CN112081071A - 山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合 - Google Patents

Abstract

本发明公开山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合，针对性解决现有技术中生态工程与岩土工程的综合防治措施存在缺乏定量化设计指导以及初期设计条件不合理的缺陷。拦砂坝生态组合在山洪泥石流沟道形成区构筑数量N≥2座拦砂坝，相邻拦砂坝间距通过引入砂坝坝前回淤长度计算确定。优化的方案还包括生态工程措施，通过在坝前坝后的沟道两岸及沟道内规划不同植被类型增强生态组合效果。本发明具体提供了生态工程措施中重要设计参数的计算方法。本发明通过设计相邻拦砂坝间距参数实现调节坝间小空间环境因子营造特殊生态空间的拦砂坝生态组合，是不增加成本的新的形成区治理方案，并为生态防治措施从经验定性型向指标定量型转变提供了指导。

Description

山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合

技术领域

本发明涉及一种泥石流防治工程构筑体，特别是涉及一种在山洪泥石流沟道形成区采用的拦砂坝的生态型组合，属于山地灾害防治技术、生态型构筑体技术领域。

背景技术

拦砂坝是山地灾害中最常见常用的防治工程措施。几乎所有拦砂坝都是岩土工程措施，具体是各种结构类型的岩土类构筑体，具有施工迅速和见效快的特点，在防治泥石流灾害方面取得了明显成效，极大的减轻了灾害风险与损失。在泥石流沟道治理中，围绕各种岩土工程措施逐步构建起了一系列灾害拦防措施体系。

但是，上述灾害拦防措施体系的长期运行中，其技术弊端开始显现。以岩土工程措施为主的风险防控体系虽然在减轻灾害损失方面成效显著，但是其功能随时间的推移会逐渐降低，且与居住区的总体环境不相协调。于是，生态工程措施开始被引入到灾害拦防措施体系中。生态工程措施通过降水截留、土壤保持及调节产汇流量等途径来改变泥石流形成的水动力学条件，达到抑制泥石流起动的目的。植物根系可以固定土壤，增加土壤抗拉强度与抗剪强度，降低坡面产汇流过程中的土壤侵蚀和运移。植物枯枝落叶覆盖地表能避免土壤受到雨滴的直接冲击，同时降低地表水分径流量，减少土壤侵蚀，进而从坡面到流域尺度调控降雨－洪水径流与土壤侵蚀－产沙相互耦合关系，实现泥石流灾害的生态防灾与减灾功能。生态工程措施与岩土工程措施的综合运用成为山地灾害治理的更理想措施。

现有技术中，生态工程与岩土工程的综合防治措施主要存在两方面缺陷：其一、目前的生态工程措施规划设计主要以经验设计为主，缺乏定量化的设计方法，以及与岩土工程措施协同的技术指导，难以实现生态工程措施与岩土工程措施协同作用的优化配置。其二、由于受生长周期的影响，生态工程措施往往见效缓慢，大多需要几年或十几年才能发挥防治功效，在抢救性防灾减灾工程中并不能发挥即时效应，这要求生态工程措施的初期设计应当满足一定的条件，以使其能够尽快产生环境治理效益。这些问题在现有技术都尚未被解决。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种在山洪泥石流沟道形成区采用的拦砂坝的生态型组合。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合，其特征在于：在山洪泥石流沟道形成区构筑数量N≥2座拦砂坝，自上游至下游分别命名为第1,2,…,N座拦砂坝，第n(1<n≤N)座与第n-1座拦砂坝间距L_间距＝7L_s,n～13L_s,n，所述L_s,n依式1、式2计算确定：

