及时控制分洪水位与单宽流量面向滩田分洪，它适用于遇到全线意外漫流下游水位建立快的较小堤防或无硬化路面的堤防；自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类，引冲口的自溃土工板膜布防渗幕体快速自溃引冲，获取足够冲刷水头冲刷固结底部粘土防渗体与侧切，漫流自溃堤坝及较宽的引冲口底部粘土防渗体均为悬臂梁结构，在水压力、土压力作用下易倾覆自溃,引冲口优点是粘土防渗墙侧切慢减缓溃堤坝涌浪，缺点是超溃超泄能力较引冲子堤坝弱，适用对自溃速度要求不高且粘土丰富的自溃堤坝；漫流与汇流引冲自溃堤坝类，路缘石漫流汇流引冲口及喇叭形引冲泄槽汇流，以较小的漫流水头获得较大溯源冲刷引冲单宽流量，溯源冲刷上延，带缺口的路缘石坍塌，路缘石起到横向集中导流作用，加速分缝硬化路面坍塌向上游扩展，引冲口防浪墙失去支撑倾覆溃决引冲，在路缘石导流作用下，跌流、横向流冲刷防浪墙后沙石土，使其失去支撑而倾覆，加大漫流水头，较宽悬臂结构引冲口快速溃决，路面基础在下游回淘、侧淘耦合作用下坍塌，它的超泄超溃能力比引冲口引冲强，减缓涌浪较引冲口弱，其它相同。与现有土工膜自溃堤坝比较，本发明土工板、逆鳞的自溃土工膜布防渗幕及自溃堤坝分区防止土工板膜布阻滞自溃的问题，而且其选材不局限于土工膜，根据自溃堤坝水头选取低廉的膜布。与自动倾覆的混凝土防渗墙比较，本发明造价低，可逐级分洪逐渐自溃避免倾覆涌浪灾害。与人工爆破分洪比较，本发明无人值守、自动可控分洪、管理方便；与现行引冲管、引冲槽自溃堤坝比较，现行三面固接的固结粘土超静定结构引冲管、引冲槽应力结构破坏慢，不具备本发明的超泄、超溃、自动分洪能力。7.本发明的自溃堤坝分洪道，与现有自溃堤坝溢洪道根本区别，是依据自溃堤坝溃决机理，利用防灾减灾理论，进行自溃堤坝与非溢流堤坝的高差、多级自溃堤坝级差是通用性的量化设计，小水小溃、大洪水大溃，实现防灾减灾，它解决超标准洪水的无限性、不确定性的难题，解决目前个体试验设计多级自溃坝的难题；依据非常分洪道超标准洪水防灾减灾设计理论，选用分洪道的形式，是土工合成材料分洪道是解决大量中小型水工建筑物水毁的关键。采用自溃堤坝混凝土分洪道，解决高水头的重要水库单一溢洪道意外事故与露天混凝土老化的难题，自溃堤坝钢筋混凝土分洪闸道减少闸门锈蚀与养护维修、减少意外事故灾害；利用隔堤分隔错层多级自溃堤坝可以应急搭便桥遇战争水攻保证交通畅通，在分洪安全水位有利于及时封堵；造价低廉、实施简单快捷的土工板分洪道、土工织布分洪道、无纺布分洪道、彩条布分洪道，是解决一系列低水头的分洪难题的关键，一旦战争爆发，应急现建，防止水攻造成堤防溃决不可控的次生灾害，它有利于解决超标准洪水堤坝溃决、跨境河流与界河分洪、中小型河流分洪难题，有利于解决淤地坝、渠系建筑物水毁难题，土工合成材料的自溃堤坝、分洪道，可以采用不适于日常生活用的再加工废旧塑料、化纤，为粗加工的废旧塑料、化纤再利用的提供一种途径，实现减少堤坝水毁的经济损失与确保国土安全的目标。

附图说明：

图1自溃堤坝分洪道纵断面示意图；

图2部分自溃堤坝型式横断面示意图；

图3自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类横断面图与立视图示意图；

图4漫流与汇流引冲自溃堤坝类横断面图与立视图示意图；

图5多级自溃堤坝分洪道立视图示意图。

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、图2、图3、图4、图5）。

实施例1：某流域分洪体系设计实施例，依据超标准洪水防灾减灾理论，针对有交通要求的水库、渠首工程、重要堤防及交叉建筑物，采用自溃快的自溃堤坝；针对无交通要求的淤地坝、塘坝、谷坊采用自溃较快的自溃堤坝；针对无交通要求的堤防可以采用与堤防相同的粘土斜墙自溃堤、粘土心墙自溃堤；针对无交通要求短历时暴涨的粘土地基粘土均质堤防，采用分区粘土防渗体自溃堤坝类、粘土均质自溃堤防，短历时洪水冲而不溃，长历时洪水自溃，允许无硬化路面的非溢流堤防漫流局部冲刷。一种自溃堤坝分洪道的设计方法，它是，依据自溃堤坝防灾减灾设计理论设计自溃堤坝1，依据超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计分洪道2，自溃堤坝1底部连接分洪道2的溢流堰2-2，分洪道2两侧连接堤坝岸3，超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计,它是按照泄洪滩田水毁机理及防灾减灾目标确定分洪道2的结构形式与规模。

