CN110952508A - 一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出了本申请提出了一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法，包括如下步骤：沿着沟谷在其中设置多个拦挡坝，每个拦挡坝的顶部均设置有溢流缺口；在所述溢流缺口中安装溢流雨水收集件，利用溢流雨水收集件将漫过溢流缺口的雨水收集起来引入其下方的导流通道。另外，本申请还提出了一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置。本申请通过将溢流出来的山洪雨水收集起来导走，导走的山洪雨水不再与下方的土石接触，杜绝了过量山洪雨水对沟谷的下方的土石的进一步冲刷。上游坝区溢流的山洪雨水被导走之后，上游坝区流入下游坝区的水量大大减少，山顶的雨水不会汇流到山脚，避免大量的山洪雨水聚集到山体的底部使得底部含水饱和，降低了引发泥石流的风险。

Description

一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法及装置

技术领域

本申请涉及一种自然灾害防治领域，尤其是山洪、泥石流灾害防治领域，特别涉及一种用于山洪、泥石流的灾害防治方法及装置。

背景技术

山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、融雪等经常会引发山洪或者泥石流。山洪灾害和泥石流灾害类似，山洪灾害面多量大，影响区域比泥石流更为广泛，但是泥石流造成的财产和人员损失却更为严重。山洪和泥石流主要都是由水和泥砂石组成，区别在于容重不一样，也就是水和泥砂石的比例不一样，山洪中水的含量多，泥石流中泥砂石的含量多。

CN 104452780 A公开了一种山洪暴发泥石流的防治方法，其中提及，山洪、滑坡、泥石流都是在大雨天或阴雨连绵的天气情况下发生的，由于过多的雨水浸入泥土之中，土层下的岩层阻止了雨水的渗路，这些渗入土层上、止于岩层的雨水被迫顺岩层之表土层之下顺山坡向山下渗流，随着土层下岩层表积水的不断增多，这些向山坡下渗流的雨水由渗流变流淌，形成了泥土与岩层之间的润滑剂，使本已被雨水浸泡失去强度，浸水饱和的泥土在这些雨水润滑和地表积水冲刷下，和着石头化为泥浆顺流而下而成为泥石流。

正常情况下，发生泥石流的先决条件是山体土层含水饱和或超饱和，在暴雨和大雨的降水下，整座山体全在雨水的覆盖下。初雨时，雨水就被山体吸收，只有雨大到山体吸收不及或饱和无力吸收时，雨水才顺山坡向下流。这样就产生一种现象，山顶接受的雨水最小，山底部不仅要承受降雨水量，还要被迫接受自上而下流经的水量，吸收和冲刷就形成了越是底部越是最早达到含水饱和量，也承受整个山体最大的冲刷量和冲击力，最先使山体底部的泥土化为泥浆，所以泥石流是从山体底部发生的，失去下部支撑的上部泥土在重力下垮塌，很难防治。

CN 106013006 A公开了目前治理泥石流的措施的主要形式：一是采用拦砂坝的形式：以拦蓄泥石流中的粗大块石为主，削弱泥石流的洪峰。二是采用拦渣坝加泄水洞的方式，利用拦渣坝拦挡大颗粒物质，将泥石流转变为仅含细颗粒的洪水后利用泄水洞将泥石流引走。三是采用拦渣坝加竖井加泄水洞的形式，利用拦渣坝拦挡大颗粒物质，将泥石流转变为仅含细颗粒的洪水，再利用竖井将泥石流导入泄水洞。CN 108547262 A公开了传统拦挡泥石流的坝体可分为重力坝及拱坝两大类型，重力坝根据填筑材料不同，又可分为土坝、干砌石坝、浆砌石坝、土石混合坝、铁丝石笼坝等，还有对泥石流部分拦挡的透过式重力坝，此种坝型拦粗排细，如格栅坝、缝隙坝等坝型。另外还有柔性的钢索坝。

然而正如CN 105672188 A背景技术部分所述，现有的拦挡坝虽然在防治泥石流方面具有消弱泥石流的效果，然而修筑拦挡坝需在山区进行大方量的混凝土施工，成本非常高，导致其造价高、工期长。拦挡坝的坝区如不及时清理，可能很快被淤积填满，失去拦挡效果，起不到防治泥石流的目的。泥石流拦挡坝因疏于维护，造成库容减小，危险程度增加。拦挡坝拦截了大量的土石方，会受到很大的压力，该压力达到了结构承受的极限时就可能发生溃坝，造成更大的灾难。该现有技术进一步说明，泥石流之所以破坏力如此之大，主要原因在于山沟间的高速水流。