H_n＝ζ^n-1εD₈₀ 式2

式中，L_s,n—第n座拦砂坝坝前回淤区域长度，单位m，

H_n—第n座拦砂坝坝高，单位m，

S_init,n—第n座拦砂坝坝址处原始沟床比降，％，现场调查确定，

ξ—计算系数，取值0.5～0.9，

ζ—计算系数，取值0.6～0.8，

ε—计算系数，取值5～8，

D₈₀—第1座拦砂坝前沟床特征粒径，单位m，现场调查确定。

上述拦砂坝生态组合首先通过现场调查获得各类资料数据。现场调查包括了针对工程所在山洪泥石流沟道现场的各种测绘、测量、模拟实验测试，以及历史灾害记录获取，以及有参照借鉴作用的经验数据获取等。根据地形数据划定山洪泥石流沟道的形成区，再在形成区布设拦砂坝生态组合。拦砂坝生态组合包括数量N≥2座拦砂坝，通过对相邻拦砂坝间距的设计，利用上游泥石流在拦砂坝坝前发生回淤现象产生的堆积体、改变沟道形态，使相邻拦砂坝在空间地形及各生态因子方面成为关联性组合体，营造相邻拦砂坝之间独特的环境条件作为生态工程措施的基础。

为了使上述拦砂坝生态组合产生层次递进的拦粗排细、调控峰值流量、拦挡泥石流物质的综合防治效果，拦砂坝一般采用透过性拦砂坝，其上泄流孔规格采用逐级设计思路。具体是，第1座拦砂坝泄流孔规格依式3、式4设计，沿沟道方向下游拦砂坝泄流孔高度与泄流孔宽度分别是其相邻上游拦砂坝泄流孔高度与泄流孔宽度的0.6倍～0.8倍。

泄流孔高度：a₁＝βD₈₀，β取值3～5 式3

泄流孔宽度：b₁＝αD₈₀，α取值1～1.5 式4

以上述拦砂坝生态组合为基础，本发明对技术方案进一步优化，引入不同植被类型，并对植被分布加以规划，进一步增强生态组合的效果。技术方案是：拦砂坝生态组合包含配套的生态工程措施，基本的生态工程措施是坝前生态工程措施，包括：，在沟道两岸，从拦砂坝起向上游L_s长度内配置灌草带；在沟道内，从拦砂坝的坝前回淤区域上游端起，自下游向上游依次配置3L_s～6L_s长度的灌草带、3L_s～6L_s长度的乔草带，L_s是坝前回淤区域长度。除基本的坝前生态工程措施以外，还可增设坝后生态工程措施，包括：在沟道两岸配，从拦砂坝起向下游L_b长度内配置灌草带；在沟道内，从拦砂坝的坝后冲刷坑下游端起，自上游向下游依次配置3L_b～6L_b长度的灌草带、3L_b～6L_b长度的乔草带，L_b是坝后冲刷坑长度，可依现场调查确定。坝前与坝后的生态工程措施，通过在相邻拦砂坝间的沟道空间内合理布设乔草带与灌草带，能够对山洪泥石流进行有效拦挡，并提高沟道糙率，减少沟岸物质参与山洪泥石流活动，以及提高沟道糙率，降低泥石流冲击力与流速，增强实现逐级消能效果。

第n座拦砂坝坝后冲刷坑长度L_b,n可依现场调查确定。本发明同时提供依式5测算该指标的方法：

式中，L_b,n—第n座拦砂坝坝后冲刷坑长度，单位m，

V_g,n—第n座拦砂坝泥石流过坝流速，单位m/s，现场调查确定或取值V_g,n＝V_c,n，

V_c,n—第n座拦砂坝选址处泥石流断面平均流速，单位m/s，现场调查确定，

h_n—第n座拦砂坝过坝泥深，单位m，现场调查确定或取值h_n＝h_df,n，

h_df,n—第n座拦砂坝选址处泥石流泥深，单位m，现场调查确定，

g—重力加速度，单位m/s²。

进一步地，为避免生态工程被泥石流淤埋以及生态工程中的植被根系被泥石流冲刷破坏成为河道中的潜在阻塞物料，生态工程措施中，在坝前回淤区域内与坝后冲刷坑内均可以不配置植被。

乔草带中，乔木呈品字型栽植，乔木株距0.6h_乔木～0.8h_乔木，h_乔木是乔草带乔木平均高度；灌草带中，灌木呈品字型栽植，灌木窝距0.4h_灌木～0.6h _灌木，h_灌木是灌草带灌丛平均高度，h_灌木>泥石流泥深h_df，h_df由现场调查确定。