自溃堤坝防灾减灾设计理论，它是按照堤坝溃决机理与防灾减灾目标设计自溃堤坝的结构形式,量化设计自溃堤坝级差、自溃堤坝体分区；漫水堤坝溃决机理，它是漫水堤坝漫流流速超过土体抗冲流速堤坝就会发生冲刷破坏，漫水堤坝漫流冲刷破坏引起漫水堤坝几何形状改变，漫水堤坝几何形状改变引起漫水堤坝水流流态的改变，它进一步加剧冲刷破坏，漫水堤坝水流流态的改变必然经过各种固定临界冲刷破坏堰上水深，漫水堤坝几何形状改变引起土体渗流与应力改变，土体渗流与应力超过土体的允许渗透坡降、抗剪强度、抗拉强度就会引起各种漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，形成漫水堤坝冲刷破坏到堤坝溃决，再到堤坝溃口稳定的演变；临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深H_d，如果堤坝顶较宽是明渠流采用式（1）、式（2）联立求解H_d，如果堤坝顶是堰流采用式（2）、式（3）联立求解H_d，临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深H_u，采用（4）、（5）联立求解H_u，临界不冲刷破坏堰上水深H_n，采用（6）、（7）联立求解H_n，级差d_i采用公式（8），自溃堤坝体分区采用公式（9）、（10）、（11），如果堤坝比较矮采用非均匀流推求坡脚流速，

(1)

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

（10）

（11）

（12）

式中：h_i、v_i、h_i+1、v_i+1—分别代表堤坝顶流段的上下游断面水深(m)、流速(m/s)，中初始h_i+1采用临界水深h_k；△l、i_l—分别代表堤坝顶流段长度（m）、堤坝顶顺水流方向纵坡；

—代表堤坝顶的平均水力坡度；V_d—代表堤坝下游水位处下游坡面起动流速；n、R、i—分别代表堤坝下游坡面糙率、水力半径（m）、纵坡；Q、ε、m、σ、B—分别代表堤坝顶流量（m³/s）、侧收缩系数、流量系数、淹没系数、漫流宽（m）；g—代表重力加速度（m/s²）；α—代表流速分布系数；v₀—代表行进流速（m/s）； V_u—代表堤坝顶分缝硬化路面、沙石坝体、堤坝粘土防渗墙起动流速（m/s）；V_n—代表堤坝粘土防渗墙或沙石坝体不冲流速（m/s）； d_i—第i级级差，m；H_d—临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深，m；A_i—水位上涨速率与堤坝溃决快慢及工程等级因素的各级自溃堤坝或自溃堤坝与堤坝的加高；H_e—代表引冲子堤坝高，m；H_u—代表临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深，m；A_s—代表子堤坝加高，m；β—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区上下游分界线的倾角，︒；φ—母非粘性易冲沙石土堤坝内摩擦角，︒；t—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区水平分界线以下的母砂石堤坝体冲坑深度，m；K—冲坑系数；q—临界堤坝溯源冲刷破坏单宽流量，m³/s.m；Z—上下游水位差，m；h_t—下游水深，m；h_g—代表带缺口路缘石的缺口深度，m；H_g—代表临界堤坝脚溯源冲刷破坏缺口堰上水深，m；A_g—代表缺口深度加高，m；

漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，以漫水粘土斜墙为典型，漫流堤坝下游坡开始发生冲刷破坏是明渠均匀流冲刷破坏，此时是漫水堤坝下游沙石土坡溯源冲刷破坏起始阶段；进而演变为直线滑坡破坏、跌流冲刷破坏、路面跌流冲刷破坏、粘土斜墙悬臂跌流、圆弧形滑坡破坏，坍塌破坏的漫水堤坝溃口起始阶段；进而演变为漫水堤坝粘土斜墙发生下切冲刷破坏、漫水堤坝粘土斜墙悬臂发生断裂或倾覆的应力破坏的漫水堤坝溃决阶段，最后形成漫水堤坝溃口稳定阶段。

