CN114960536B - 一种堰塞坝早期预设处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种堰塞坝早期预设处理装置和方法，在预测或监测存在潜在滑坡等风险河段的河床底部布置多条管身带有出水孔的预设花管，并通过交汇段与设有控制闸的下游出水口相连。通过循环启、闭出水口控制闸，交替形成排水通道、渗透破坏通道，在控制上游水位的同时，利用渗透破坏原理使堰塞坝循环发生管涌、坡体滑塌等破坏，最终实现渗透水力自动拆除堰塞坝。与现有技术相比，本发明通过下游出水口控制闸实现了对预设结构的有效控制，操作简单、节约资源，在滑坡堵江灾害发生时响应迅速，及时产生效应，持续保障风险河谷上下游安全。

Description

一种堰塞坝早期预设处理装置和方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种用于存在潜在滑坡、崩塌或泥石流风险河段的堰塞坝早期预设处理装置和方法。

背景技术

堰塞湖是因山体滑坡、崩塌、泥石流等堵塞河道，贮水形成的一种天然湖泊，堰塞坝是崩滑体土石材料快速堆积形成堵塞河道的天然堆积体。这种天然堰塞坝没有经过充分固结，结构松散，组成材料分布极不均匀，在物质结构、几何形态、安全稳定、抗冲刷能力等方面差异较大，局部存在大颗粒骨架架空，具有稳定性差、渗透性强的特点。加之堵塞河道，上游水位迅速升高，不仅会给上游造成淹没灾害，而且堰塞坝受冲刷、侵蚀极易发生崩塌、失稳、溃坝，造成严重的洪水灾害。

堰塞坝事件在全球范围内频繁发生，尤其我国西南地区，地质构造运动强烈，地震频发，更是堰塞坝事件的高发区。特别近二十年来，受全球气候变暖，地质构造活跃，强震暴雨等极端天气多发以及人类工程活动不断延伸等诸多影响，我国堰塞坝事件发生数量呈现集中暴增趋势。堰塞湖的存在时刻威胁着下游居民的生命财产以及工程安全，制约着正常的社会经济活动。

目前对于堰塞坝治理的研究集中在工程应急措施上，包括自然过流、开挖泄水槽、开挖引水泄流洞、湖水抽排、爆破处置等，对存在潜在滑坡、崩塌或泥石流风险河段的早期预设处理措施的研究鲜有报道。实际上，一旦风险河谷发生灾害堵江形成堰塞坝，引发的淹没和洪水等次生灾害的破坏力远大于滑坡灾害本身。采用传统工程应急措施均是堰塞坝形成之后，不仅需克服自身适用性限制，而且当地交通往往被中断，抢险工作受周遭环境恶劣、基础资料不足、地点偏远、施工紧迫等因素制约，并且处置过程中对应着水位上升、囤蓄水量剧增从而风险加大的现实，即便最终成功处置，溃堰洪水导致的下游灾害也相当惊人。因此，堰塞坝早期预设处理措施的研究十分必要。

本发明以前，CN 111206536A公开了一种堵江滑坡的河道预设导流管应急处置，但该方法的预设导流管仅能抑制堰塞湖水位上涨，完全不具备拆除堰塞体的功效，后续依然需要大型机械开挖等人工拆除堰塞坝；CN111945654B公开了一种堰塞湖早期处置的预设结构，但该结构设计将进水口控制闸设置在整个装置的上游侧，一方面堰塞湖水位上涨可能淹没进水口，影响该进水口的操控，另一方面，预设花管泄流的时候，管身上下游相邻出水孔之间水头损失小、压差小，管外顺流向渗流的水力梯度也较小，影响管外周散粒堰塞土体的渗透破坏效果，甚至若该水力梯度一旦小于管涌发生的临界渗透坡降时，无法达到该专利所预计的拆除堰塞体的功能，也仅仅起到泄流控制堰塞湖水位的作用。

发明内容

为克服现有技术弊端，本发明提供一种堰塞坝早期预设处理装置和方法。

本发明采用的技术方案是：一种堰塞坝早期预设处理装置，包括多条平行的管身带有梅花形间隔布设出水孔的预设花管与花管交汇段相连，花管交汇段下游连接出水口，出水口设有控制闸。

堰塞坝早期预设处理方法，包括步骤一至步骤五：

步骤一：滑坡灾害发生前，在预测或监测滑坡风险河段的河床底部布置上述装置，并关闭下游出水口所设控制闸，避免泥砂淤积预设花管或发生结构磨损；

步骤二：滑坡灾害发生后，堰塞坝掩埋预设花管主体，堰塞湖水位上升，迫使压力水流从预设花管管身的出水孔冲出并冲刷管周的松散堆积物，其中的细颗粒流失诱发土体管涌和堰塞坝坡体滑塌；堰塞湖水位上升越多，这种渗透破坏、冲蚀拆除堰塞体的效应越强；

步骤三：堰塞坝上游水位上升至阈值1，打开下游出水口控制闸，迅速排水以降低堰塞湖水位；

步骤四：上游水位降低至阈值2，再次关闭下游出水口控制闸，再次迫使压力水流从管身出水孔冲出，继续冲刷、渗透破坏堰塞坝；

步骤五：重复步骤三与步骤四，在控制上游水位的同时，使堰塞坝发生循环的管涌和坡体滑塌并逐渐塌陷的渐进式破坏，最终实现自动拆除；进一步，通过闸门的快速操作，使预设花管沿程产生水击压力，加剧出水孔后的渗透破坏效果，提高堰塞坝的处置效率；