在生态工程措施中，乔木具有重要的生态意义。但乔木具有生长周期长的特征，若配置不当则无法在拦砂坝生态组合中及时发挥防治作用。为此，本发明进一步提供生态工程措施中乔木的选用条件，具体是乔草带，乔木平均胸径D_乔木>乔木破坏临界直径D_max。该条件能够在保证乔草带乔木所能承受的最大弯矩M_乔木能够阻抗山洪泥石流冲击力。D_max依式6计算确定：

式中，D_max—乔木破坏临界直径，单位m，

σ—乔木木材顺纹抗压强度，单位为kN/m²，根据树种确定，

D—泥石流大块石直径，单位m，沿沟道方向上游第1座拦砂坝上游取值最大块石粒径D₁₀₀、第1座拦砂坝下游取值特征粒径D₈₀、第n座拦砂坝上游取值0.8^n-2D₈₀、第n座拦砂坝下游取值0.8^n-1D₈₀，F_大块石—泥石流大块石的冲击力，单位kN，现场调查确定， F_泥石流—泥石流冲击力，单位kN，现场调查确定。

上述F_大块石、F_泥石流也可分别依式7、式8计算确定：

式中，μ—动能折减系数，取值0.2～0.3，单位

V_c—泥石流断面平均流速，单位m/s，现场调查确定，

θ—乔木受泥石流冲击角度，单位°，取值90°，

W—泥石流大块石重量，单位kN，根据不同D依经验公式计算确定，

C₁、C₂—分别是泥石流大块石与乔木木材的弹性变形系数， C₁+C₂＝0.005，单位m/kN，

λ—形状系数，取1.0，

γ_c—泥石流重度，单位kN/m³，现场调查确定，

g—重力加速度，单位m/s²。

上述拦砂坝生态组合适用于拦砂坝选址处泥石流泥深h_df≤3m的山洪泥石流沟道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种通过设计相邻拦砂坝间距参数实现调节相邻拦砂坝间沟道小空间环境因子营造特殊生态空间的拦砂坝生态组合方案。与现有的沟道形成区拦砂坝方案相比，本发明拦砂坝生态组合方案在不增加工程投入与经济成本的前提下，借助常规泥石流防治工程措施的改进提供了一种新的形成区治理思路。(2)本发明拦砂坝生态组合在常规岩土工程措施的基础上，通过合理布置坝前坝后沟道及坡岸位置不同类型的生态工程措施，对泥石流进行有效拦挡，提高沟道糙率，减少沟岸物质参与泥石流活动，降低泥石流冲击力与流速，实现逐级消能，降低岩土工程结构损毁风险，提高工程结构使用寿命，实现对更大规模泥石流的防治，达到岩土工程措施与生态工程措施协同减灾的目的，有效保护了下游居民、道路、房屋等设施的安全。(3)本发明拦砂坝生态组合方案提供了泥石流生态防治措施的具体设计方案，为生态防治措施从经验定性型向指标定量型转变提供了新的基础。

附图说明

图1是山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合示意图(箭头示泥石流运动方向)。

图2是泄流孔规格含义示意图(图2a示俯视、图2b示侧视)。

图3是拦砂坝生态工程措施俯视结构示意图(箭头示泥石流运动方向，虚线框内示沟道两岸灌草带)。

图4是拦砂坝生态工程措施俯视侧视结构示意图(箭头示泥石流运动方向)。

图5是h_乔木、h_灌木、D_乔木指标含义示意图。

附图中的数字标记分别是：

1拦砂坝 2坝前回淤区域 3坝后冲刷坑 4乔草带乔木 5灌草带灌木 6泄流孔 7溢流口

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图1～图5所示，用本发明方法在某山洪泥石流沟道形成区设计一组拦砂坝生态组合。

某山洪泥石流沟流域面积9.4km²，为控制泥石流灾害，在形成区从上游到下游修建拦砂坝生态组合，用以控制沟道侵蚀。

图1是山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合示意图。在山洪泥石流沟道形成区内构筑数量2座透过性拦砂坝1，从上游到下游分别编号为第1座(即第n-1座)、第2座(即第n座)，两座拦砂坝1间距L_间距＝7L_s,2～13L_s,2。