自溃堤坝1，自溃堤坝分区作用是，当溯源冲刷破坏时，引起母非粘性易冲沙石土堤坝体区直线滑坡上延，导致分缝硬化路面快速坍塌，导致防渗体失去堤坝体支撑；子非粘性易冲沙石土堤坝，在低水头、低流速条件下快速冲刷溃决，实现引冲；粗粒径或含粘性土的堤坝体，利用天然材料降低造价的同时也利用慢溃减缓溃坝涌浪灾害；固结粘土防渗体，在下切流速保证安全自溃的条件下，利用固结粘土慢溃减缓溃坝涌浪；土工板膜布改变现有结构，解决非饱和固结粘土顶部在低流速、低水头条件下抗冲、抗拉自溃慢的难题；引冲子堤坝，它避开低流速、低水头的自溃堤坝顶部固结粘土、粗粒径砂石自溃堤坝体、硬化路面对自溃的不利影响，其快速自溃获取足以冲刷的流速而下切、侧切；利用引冲子堤坝高、母非粘性易冲沙石土堤坝体区内摩擦角、母砂石堤坝体冲坑深划分自溃堤坝分区，实现标准量化设计自溃堤坝分区；漫流分区的自溃堤坝具有堰流超泄能力减缓水位上升速度，漫流水深越大自溃越快的超溃能力，自溃堤坝分区的粘土防渗墙、粗粒径沙石坝体慢自溃减涌浪，它们减缓涌浪灾害。依据自溃堤坝任务、重要性、当地材料有各类成套的自溃堤坝供选取。自溃堤坝1包括如下类型：自溃土工板防渗墙自溃堤坝类1-a，以自溃土工板下游斜墙自溃堤坝为例，它依次包括自溃土工板下游斜墙1-1-a、叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-a、母砂石堤坝体1-3-a、母非粘性易冲沙石土堤坝体区1-3-A、分缝硬化路面1-4-a, 自溃土工板防渗墙包括轻质土工泡沫板、空心板、实体土工板与易脱落的水平接缝止水，当溯源冲刷破坏时，引起母非粘性易冲沙石土堤坝体区直线滑坡上延，导致分缝硬化路面快速坍塌，导致防渗体失去堤坝体支撑；子非粘性易冲沙石土堤坝，在低水头、低流速条件下快速冲刷溃决，实现对造价低的粗粒径或含粘性土的天然材料堤坝体的引冲，同时也利用慢溃减缓溃坝涌浪灾害。它避开固结粘性土自溃不确定性，解决硬化路面、粗粒径坝体自溃的难题，优点具备超泄超溃能力自溃快，缺点溃堤坝涌浪灾害大，适用于低水头、缺粘土地区、下游受溃堤坝涌浪影响不大或者要求自溃快的自溃堤坝；自溃土工膜布防渗幕自溃堤坝类1-b，以自溃土工膜布防渗斜幕子母自溃堤坝为例，它依次包括子自溃土工膜布防渗下游斜幕1-1-b、子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-b、母自溃土工膜布防渗斜幕1-3-b、母砂石堤坝体1-4-b、母非粘性易冲沙石土堤坝体区1-4-B、逆鳞土工膜布水平铺盖1-5-b、分缝硬化路面1-6-b，自溃土工膜布防渗幕包括土工膜布、逆鳞土工膜布与逆鳞搭接的水平缝止水；逆鳞土工膜布水平铺盖把子自溃土工膜布防渗下游斜幕拉向下游，下游母非粘性易冲沙石土堤坝体区溯源冲刷直线滑坡上延，使子自溃土工膜布防渗下游斜幕失去支撑，快速倾覆脱落，叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体随之发生渗流破坏，导致分缝硬化路面坍塌，导致叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体溃决，水流逆鳞水平缝处掀起逆鳞土工膜布水平铺盖，母砂石堤坝体快速溃决，它解决解决固结粘性土、硬化路面、粗粒径坝体自溃不确定性的难题，优缺点适用条件同上；自溃土工板膜布防渗幕体子堤坝引冲自溃堤坝类1-c，以自溃土工板膜布防渗幕体上游子堤坝引冲自溃堤坝为例，它依次包括子自溃土工板膜布防渗幕体1-1-c、子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-c、母粘土斜墙1-3-c、母砂石堤坝体1-4-c、母非粘性易冲沙石土堤坝体1-4-C、土工膜布接触防渗幕1-5-c、分缝硬化路面1-6-c，土工膜布接触防渗幕延长接触渗径；自溃土工板膜布防渗幕体包括自溃土工板防渗墙、自溃土工膜布防渗幕，子自溃土工板膜布防渗幕体快速引冲，母粘土防渗体慢溃减少溃堤坝涌浪，子堤坝引冲的优点具备超泄超溃减缓涌浪能力，缺点是受堤坝高与粘土材料限制，适用于高自溃堤坝粘土丰富地区；漫流淘基引冲自溃堤坝类1-d，它依次包括子粘土心墙1-1-d、子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-d、母粘土斜墙1-3- d、母砂石堤坝体1-4-d、母非粘性易冲沙石土堤坝体区1-4-D、逆鳞土工膜布水平铺盖1-5-d、非粘性易冲沙石土保护层1-6-d、分缝硬化路面1-7-d，逆鳞土工膜布水平铺盖1-5-d上游端连接母粘土斜墙1-3-d顶部，逆鳞土工膜布水平铺盖1-5-d下游端连接子粘土心墙1-2-d底部，逆鳞土工膜布水平铺盖把子粘土防渗体拉到下游侧，构成非粘性易冲沙石土基础的子堤坝，母非粘性易冲沙石土堤坝体区漫流溯源冲刷直线滑坡上延，掏空子堤坝的基础，使子堤坝发生倾覆坍塌溃决引冲，子堤坝与母堤坝自溃不受硬化路面影响，它与子堤坝引冲效果相同；分区粘土防渗体自溃堤坝类1-e，以分区粘土斜墙自溃堤坝为例，它包括子粘土斜墙1-1-e、子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-e、母粘土斜墙1-3-e、母沙石堤坝体1-4-e、母非粘性易冲沙石土堤坝体区1-4-E、分缝硬化路面1-5-e、塑料薄膜1-6-e、无纺布1-7-e，母非粘性易冲沙石土堤坝体区，快速使分缝硬化路面坍塌，增加粘土斜墙悬臂高度，塑料薄膜隔断粘土凝聚力，在水压力、自重作用下子粘土斜墙发生滑坡或倾覆溃决引冲，优点具备超泄超溃减缓涌浪能力，缺点是子堤坝溃决慢，适用于粘土丰富及对自溃快慢要求不高的自溃堤防；髙堰过水慢自溃堤防类1-f，以土工合成材料髙堰过水粘土均质慢自溃堤防为例，它依次包括子粘土均质堤坝1-1-f、母粘土均质堤坝1-2-f、土工合成材料护面梯形土质堰体2-2、土工合成材料护面护坦2-3、浮体绳网拦污网4，子粘土均质堤坝1-1-f高按分洪要求设计，与堤防防渗体相同的髙堰过水慢自溃堤防布置在面向滩田直接分洪的最大堤高处，利用目前低矮固结粘土的堤防短时间漫而不溃的特征，允许非溢流堤短历时漫水，在暴涨河流短历时漫流冲刷而不溃，避免小水分洪灾害，长自溃历时最高的自溃堤防先溃决分洪，土工合成材料包括土工板、竹缠绕复合材料板、土工膜布，土工膜布包括复合土工膜、不透水土工织布、彩条布、塑料薄膜,土工合成材料护面髙堰分洪道及时控制分洪水位与单宽流量面向滩田分洪，它适用于遇到全线意外漫流下游水位建立快的较小堤防或有漫而不溃案例的堤；自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类1-g，以自溃土工板膜布防渗幕体引冲口粘土斜墙自溃堤坝为例，它依次包括引冲口自溃土工板膜布防渗幕体1-1-g引冲口子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-g、粘土斜墙1-3-g、母沙石土堤坝区1-4-g、母非粘性易冲沙石土堤坝体区1-4-G、土工膜布接触防渗幕1-5-g、分缝硬化路面1-6-g，自溃土工板膜布防渗幕体的自溃，获取足够冲刷水头冲刷固结底部粘土防渗体与侧切，较宽的引冲口底部粘土防渗体为悬臂梁结构，它避开固结粘土抗拉对应力破坏的对自溃不利影响，优点具备超泄超溃减缓涌浪能力，缺点是受堤坝高与粘土材料限制，适用于高自溃堤坝粘土丰富地区；漫流与汇流引冲自溃堤坝类1-h，以防浪墙漫流路缘石汇流引冲自溃堤坝为例，它依次包括防浪墙1-1-h、引冲口子非粘性易冲沙石土堤坝体1-2-h、粘土防渗墙1-3-h、引冲口母沙石堤坝体1-4-h、母非粘性易冲沙石土堤坝体区1-4-H、带缺口路缘石1-5-h、喇叭形汇流引冲泄槽1-6-h、分缝硬化路面1-7-h、沙石土冲刷带1-8-h、缝1-9-h，路缘石漫流汇流引冲口及喇叭形引冲泄槽汇流，以较小的漫流水头获得较大溯源冲刷引冲单宽流量，溯源冲刷上延，带缺口的路缘石坍塌，路缘石起到横向集中导流作用，加速分缝硬化路面坍塌向上游扩展，引冲口防浪墙失去支撑倾覆溃决引冲，在路缘石导流作用下，跌流、横向流冲刷防浪墙后沙石土，使其失去支撑而倾覆，加大漫流水头，较宽悬臂结构引冲口快速溃决，路面基础在下游回淘、侧淘耦合作用下坍塌，它的超泄超溃能力比引冲口引冲强，减缓涌浪较引冲口弱。粘土防渗体以上防浪墙1-1-h高度大于引冲子堤坝高H_e，带缺口路缘石1-4-h缺口深度h_g按（12）式计；