但是实际上，泥石流的根源其实是雨水渗入土层，土层含水量变大之后容易液化剥离，高速水流只是引发泥石流的次要因素。例如，如果不让雨水渗入土层，例如将整个沟谷用水泥硬化，或者整体覆盖塑料薄膜，那么即便水流速度因此变得更大，也不会引发泥石流。当然，由于成本以及环保的因素，现阶段是不可能不让雨水渗入土层的。

现有技术将泥石流归因于高速水流，导致了各种拦挡结构的出现，其基本原理是通过坝体等拦挡泥砂石，同时使得水流速度降低。虽然格栅坝、缝隙坝等可以提供一定的水石分离能力，但是格栅和缝隙很容易被树木、石块等堵塞，水流速度仍然趋向于大幅降低。低速水流对泥砂石的冲刷力降低，导致坝区很容易淤积，加之淤积土石难以机械化清理，危险性非常大。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种用于山洪、泥石流的灾害防治方法及装置，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出了一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法，包括如下步骤：沿着沟谷在其中设置多个拦挡坝，每个拦挡坝的顶部均设置有溢流缺口；在所述溢流缺口中安装溢流雨水收集件，利用溢流雨水收集件将漫过溢流缺口的雨水收集起来引入其下方的导流通道。

优选地，所述导流通道悬空架设在相邻的拦挡坝之间。

优选地，每个导流通道的末端出口将溢流雨水导入到其下方的拦挡坝的溢流雨水收集件中。

优选地，所述导流通道为上部敞开的导流槽或者为上部闭合的导流管。

优选地，所述的方法进一步包括利用所述导流通道向山下运输被拦挡坝拦截淤积的土石的步骤。

本申请还提出了一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置，包括沿着沟谷在其中设置的多个拦挡坝，每个拦挡坝的顶部均设置有溢流缺口；所述装置进一步包括设置在所述溢流缺口中的溢流雨水收集件，以及连接在所述溢流雨水收集件的出水口位置用于接收漫过溢流缺口的雨水的导流通道。

优选地，所述导流通道悬空架设在相邻的拦挡坝之间。

优选地，每个导流通道的末端出口将溢流雨水导入到其下方的拦挡坝的溢流雨水收集件中。

优选地，所述导流通道为上部敞开的导流槽或者为上部闭合的导流管。

优选地，所述溢流雨水收集件嵌入设置在所述溢流缺口中，溢流缺口的中部下方设置有泄流缝隙，所述溢流雨水收集件在拦挡坝的迎流面的外侧延伸有一块挡板，所述挡板将所述泄流缝隙的上部挡住。

本申请通过将溢流出来的山洪雨水收集起来导走，上游坝区流入下游坝区的水量大大减少，山顶的雨水不会汇流到山脚，避免大量的山洪雨水聚集到山体的底部使得底部含水饱和，降低了引发泥石流的风险。

附图说明

以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。其中，

图1显示的是一种具有泄流缝隙的拦挡坝的结构示意图；

图2显示的是根据本申请的一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法的装置的结构示意图；

图3显示的是根据本申请的另一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置的侧视示意图；

图4显示的是根据本申请的又一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置的安装状态示意图；

图5显示的是图4所示结构的分解示意图；

图6显示的是图5中所示的上部结构的另一个视角的结构示意图；

图7显示的是根据本申请的再一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置的分解示意图；

图8显示的是图7所示结构的安装状态示意图；

图9显示的是本申请的用于山洪、泥石流灾害的一种防治装置的原理示意图。

具体实施方式

为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术所述，泥石流的根源不在于水流速度，而在于大量的水渗入土层，导致土层液化易于崩塌。当然，不让雨水渗入土层显然是不可行的，从环保到经济性都存在难以克服的障碍。

因此，基于现有技术所揭示的问题，本申请提出了一种用于山洪、泥石流等灾害防治方法，其基本构思是减少可能渗入土层的雨量，将山洪雨水收集起来排掉，避免大量的山洪雨水聚集到山体的底部使得底部含水饱和，同时减少了顺流而下的山洪雨水对山体底部的冲刷，降低了引发泥石流的风险。