现场调查确定各类数据，包括：

通过现场测量确定第2座拦砂坝坝址处原始沟床比降S_init,1＝S_init,2＝ 0.3；

通过现场筛分实验获取第1座拦砂坝1位置处的泥石流物质全颗粒级配曲线，确定最大粒径D₁₀₀＝2.0m、特征粒径D₈₀＝1.3m。

依据现场历史灾害记录，确定第1、2座拦砂坝坝址处泥石流泥深相同h_df,1＝h_df,2＝h_df＝0.8m，第1、2座拦砂坝1处泥石流断面平均流速相同 V_c,1＝V_c,2＝V_c＝5.2m/s，泥石流沟道中泥石流重度γ_c＝16kN/m³；

根据现有技术确定泥石流大块石重量W经验计算式

(式中，ρ为大块石容重，单位kN/m³，经验取值ρ＝27kN/m³，其他参数含义同前)，银杉(Cathaya argyrophyllaChun et Kuang)木材顺纹抗压强度σ＝31000kN/m²。

拦砂坝生态组合中各参数设计如下：

1、设计两座拦砂坝间距L_间距

将n＝1，D₈₀＝1.3m、ε＝5、S_init,1＝0.3、ξ＝0.5代入式1、式2，计算有第1座拦砂坝坝高H₁＝6.5m、坝前回淤区域2长度L_s,1＝43.3m。

将n＝2，D₈₀＝1.3m、ζ＝0.8、ε＝5、S_init,2＝0.3、ξ＝0.5代入式1、式 2，计算有第2座拦砂坝坝高H₂＝5.2m、坝前回淤区域2长度L_s,2＝34.7 m。

在7L_s,2～13L_s,2取值范围内，根据地形与施工条件最终确定两座拦砂坝1间距L_间距＝278m。

2、设计两座拦砂坝间距泄流孔规格

图2是泄流孔规格含义示意图(图2a示俯视、图2b示侧视)。

根据泥石流物质全颗粒级配曲线，块石整体体积偏小，应当采用小开口参数(即α、β取值偏小)，具体取值β＝3、α＝1。

第1座拦砂坝：将D₈₀＝1.3m、β＝3、α＝1代入式3、式4，计算有泄流孔高度a₁＝3.9m、泄流孔宽度b₁＝1.3m；

第2座拦砂坝：第2座拦砂坝泄流孔高度与宽度分别取值第1座拦砂坝对应指标的0.8倍。计算有泄流孔高度a₂＝3.12m、泄流孔宽度 b₂＝1.04m。

3、拦砂坝生态工程措施设计

在两座拦砂坝前后增设生态工程措施，包括坝前生态工程措施与坝后生态工程措施。图3是拦砂坝生态工程措施俯视结构示意图(虚线框内示沟道两岸灌草带)、图4是拦砂坝生态工程措施俯视侧视结构示意图。

坝前生态工程措施：在拦砂坝1上游，在沟道两岸，从拦砂坝1至坝前L_s长度内配置灌草带5；在沟道内，从坝前回淤区域2上游端起，自下游向上游依次配置3L_s～6L_s长度(图3、图4中标示长度L₁)的灌草带5、3L_s～6L_s长度(图3、图4中标示长度L₂)的乔草带4。

坝后生态工程措施：在拦砂坝1下游，在沟道两岸，从拦砂坝1至坝后L_b长度内配置灌草带5；在沟道内，从坝后冲刷坑3下游端起，自上游向下游依次布置3L_b～6L_b长度(图3、图4中标示长度L₃)的灌草带 5、3L_b～6L_b长度(图3、图4中标示长度L₄)的乔草带4。

第1座拦砂坝：将V_g,1＝V_c,1＝5.2m/s、H₁＝6.5m、h₁＝h_df,1＝0.8m代入式 5，计算有第1座拦砂坝坝后冲刷坑3长度L_b,1＝9.27m。

第2座拦砂坝：将V_g,2＝V_c,2＝5.2m/s、H₂＝5.2m、h₂＝h_df,2＝0.8m代入式 5，计算有第2座拦砂坝坝后冲刷坑3长度L_b,2＝8.04m。

以第1座拦砂坝生态工程措施为例，拦砂坝1上游沟道两岸配置灌草带5长度L_s,1＝43.3m，拦砂坝1上游沟道内配置灌草带5长度L₁＝3 L_s,1＝130m、配置乔草带4长度L₂＝3L_s,1＝130m；拦砂坝1下游沟道两岸配置灌草5带长度L_b,1＝9.27m，拦砂坝1下游沟道内配置灌草带5长度 L₃＝3L_b,1＝28m、配置乔草带4长度L₄＝3L_b,1＝28m。