分洪道2，它包括上游防渗防冲段2-1、溢流堰2-2、消能防冲段2-3、边墙堤2-4；分洪道2按材料分为钢筋混凝土分洪道、钢筋混凝土分洪闸道、土工板分洪道、土工织布分洪道、绳网无纺布分洪道、彩条布分洪道、塑料薄膜分洪道，钢筋混凝土分洪闸道是自溃堤坝代替部分闸门；分洪道2按自溃堤坝高程分为单级自溃堤坝分洪道、多级自溃堤坝分洪道，多级自溃堤坝分洪道是具有两个以上高程差为级差d_i的自溃堤坝的分洪道,以3孔2级错层隔堤自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级土工合成材料隔堤Ⅲ-1、土工合成材料护坡2-3依次分隔错层布置的1级自溃堤坝Ⅰ-1、2级自溃堤坝Ⅰ-2、堤坝岸3，边墙堤2-4包括混凝土边墙、土工合成材料护面边堤，依据自溃堤坝溃决机理，利用防灾减灾理论，进行自溃堤坝与非溢流堤坝的高差、多级自溃堤坝级差是通用性的量化设计，小水小溃、大洪水大溃，实现防灾减灾，它解决超标准洪水的无限性、不确定性的难题，解决目前个体试验设计多级自溃坝的难题。适用于高水头的自溃堤坝混凝土分洪道，用于解决重要水库单一溢洪道意外事故难题与露天混凝土老化的难题，钢筋混凝土分洪闸道用于减少闸门锈蚀与养护维修。土工板分洪道、土工织布分洪道、绳网无纺布分洪道、彩条布分洪道、塑料薄膜分洪道用于低水头的自溃堤坝，水头依次降低，土工板分洪道可以抵御小的漂浮物，它们造价低廉、实施简单快捷用于堤坝分洪防止超标准洪水、战争水攻堤坝溃决，用于跨境河流与界河分洪、中小型河流非常分洪具有可行性，用于淤地坝、小塘坝、渠系建筑物分洪防止水毁，为闸门远程、自动控制提供意外安全保障，土工合成材料自溃堤坝、分洪道可以采用塑料垃圾粗加工，为塑料垃圾再利用的提供一种途径，实现减少堤坝水毁的经济损失与确保国土安全的目标。非粘性土是指控制粘性土含量保证其自溃时发生直线滑坡，易冲沙石是指沙石起动流速低于在临界冲刷流速的沙石。堰高3米以上且堰上水头1米以上的土工合成材料分洪道类型选择应进行水工原型试验验证。