其中，阈值1确定：以下游距离风险河谷最近的梯级工程为防护对象，选择作用水头为堰塞坝溃坝下游淹没风险承担极限；阈值2确定：计算土体管涌发生的临界水力梯度，并使下游坡脚最大水力梯度大于临界水力梯度以确定最低作用水头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）控制闸设置在下游，也会处于堰塞坝的下游，不受堰塞湖水位上涨影响，可以安全、灵活操控整个处置过程；

（2）通过循环启、闭下游出水口控制闸，实现对预设结构的有效控制，保证上游具备充分的水头压力、预设花管出水孔后具备充分的渗透水压力，持续产生散粒堰塞土体的渗透破坏和冲蚀拆除，确保能在控制住上游水位的同时，使堰塞体逐渐塌陷冲蚀，最终自动拆除；

（3）进一步，通过闸门的快速操作，可以在预设花管沿程产生水击压力，加剧出水孔后的渗透破坏效果，从而提高堰塞坝的处置效率。

附图说明

图1是本发明的结构布置俯视图。

图2是本发明的预设结构立体图。

图3是本发明的预设花管细部图。

图4是本发明的出水口细部图。

1——出水孔；2——预设花管；3——花管交汇段；4——下游出水口；5——控制闸；6——堰塞坝；7——河床。

具体实施方式

本发明设计的一种堰塞坝早期预设处理装置和方法，其结构组成为在预测或监测存在潜在滑坡、崩塌或泥石流风险河段的河床底部布置多条平行的管身带有梅花形间隔布设出水孔的预设花管并通过花管交汇段与设有控制闸的下游出水口相连。

预设花管长通过地勘评估根据风险河谷长度确定，首尾端分别超出风险段一定距离；各预设花管水平间隔约20~30m，布置数量以及管道直径根据实测流量或水文资料通过恒定水头自由出流公式计算预设花管过水能力确定；梅花形间隔出水孔孔径6~12cm，孔距1~2m，排距1~3m，根据风险河谷类型和风险等级不同有所变化。

利用所述装置的堰塞坝早期预设处理方法如下：

步骤一：滑坡灾害发生前，在风险河段的河床底部布置上述装置，并关闭下游出水口所设控制闸，避免泥砂淤积管道或产生结构磨损；

步骤二：滑坡灾害发生后，碎屑流初步堆积形成的堰塞坝掩埋了预设花管主体。堰塞湖水量不断累积，上游水压力迅速升高，迫使压力水流从预设花管管身的出水孔冲出。从出水孔孔洞冲出的压力水流冲刷管周的堰塞坝松散堆积物，先诱发下游渗流出口土体管涌，管涌通道持续扩大并向上游发展，通道处细颗粒流失导致土体抗剪强度和粘聚力降低，引发堰塞坝坡体塌滑，渗流路径变短；

步骤三： 当堰塞坝上游水位上升至阈值1时，打开下游出水口控制闸，迅速排水控制水位，防止造成上游淹没损失或一旦溃坝造成下游不可接受的洪水灾害；

步骤四：上游水位降低至阈值2后，再次关闭下游出水口控制闸，上游水压力升高迫使压力水流经出水孔孔洞再次冲刷、渗透破坏堰塞坝。在渗流作用下，碎屑流不断被水流冲走，塌滑后的堰塞坝进入下一轮管涌和坡体塌滑；

步骤五：重复步骤三与步骤四，在控制上游水位的同时，使堰塞坝发生循环的管涌和坡体滑塌并逐渐塌陷的渐进式破坏，最终实现自动拆除；进一步，通过闸门的快速操作，使预设花管沿程产生水击压力，加剧出水孔后的渗透破坏效果，提高堰塞坝的处置效率。

其中，阈值1确定：以下游距离风险河谷最近的梯级工程为防护对象，选择作用水头为堰塞坝溃坝下游淹没风险承担极限；阈值2确定：计算土体管涌发生的临界水力梯度，并使下游坡脚最大水力梯度大于临界水力梯度以确定最低作用水头。

Claims (1)

1.一种堰塞坝早期预设处理方法，包括一种堰塞坝早期预设处理装置，所述装置包括多条平行的管身带有梅花形间隔布设出水孔（1）的预设花管（2）与花管交汇段（3）相连，设有控制闸（5）的下游出水口（4）连接在花管交汇段（3）下游；其特征在于：处置方法包括步骤一至步骤五：

步骤一：滑坡灾害发生前，在预测或监测滑坡风险河段的河床（7）底部布置所述装置，并关闭下游出水口（4）所设控制闸（5），避免泥砂淤积预设花管（2）或结构磨损；

步骤二：滑坡灾害发生后，堰塞坝（6）掩埋预设花管（2）主体，堰塞湖水位上升，迫使压力水流从预设花管（2）管身的出水孔（1）冲出并冲刷管周的松散堆积物，其中的细颗粒流失诱发土体管涌、堰塞坝（6）坡体滑塌破坏；

步骤三：堰塞坝（6）上游水位上升至阈值1，打开下游出水口（4）所设控制闸（5），迅速排水以降低上游水位；

步骤四：上游水位降低至阈值2，再次关闭下游出水口（4）所设控制闸（5），迫使压力水流从出水孔（1）冲出，再次冲刷、渗透破坏堰塞坝（6）；

步骤五：重复步骤三与步骤四，在控制上游水位的同时，使堰塞坝（6）发生循环的管涌和坡体滑塌并逐渐塌陷的渐进式破坏，最终实现自动拆除；

其中，阈值1确定：以下游距离风险河谷最近的梯级工程为防护对象，选择作用水头为堰塞坝（6）溃坝下游淹没风险承担极限；阈值2确定：计算土体管涌发生的临界水力梯度，并使下游坡脚最大水力梯度大于临界水力梯度以确定最低作用水头。

Images