乔草带4中，乔木呈品字型栽植，乔木株距0.6h_乔木～0.8h_乔木，h_乔木是乔草带乔木平均高度；灌草带5中，灌木呈品字型栽植，灌木窝距0.4h _灌木～0.6h_灌木，h_灌木是灌草带灌丛平均高度，h_灌木>泥石流泥深h_df＝0.8m。本实施方式中，乔草带的乔木选择银杉，灌草带的灌木选择黄杨(Buxus sinica)。在坝前回淤区域2内与坝后冲刷坑3内均不配置植被。图5是 h_乔木、h_灌木、D_乔木指标含义示意图。

乔木的配置要求还包括乔木平均胸径D_乔木>乔木破坏临界直径D_max。根据规则，计算中所需泥石流大块石直径D值为：第1座拦砂坝上游取值最大块石粒径D₁₀₀＝2.0m、第1座拦砂坝下游取值特征粒径D₈₀＝1.3m、第2座拦砂坝上游泥石流大块石直径D＝0.8^n-2D₈₀＝1.3m、第2座拦砂坝下游泥石流大块石直径D＝0.8^n-1D₈₀＝1.04m。

以第1座拦砂坝坝前乔草带为例：将

V_c＝5.2m/s、θ＝ 90°、W＝110.8KN、C₁+C₂＝0.005KN/m、λ＝1.0、γ_c＝16kN/m³、g＝9.8m/s²代入式7、式8，计算有F_大块石＝234.6KN、F_泥石流＝35.3KN，再与σ＝31000 kN/m²、D＝2.0m、h_df＝0.8m代入式6，计算有D_max＝0.434m。故本实施方式中，需保证第1座拦砂坝坝前乔草带中银杉平均胸径D_乔木>0.434m。根据需要选择移植银杉植株。

实施例二

用本发明方法在某山洪泥石流沟道形成区设计一组拦砂坝生态组合。与实施例一中相同内容不再重复。

某泥石流沟流域面积16.7km²，为控制泥石流灾害，修建一组拦砂坝生态组合，采用生态工程措施与岩土工程措施协同控制沟道侵蚀的防治方法。拦砂坝生态组合包括3座拦砂坝1，从上游到下游分别编号为第1 座、第2座、第3座。

现场调查确定各类数据，包括：

通过现场测量确定第2座拦砂坝坝址处原始沟床比降S_init,1＝S_init,2＝0.2；

通过现场筛分实验获取第1座拦砂坝位置处的泥石流物质全颗粒级配曲线，确定最大粒径D₁₀₀＝3.0m、特征粒径D₈₀＝2.2m。

依据现场历史灾害记录，确定第1、2、3座拦砂坝坝址处泥石流泥深相同h_df,1＝h_df,2＝h_df,3＝h_df＝1.4m，第1、2、3座拦砂坝处泥石流断面平均流速相同V_c,1＝V_c,2＝V_c,3＝V_c＝6.5m/s，泥石流沟道中泥石流重度γ_c＝21 kN/m³；