实施例2，战争水攻非常分洪、国家间跨境界河非常分洪：1）以分散分洪、分散蓄水应对战争水攻。应对上游水库水攻溃坝涌浪灾害，在水库的副坝、岸边低坝处现建其防止或减少溃坝灾害，在渠首工程两岸堤防或拦河坝上现建防止溃坝涌浪摧毁渠首工程；在江河分洪闸上游现建其防止溃坝涌浪摧毁分洪闸而改道；在江河两岸的堤防分散多建其防止溃坝涌浪摧毁堤防导致河流改道及溃堤涌浪灾害。应对水攻切断水库水源威胁粮食安全、饮水安全、溃坝灾害，战时全民性分散现建具有本发明的小型塘坝、中小型水库蓄水、就地农业供水，减少水攻高坝溃坝风险、减少淹没耕地、减少供水工程及占地、减少农业超采地下水威胁城镇饮水安全，避免大型水库水攻溃坝灾害及对生态环境的影响，保障粮食安全。2）国家间跨境界河非常分洪，跨境河流的上游国家采用本发明的自溃堤坝分洪道自动分洪，防止溃堤导致河流改道、无法控制的洪水灾害、高堤溃决造成灭顶之灾，有利于解决经济落后国家地方标准低频繁溃堤威胁粮食安全的问题。界河两岸国家采用本发明的自溃堤坝分洪道自动分洪自动分洪保堤防，控制溃堤灾害。本发明既包括适用于经济发达国家或重要工程的自溃堤坝钢筋混凝土分洪道，也包括适用于经济欠发达的国家或非重要工程的价廉实施方便的自溃堤坝土工合成材料非常分洪道。