下面参照附图详细说明本申请的原理和结构。如图1所示，其显示的是一种具有泄流缝隙22的拦挡坝2的结构示意图，这种结构的拦挡坝是一种比较典型的水石分离型的砂石拦挡坝，也称作梳子坝(Comb Dam)、缝隙坝(Slit Dam)、过滤坝(Filter Dam)等，拦挡坝2的顶部设置有溢流缺口21，溢流缺口21的中部下方设置有泄流缝隙22。采用水石分离技术的还有筛子坝、谷坊坝、桩林坝和格栅坝等。现有技术采用水石分离技术的拦挡坝，其基本的工作原理是通过泄流缝隙22、格栅等将水流中的砂石进行拦挡过滤，使得山洪雨水从泄流缝隙22、格栅的下方排走。

然而正如背景部分所述的，格栅和缝隙很容易被树木、石块等堵塞，浓稠的泥石流是很难将山洪雨水从下方滤除的。另一方面，现有技术的拦挡坝采用的水石分离技术，其基本原理是将山洪雨水从拦挡坝的下方过滤出来，过滤出来的山洪雨水会继续冲刷沟谷的下方的土石，最终会全部汇集的山体底部，从根本上解决不了过量山洪雨水渗入山体底部土层的问题，即便在沟谷中设置很多拦挡坝，最后汇集到山体底部的山洪雨水仍然会很多，一旦山体底部土层液化崩塌，整个沟谷的土石缺乏支撑，仍然会引发泥石流。

在图1所示拦挡坝2的基础上，本申请提供了一种改进的用于山洪、泥石流灾害的防治方法，如图2所示，其显示的是根据本申请的一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法的装置的结构示意图。参见图2，本申请的防治方法的基本构思是：沿着沟谷1在其中设置多个拦挡坝2，每个拦挡坝2的顶部均设置有溢流缺口21；在溢流缺口21中安装溢流雨水收集件3，利用溢流雨水收集件3将漫过溢流缺口21的山洪雨水收集起来引入其下方的导流通道4。

与现有技术不同的是，本申请的防治方法是从上方将溢流出来的山洪雨水收集起来导走，由于砂石比重大，上方的山洪雨水溢流是很通畅的，不会担心堵塞问题。每个拦挡坝2溢流出来的山洪雨水都被导流通道4导走，导走的山洪雨水不再与下方的土石接触，杜绝了过量山洪雨水对沟谷1的下方的土石的进一步冲刷。上游坝区溢流的山洪雨水被导走之后，上游坝区流入下游坝区的水量大大减少，每个坝区的含水量基本上仅与其垂直投影面积下的降水量相关(忽略风的影响)，山顶的雨水不会汇流到山脚，山体底部由于渗水过多引发泥石流的风险被大大降低了。当然，在本申请的范围之外，本领域技术人员可以通过计算每个坝区的容水量以及渗入土层导致液化的阈值，通过缩小拦挡坝之间的间距、降低拦挡坝的高度等措施来杜绝泥石流。

经过多年的泥石流灾害的防治，各地政府和机构在大多数易发生泥石流灾害的沟谷中均修建了一些类似于图1所示的拦挡坝。但是经验表明，各种拦挡坝的效果并不好，很容易淤积填满，遇到大的泥石流冲垮拦挡坝所造成的后果反倒更加严重。由于害怕溃坝，各地修建的普遍都是低矮的多级拦挡坝，也就是如图2所示，沿着沟谷在其中设置了一级一级的多个拦挡坝。低矮的拦挡坝提升水头的能力有限，无法通过水流速度将淤积的土石冲走，土石逐渐淤满将拦挡坝上的缝隙、孔洞等堵塞，过水能力越发低下，基本上最后这些拦挡坝都变成了溢流坝，山洪雨水几乎都是从拦挡坝的顶部溢流到下游去的，而不是通过缝隙、格栅、孔洞等从下方过滤出去的。再加之深山沟谷机械设备难以抵达，清淤的间隔时间长达数十年，几乎就是等着溃坝。

本申请的防治方法，恰好可以利用这些现有的低矮的拦挡坝，只需要在这些拦挡坝的顶部的溢流缺口(没有溢流缺口可以在坝顶施工修建出溢流缺口)中安装溢流雨水收集件3，在溢流雨水收集件3的出水口位置连接用于接收漫过溢流缺口21的雨水的导流通道4就可以了。