根据现有技术确定泥石流大块石重量W经验计算式同实施例一，银杉木材顺纹抗压强度σ＝31000kN/m²。

拦砂坝生态组合中各参数设计如下：

1、第1、2座拦砂坝组合设计

1.1设计拦砂坝间距L_间距

采用与实施例一相同的计算，有：

有第1座拦砂坝坝高H₁＝17.6m、坝前回淤区域2长度L_s,1＝176m。

第2座拦砂坝坝高H₂＝14.08m、坝前回淤区域2长度L_s,2＝140.8 m。

在7L_s,2～13L_s,2取值范围内，根据地形与施工条件最终确定第1、2座拦砂坝1间距L_间距＝1267m。

1.2设计第1、2座拦砂坝间距泄流孔规格

根据泥石流物质全颗粒级配曲线，块石整体体积偏小，应当采用大开口参数(即α、β取值偏大)，具体取值β＝5、α＝1.5。

采用与实施例一相同计算，有

第1座拦砂坝：泄流孔高度a₁＝11m、泄流孔宽度b₁＝3.3m；

第2座拦砂坝：泄流孔高度a₂＝8.8m、泄流孔宽度b₂＝2.64m。

1.3设计第1、2座拦砂坝生态工程措施

坝前生态工程措施、坝后生态工程措施结构同实施例一。

与实施例一相同的计算，有第1座拦砂坝坝后冲刷坑3长度 L_b,1＝20.22m，第2座拦砂坝坝后冲刷坑3长度L_b,2＝17.46m。

生态工程措施中，各类植物物种选择同实施例一。

乔木的配置要求还包括乔木平均胸径D_乔木>乔木破坏临界直径D_max。

根据规则，计算中所需泥石流大块石直径D值为：第1座拦砂坝上游取值最大块石粒径D₁₀₀＝3.0m、第1座拦砂坝下游取值特征粒径D₈₀＝2.2 m、第2座拦砂坝上游泥石流大块石直径D＝0.8^n-2D₈₀＝2.2m、第2座拦砂坝下游泥石流大块石直径D＝0.8^n-1D₈₀＝1.76m。

以第1座拦砂坝坝前乔草带为例，与实施例一方法相同计算有F_大块石＝538.8KN、F_泥石流＝126.8KN、D_max＝0.665m。故需保证此处乔草带中银杉平均胸径D_乔木>0.665m。

2、第2、3座拦砂坝组合设计

2.1设计第2、3座拦砂坝间距L_间距

采用与实施例一相同方法，计算有第3座拦砂坝坝高H₃＝11.26m、坝前回淤区域2长度L_s,3＝112.6m。

在7L_s,3～13L_s,3取值范围内，根据地形与施工条件最终确定第2、3座拦砂坝间距L_间距＝1010m。

2.2设计第3座拦砂坝间距泄流孔规格

第3座拦砂坝：第3座拦砂坝泄流孔高度与宽度分别取值第2座拦砂坝1对应指标的0.8倍。计算有泄流孔高度a₃＝7.04m、泄流孔宽度b₃＝2.11m。

2.3设计第2、3座拦砂坝生态工程措施

坝前生态工程措施、坝后生态工程措施结构及各类植物物种选择同实施例一。

与实施例一相同的计算，有第3座拦砂坝坝后冲刷坑3长度 L_b,3＝15.12m。

乔木的配置要求还包括乔木平均胸径D_乔木>乔木破坏临界直径D_max。

根据规则，计算中所需泥石流大块石直径D值为：第3座拦砂坝上游泥石流大块石直径D＝0.8^3-2D₈₀＝1.76m、第3座拦砂坝1下游泥石流大块石直径D＝0.8^3-1D₈₀＝1.41m。

以第3座拦砂坝坝后乔草带为例：采用实施例一相同计算过程，有 F_大块石＝173.5KN、F_泥石流＝126.8KN、D_max＝0.41m。故需保证乔草带中银杉平均胸径D_乔木>0.41m。根据需要选择移植银杉植株。

Claims (10)

1.山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合，其特征在于：在山洪泥石流沟道形成区构筑数量N≥2座拦砂坝(1)，自上游至下游分别命名为第1,2,…,N座拦砂坝(1)，第n(1<n≤N)座与第n-1座拦砂坝(1)间距L_间距＝7L_s,n～13L_s,n，所述L_s依式1计算确定：

H_n＝ζ^n-1εD₈₀ 式2

式中，L_s,n—第n座拦砂坝坝前回淤区域长度，单位m，

H_n—第n座拦砂坝坝高，单位m，

S_init,n—第n座拦砂坝坝址处原始沟床比降，％，现场调查确定，

ξ—计算系数，取值0.5～0.9，

ζ—计算系数，取值0.6～0.8，

ε—计算系数，取值5～8，

D₈₀—第1座拦砂坝前沟床特征粒径，单位m，现场调查确定。

2.根据权利要求1所述拦砂坝生态组合，其特征在于：所述拦砂坝(1)是透过性拦砂坝；第1座拦砂坝泄流孔规格依式3、式4设计，沿沟道方向下游拦砂坝泄流孔高度与泄流孔宽度分别是其相邻上游拦砂坝泄流孔高度与泄流孔宽度的0.6倍～0.8倍，