实施例3，分洪保堤坝的防汛管理，某跨境小流域河流，不具备建滞洪区的条件，建分洪闸不但造价高、远离村屯管理也是难题，不建滞洪区分洪闸选址就是难题，集中淹一处不公平受反对。针对此情况，采用本发明向滩田均衡分散分洪，低标准洪水分洪采用10周期轮换制，分洪处设置自动预报系统。由于本发明造价低、无人管理、自动可控分洪在经济、技术上可行；因其公平分洪，民众能够接受解决非滞洪区分洪保堤坝选址的难题、管理难题；因为有确定的分洪地点、自动分洪水位，民众会自动撤离，政府组织防汛、撤离也容易。

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 (1)

1.一种自溃堤坝分洪道的设计方法，其特征在于它包括，依据自溃堤坝防灾减灾设计理论设计自溃堤坝（1），依据超标准洪水堤坝防灾减灾理论设计分洪道（2），所述自溃堤坝（1）底部连接分洪道（2）的溢流堰（2-2），分洪道（2）两侧连接堤坝岸（3），所述超标准洪水堤坝防灾减灾理论，它是按照泄洪滩田水毁机理及防灾减灾目标确定分洪道的结构形式与规模，以分散分洪、分散蓄水作为应对超标准洪水与战争水攻的防灾减灾理论；

所述自溃堤坝防灾减灾设计理论，它是按照堤坝溃决机理与防灾减灾目标设计自溃堤坝的结构形式，量化设计自溃堤坝级差、自溃堤坝体分区，所述漫水堤坝溃决机理，它是漫水堤坝漫流流速超过土体抗冲流速堤坝就会发生冲刷破坏，漫水堤坝漫流冲刷破坏引起漫水堤坝几何形状改变，漫水堤坝几何形状改变引起漫水堤坝水流流态的改变，它进一步加剧冲刷破坏，漫水堤坝水流流态的改变必然经过各种固定临界冲刷破坏堰上水深，漫水堤坝几何形状改变引起土体渗流与应力改变，土体渗流与应力超过土体的允许渗透坡降、抗剪强度、抗拉强度就会引起各种漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，形成漫水堤坝冲刷破坏到堤坝溃决，再到堤坝溃口稳定的演变；所述临界冲刷破坏堰上水深包括临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深H_d、临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深H_u、临界不冲刷破坏堰上水深H_n，所述自溃堤坝级差是各级自溃堤坝高差及最高自溃堤坝与堤坝之间的高差简称级差d_i，所述自溃堤坝体分区，它是按“飞砂机理”，用控制粘性土含量的非粘性易冲沙石土划分自溃堤坝分区，利用引冲子堤坝高划分子母堤坝分区，以非粘性易冲沙石土内摩擦角为倾角的斜线上下游划分母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区，利用堤坝体冲坑深度水平划分母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区分区，结合自溃堤坝型式确定自溃堤坝体分区，所述“飞砂机理”，它是水流流速超过沙石启动流速，沙石就会被冲飞走；所述临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深H_d，如果堤坝顶较宽是明渠流采用式（1）、式（2）联立求解H_d，如果堤坝顶是堰流采用式（2）、式（3）联立求解H_d，所述临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深H_u，采用（4）、（5）联立求解H_u，所述临界不冲刷破坏堰上水深H_n，采用（6）、（7）联立求解H_n，级差d_i采用公式（8），自溃堤坝体分区采用公式（9）、（10）、（11），如果堤坝比较矮采用非均匀流推求坡脚流速，

(1)

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

（10）

（11）

（12）

式中：h_i、v_i、h_i+1、v_i+1—分别代表堤坝顶流段的上下游断面水深(m)、流速(m/s)，中初始h_i+1采用临界水深h_k；△l、i_l—分别代表堤坝顶流段长度（m）、堤坝顶顺水流方向纵坡；