溢流雨水收集件3和导流通道4均可以采用金属或者混凝土预制件进行拼接施工，其施工难度远低于修建新的高大的拦挡坝，成本上易于被地方上所接受。而且由于利用的是现有的低矮的拦挡坝，其水石分离功能大多数已经基本丧失，原本就已经变成了溢流坝，利用本申请的装置进行收集和导流十分容易，几乎不需要对坝区进行过多的改造。另外，利用低矮拦挡坝的溃坝心里阴影小，灾区民众也易于接受。

进一步地，如图3所示，其显示的是根据本申请的另一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置的侧视示意图，在图3所示实施例中可见，导流通道4可以悬空架设在相邻的拦挡坝2之间，当然，根据需要，可以在适当的位置增设支撑结构，避免导流通道4弯曲断裂。悬空架设的好处是避免滚落的大石头、树木、牛羊等破坏导流通道4。另外，沟谷1中的砂石不会轻易进入到导流通道4中引发堵塞。另外，架空的导流通道4的下方场地开阔，也便于导流通道4下方的坝区清淤操作。

进一步地，本申请的防治方法可以利用导流通道4扩展到一种用于泥石流清淤的应用，即，在本申请的一个具体实施例中，可以利用导流通道4向山下运输被拦挡坝2拦截淤积的土石。现有技术中由于缺乏机械化清理手段，坝区范围内淤积的土石很难清理出去。利用本实施例的扩展应用，在需要清理坝区淤积的土石的时候，可以利用人力或者小型铲车将土石铲到导流通道4中，利用坡度产生的重力克服摩擦力，可以将淤积的土石运输到山下，解决了现有技术难以清淤的难题。另外也可以在导流通道4中输入少量的水进行冲刷，以解决清淤时土石滑落不畅的问题。

在本申请的一个优选实施例中，如图2所示，每个导流通道4的末端出口将溢流雨水导入到其下方的拦挡坝2的溢流雨水收集件3中，通过这种接力方式可以将上游坝区的山洪雨水引导到山脚修建的排水沟中。当然，特殊情况下，有些导流通道4(例如山脚最后一个坝区的导流通道4)可以单独设置导向排水沟。或者，基于导流通道4的排水量设计极限，也可以若干个导流通道作为一组接力排水。

下面参照图4-8详细说明本申请的用于山洪、泥石流灾害的防治装置的细节结构。其中，图4显示的是根据本申请的又一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置的安装状态示意图；图5显示的是图4所示结构的分解示意图；图6显示的是图5中所示的上部结构的另一个视角的结构示意图；图7显示的是根据本申请的再一个具体实施例的一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置的分解示意图；图8显示的是图7所示结构的安装状态示意图。

如前所述，本申请的防治装置包括沿着沟谷1在其中设置的多个拦挡坝2，每个拦挡坝2的顶部均设置有溢流缺口21；另外还包括设置在溢流缺口21中的溢流雨水收集件3，以及连接在溢流雨水收集件3的出水口位置用于接收漫过溢流缺口21的雨水的导流通道4。

其中，图4-6中显示的导流通道4是上部敞开的导流槽；图7-8中显示的导流通道4是上部闭合的导流管。导流通道4采用上部敞开的导流槽的优点是成本低，安装方便，便于查看和清理淤积物，缺点是容易堆积落石、树枝等等，水流量大的情况下容易溢出。图7-8所示的上部闭合的导流管为两半扣合形成的横截面为圆形的管道，上部具有一个可拆卸的半圆柱形的盖板41，可以避免落石、树枝等杂物落入。闭合结构可以获得较大的流量通道，清淤的时候可以将盖板41拆掉，例如在前述的利用导流通道4进行清淤操作的时候，可以将盖板41拆掉，以便于将坝区的淤积土石铲到导流通道4中。

本申请的防治装置，可以与任何一种具有溢流缺口21的拦挡坝2配合使用，均能获得同样的技术效果。其中，拦挡坝2可以是任何一种没有缝隙的拦挡坝，也可以是如图1所示的具有泄流缝隙的拦挡坝，也可以是筛子坝、谷坊坝、桩林坝和格栅坝等。