泄流孔高度：a₁＝βD₈₀，β取值3～5 式3

泄流孔宽度：b₁＝αD₈₀，α取值1～1.5 式4。

3.根据权利要求1所述的拦砂坝生态组合，其特征在于：还包含生态工程措施，所述生态工程措施是坝前生态工程措施，包括：在沟道两岸，从拦砂坝(1)起向上游L_s长度内配置灌草带；在沟道内，从拦砂坝(1)的坝前回淤区域(2)上游端起，自下游向上游依次配置3L_s～6L_s长度的灌草带、3L_s～6L_s长度的乔草带，L_s是坝前回淤区域(2)长度。

4.根据权利要求3所述的拦砂坝组合，其特征在于：所述生态工程措施还包括坝后生态工程措施，包括：在沟道两岸配，从拦砂坝(1)起向下游L_b长度内配置灌草带；在沟道内，从拦砂坝(1)的坝后冲刷坑(3)下游端起，自上游向下游依次配置3L_b～6L_b长度的灌草带、3L_b～6L_b长度的乔草带，L_b是坝后冲刷坑(3)长度。

5.根据权利要求4所述的拦砂坝组合，其特征在于：坝后冲刷坑(3)长度依式5计算确定：

式中，L_b,n—第n座拦砂坝坝后冲刷坑长度，单位m，

V_g,n—第n座拦砂坝泥石流过坝流速，单位m/s，现场调查确定或取值V_g,n＝V_c,n，，

V_c,n—第n座拦砂坝选址处泥石流断面平均流速，单位m/s，现场调查确定，

h_n—第n座拦砂坝过坝泥深，单位m，现场调查确定或取值h_n＝h_df,n，

h_df,n—第n座拦砂坝选址处泥石流泥深，单位m，现场调查确定，

g—重力加速度，单位m/s²。

6.根据权利要求3或4所述的拦砂坝组合，其特征在于：所述生态工程措施中，在坝前回淤区域(2)内与坝后冲刷坑(3)内均不配置植被。

7.根据权利要求3或4所述的拦砂坝组合，其特征在于：所述乔草带中，乔木呈品字型栽植，乔木株距0.6h_乔木～0.8h_乔木，h_乔木是乔草带乔木平均高度；所述灌草带中，灌木呈品字型栽植，灌木窝距0.4h_灌木～0.6h_灌木，h_灌木是灌草带灌丛平均高度，h_灌木>泥石流泥深h_df。

8.根据权利要求3或4所述的拦砂坝生态组合，其特征在于：所述乔草带中，乔木平均胸径D_乔木>乔木破坏临界直径D_max，所述D_max依式4计算确定：

式中，D_max—乔木破坏临界直径，单位m，

σ—乔木木材顺纹抗压强度，单位为kN/m²，根据树种确定，

D—泥石流大块石直径，单位m，沿沟道方向上游第1座拦砂坝上游取值最大块石粒径D₁₀₀、第1座拦砂坝下游取值特征粒径D₈₀、第n座拦砂坝上游取值0.8^n-2D₈₀、第n座拦砂坝下游取值0.8^n-1D₈₀，

F_大块石—泥石流大块石的冲击力，单位kN，现场调查确定，

F_泥石流—泥石流冲击力，单位kN，现场调查确定。

9.根据权利要求8所述的拦砂坝生态组合，其特征在于：所述F_大块石、F_泥石流分别依式7、式8计算确定：

式中，μ—动能折减系数，取值0.2～0.3，单位

V_c—泥石流断面平均流速，单位m/s，现场调查确定，

θ—乔木受泥石流冲击角度，单位°，取值90°，

W—泥石流大块石重量，单位kN，根据不同D依经验公式计算确定，

C₁、C₂—分别是泥石流大块石与乔木木材的弹性变形系数，C₁+C₂＝0.005，单位m/kN，

λ—形状系数，取1.0，

γ_c—泥石流重度，单位kN/m³，现场调查确定，

g—重力加速度，单位m/s²。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、9任一所述的拦砂坝生态组合，其特征在于：适用于泥石流泥深h_df≤3m的山洪泥石流沟道。

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