—代表堤坝顶的平均水力坡度；V_d—代表堤坝下游水位处下游坡面起动流速；n、R、i—分别代表堤坝下游坡面糙率、水力半径（m）、纵坡；Q、ε、m、σ、B—分别代表堤坝顶流量（m³/s）、侧收缩系数、流量系数、淹没系数、漫流宽（m）；g—代表重力加速度（m/s²）；α—代表流速分布系数；v₀—代表行进流速（m/s）； V_u—代表堤坝顶分缝硬化路面、沙石坝体、堤坝粘土防渗墙起动流速（m/s）；V_n—代表堤坝粘土防渗墙或沙石坝体不冲流速（m/s）； d_i—第i级级差，m；H_d—临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深，m；A_i—水位上涨速率与堤坝溃决快慢及工程等级因素的各级自溃堤坝或自溃堤坝与堤坝的加高；H_e—代表引冲子堤坝高，m；H_u—代表临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深，m；A_s—代表子堤坝加高，m；β—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区上下游分界线的倾角，︒；φ—母非粘性易冲沙石土堤坝内摩擦角，︒；t—母砂石堤坝体与母非粘性易冲沙石土堤坝区水平分界线以下的母砂石堤坝体冲坑深度，m；K—冲坑系数；q—临界堤坝溯源冲刷破坏单宽流量，m³/s.m；Z—上下游水位差，m；h_t—下游水深，m；h_g—代表带缺口路缘石的缺口深度，m；H_g—代表临界堤坝脚溯源冲刷破坏缺口堰上水深，m；A_g—代表缺口深度加高，m；所述漫水堤坝溃决破坏成因的耦合破坏动态演进，以漫水粘土斜墙为典型，漫流堤坝下游坡开始发生明渠均匀流冲刷破坏，此时是漫水堤坝下游沙石土坡溯源冲刷破坏起始阶段，对应临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深H_d；冲刷使堤坝底部坝坡变陡，形成明渠非均匀流逐级降水流态层面冲刷破坏，堤坝越高溯源层面冲刷越快，漫水堤坝底部坡度大于砂性土内摩擦角后，沙性土堤坝体产生直线滑坡破坏，堤坝坡面出现转折，在堤坝坡面出现转折处演变为跌流冲刷破坏，堤坝越高跌流溯源冲刷越快；当漫水堤坝下游坡直线滑坡延伸至堤坝顶路面下，硬化路面形成悬臂跌流，在坝肩处形成路面跌流冲刷破坏，淘刷硬化路面基础，粘土斜墙下游的悬臂路面在自重、水重作用下发生弯矩应力破坏而局部脱落，发展为粘土斜墙悬臂跌流，当堤坝粘土斜墙后失去沙石土堤坝体支撑，在渗透压力、自重作用下产生层层剥落的圆弧形滑坡破坏，在冲刷滑坡耦合破坏下，漫流堤坝粘土斜墙变薄而发生渗流破坏，掏空路基，硬化路面在自重、水重、动水冲刷作用下发生坍塌破坏，此时是漫水堤坝溃口起始阶段；当漫水堤坝粘土斜墙顶失去硬化路面防冲保护时，漫水堤坝粘土斜墙发生下切冲刷破坏，顶部非饱和固结粘土抗冲流速大下切慢，底部渗流饱和固结粘土抗冲流速小而流速大下切快，粘土斜墙在自重、水压力、土压力作用下漫水堤坝粘土斜墙悬臂发生断裂或倾覆的应力破坏，顶部非饱和固结粘土凝聚力、内摩擦角大，抗拉应力大，发生应力破坏慢，底部非饱和固结粘土凝聚力、内摩擦角小，抗拉应力小，发生应力破坏快，溃口水深增加，溃口粘土斜墙快速下切冲刷破坏，就形成漫水堤坝溃决阶段，在临界堤坝溯源冲刷破坏堰上水深条件下，漫水堤坝溃口起始阶段演进是一个缓慢过程，漫水堤坝越低越缓慢；在堤坝堰上水深在临界堤坝顶下切冲刷破坏堰上水深H_u条件下，堤坝顶下游路面首先发生破坏并上延，漫水堤坝粘土斜墙失去防冲保护发生下切冲刷破坏，形成漫水堤坝溃口起始阶段，同时下游坡发生溯源冲刷破坏，就快速演进为漫水堤坝溃决阶段；当堤坝堰上水深达到临界不冲刷破坏堰上水深H_n，堤坝溃口侧切缓慢，形成漫水堤坝溃口稳定阶段；较窄引冲槽式自溃堤坝是三面固接的超静定结构，顶部非饱和固结粘土的凝聚力、内摩擦角较大，发生折断、倾覆的应力破坏慢，底部饱和固结粘土的凝聚力、内摩擦角较小，发生折断、倾覆的应力破坏快；悬臂结构的自溃堤坝采用顶端局部断面模型试验获取A_i、A_s；