在一个具体实施例中，本申请的防治装置优选与一种具有泄流缝隙22的拦挡坝2进行配合，具体参见图4、5、7和图8中所示的拦挡坝2，其中可见，拦挡坝2的顶部设置有溢流缺口21，溢流缺口21的中部下方设置有泄流缝隙22，溢流缝隙22的底部设置有多个间隔的凸起23，溢流雨水收集件3嵌入设置在溢流缺口21中，溢流雨水收集件3在拦挡坝2的迎流面的外侧延伸有一块挡板31，挡板31紧贴在拦挡坝2的迎流面的外侧，可以将泄流缝隙22的上部挡住。挡板31和溢流雨水收集件3形成了紧贴和嵌入拦挡坝2的结构，通过适当的紧固件可以与坝体连接为一体。挡板31从溢流雨水收集件3一体延伸弯折而成，二者之间没有缝隙，可以避免泄漏。另外，从溢流雨水收集件3一体延伸弯折而成的挡板31可以形成包覆坝体的结构，溢流雨水的水压可以将挡板31压住，避免水流将溢流雨水收集件3整体冲走。

图9显示的是应用于上述结构的拦挡坝的防治装置的原理示意图。如图所示，溢流的雨水通过溢流缺口21进入溢流雨水收集件3，然后被引导到导流通道4。比重较大的砂石聚集在拦挡坝2的迎流面的底部。伸入到水面下方的挡板31的迎水面被水压压住，挡板31的后方形成没有压力的空洞，因而在空洞位置会形成巨大的负压。这种负压一方面可以将挡板31牢度的压在坝体上避免溢流雨水收集件3被冲走，而且还可以对外侧的砂石形成虹吸效应，从而可以将坝体底部淤积的砂石抽吸出去。溢流缝隙22的底部设置的凸起23对砂石流体形成扰动，可以将砂石流体打散，避免砂石堵塞溢流缝隙22。通过本实施例的这种防治装置，坝区上方的山洪雨水通过溢流形式被直接引导到排水沟，从而减少了下游坝区汇集大量的山洪雨水。坝体下方的砂石通过溢流雨水收集件3的挡板31形成的空洞抽吸出去，减少的坝区的砂石淤积，降低了溃坝的风险，降低了维护清淤的工作量。

综上所述，本申请通过将溢流出来的山洪雨水收集起来导走，导走的山洪雨水不再与下方的土石接触，杜绝了过量山洪雨水对沟谷的下方的土石的进一步冲刷。上游坝区溢流的山洪雨水被导走之后，上游坝区流入下游坝区的水量大大减少，山顶的雨水不会汇流到山脚，避免大量的山洪雨水聚集到山体的底部使得底部含水饱和，降低了引发泥石流的风险。

本领域技术人员应当理解，虽然本申请是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本申请的保护范围。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，并非用以限定本申请的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本申请的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于山洪、泥石流灾害的防治方法，包括如下步骤：沿着沟谷(1)在其中设置多个拦挡坝(2)，每个拦挡坝(2)的顶部均设置有溢流缺口(21)；在所述溢流缺口(21)中安装溢流雨水收集件(3)，利用溢流雨水收集件(3)将漫过溢流缺口(21)的雨水收集起来引入其下方的导流通道(4)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导流通道(4)悬空架设在相邻的拦挡坝(2)之间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每个导流通道(4)的末端出口将溢流雨水导入到其下方的拦挡坝(2)的溢流雨水收集件(3)中。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述导流通道(4)为上部敞开的导流槽或者为上部闭合的导流管。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括利用所述导流通道(4)向山下运输被拦挡坝(2)拦截淤积的土石的步骤。

6.一种用于山洪、泥石流灾害的防治装置，包括沿着沟谷(1)在其中设置的多个拦挡坝(2)，每个拦挡坝(2)的顶部均设置有溢流缺口(21)；其特征在于，所述装置进一步包括设置在所述溢流缺口(21)中的溢流雨水收集件(3)，以及连接在所述溢流雨水收集件(3)的出水口位置用于接收漫过溢流缺口(21)的雨水的导流通道(4)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述导流通道(4)悬空架设在相邻的拦挡坝(2)之间。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，每个导流通道(4)的末端出口将溢流雨水导入到其下方的拦挡坝(2)的溢流雨水收集件(3)中。

9.如权利要求5-8之一所述的装置，其特征在于，所述导流通道(4)为上部敞开的导流槽或者为上部闭合的导流管。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述溢流雨水收集件(3)嵌入设置在所述溢流缺口(21)中，溢流缺口(21)的中部下方设置有泄流缝隙(22)，所述溢流雨水收集件(3)在拦挡坝(2)的迎流面的外侧延伸有一块挡板(31)，所述挡板(31)将所述泄流缝隙(22)的上部挡住。

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