所述自溃堤坝（1），它包括自溃土工板防渗墙自溃堤坝类（1-a）、自溃土工膜布防渗幕自溃堤坝类（1-b）、自溃土工板膜布防渗幕体子堤坝引冲自溃堤坝类（1-c）、漫流淘基引冲自溃堤坝类（1-d）、分区粘土防渗体自溃堤坝类（1-e）、髙堰过水慢自溃堤防类（1-f）、自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类（1-g）、漫流与汇流引冲自溃堤坝类（1-h），所述自溃土工板防渗墙自溃堤坝类（1-a），以自溃土工板下游斜墙自溃堤坝为例，它依次包括自溃土工板下游斜墙（1-1-a）、叠层子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-a）、母砂石堤坝体（1-3-a）、母非粘性易冲沙石土堤坝体区（1-3-A）、分缝硬化路面（1-4-a）；所述自溃土工膜布防渗幕自溃堤坝类（1-b），以自溃土工膜布防渗斜幕子母自溃堤坝为例，它依次包括子自溃土工膜布防渗下游斜幕（1-1-b）、子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-b）、母自溃土工膜布防渗斜幕（1-3-b）、母砂石堤坝体（1-4-b）、母非粘性易冲沙石土堤坝体区（1-4-B）、逆鳞土工膜布水平铺盖（1-5-b）、分缝硬化路面（1-6-b）；所述自溃土工板膜布防渗幕体子堤坝引冲自溃堤坝类（1-c），以自溃土工板膜布防渗幕体上游子堤坝引冲自溃堤坝为例，它依次包括子自溃土工板膜布防渗幕体（1-1-c）、子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-c）、母粘土斜墙（1-3-c）、母砂石堤坝体（1-4-c）、母非粘性易冲沙石土堤坝体（1-4-C）、土工膜布接触防渗幕（1-5-c）、分缝硬化路面（1-6-c）；所述漫流淘基引冲自溃堤坝类（1-d），它依次包括子粘土心墙（1-1-d）、子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-d）、母粘土斜墙（1-3-d）、母砂石堤坝体（1-4-d）、母非粘性易冲沙石土堤坝体区（1-4-D）、逆鳞土工膜布水平铺盖（1-5-d）、非粘性易冲沙石土保护层（1-6-d）、分缝硬化路面（1-7-d）；所述分区粘土防渗体自溃堤坝类（1-e），以分区粘土斜墙自溃堤坝为例，它依次包括子粘土斜墙（1-1-e）、子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-e）、母粘土斜墙（1-3-e）、母沙石堤坝体（1-4-e）、母非粘性易冲沙石土堤坝体区（1-4-E）、分缝硬化路面（1-5-e）、塑料薄膜（1-6-e）、无纺布（1-7-e）；所述髙堰过水慢自溃堤防类（1-f），以土工合成材料髙堰过水粘土均质慢自溃堤防为例，它依次包括子粘土均质堤坝（1-1-f）、母粘土均质堤坝（1-2-f）、土工合成材料护面梯形土质堰体（2-2）、土工合成材料护面护坦（2-3）、浮体绳网拦污网（4），子粘土均质堤坝（1-1-f）高按分洪要求设计，与堤防防渗体相同的髙堰过水慢自溃堤防布置在面向滩田直接分洪的最大堤高处；所述自溃土工板膜布防渗幕体引冲口自溃堤坝类（1-g），以自溃土工板膜布防渗幕体引冲口粘土斜墙自溃堤坝为例，它依次包括引冲口自溃土工板膜布防渗幕体（1-1-g）、引冲口子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-g）、粘土斜墙（1-3-g）、母沙石土堤坝区（1-4-g）、母非粘性易冲沙石土堤坝体区（1-4-G）、土工膜布接触防渗幕（1-5-g）、分缝硬化路面（1-6-g）；所述漫流与汇流引冲自溃堤坝类（1-h），以防浪墙漫流路缘石汇流引冲自溃堤坝为例，它依次包括防浪墙（1-1-h）、引冲口子非粘性易冲沙石土堤坝体（1-2-h）、粘土防渗墙（1-3-h）、引冲口母沙石堤坝体（1-4-h）、母非粘性易冲沙石土堤坝体区（1-4-H）、带缺口路缘石（1-5-h）、喇叭形汇流引冲泄槽（1-6-h）、分缝硬化路面（1-7-h）、沙石土冲刷带（1-8-h）、缝（1-9-h），粘土防渗体以上防浪墙（1-1-h）高度大于引冲子堤坝高H_e，带缺口路缘石（1-4-h）缺口深度h_g按（12）式计；

所述分洪道（2）包括上游防渗防冲段（2-1）、溢流堰（2-2）、消能防冲段（2-3）、边墙堤（2-4）；所述分洪道（2）按材料分为钢筋混凝土分洪道、钢筋混凝土分洪闸道、土工板分洪道、土工织布分洪道、绳网无纺布分洪道、彩条布分洪道、塑料薄膜分洪道，所述钢筋混凝土分洪闸道是自溃堤坝代替部分闸门；分洪道（2）按自溃堤坝高程分为单级自溃堤坝分洪道、多级自溃堤坝分洪道，所述多级自溃堤坝分洪道是具有两个以上高程差为级差d_i的自溃堤坝的分洪道，以3孔2级错层隔堤自溃堤坝非常分洪道为例，它包括1级土工合成材料隔堤（Ⅲ-1）、土工合成材料护坡（2-3）依次分隔错层布置的1级自溃堤坝（Ⅰ-1）、2级自溃堤坝（Ⅰ-2）、堤坝岸（3）。

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