自清淤虹吸排水技术在泥石流防治中的应用研究

Abundant water source and loose materials in an ideal basin is the basic forming conditions of debris flow, among which hydrodynamic condition is considered to be the changable environment factor for debris flow initiating. If peak flow produced by a heavy rainfall can be eliminated, initiation of super hydrodynamic condition will be subsequently restricted. Consequently initiation of debris flow could be effectively prevented. Nowadays gravity current methods for water interception and drainage are widely used in practical projects, which have disadvantages of large cubage of excavation, low drainage efficiency, and that sedimentation of materials carried by debris flow often results in ineffectiveness of structures for water interception and drainages. As a result it is very important to explore a self-dredging method of water interception and drainage for guaranteeing long-term efficiency of debris flow control engineering. In this project based on analyzing characteristics of debris flow siphon will be used to bypass the supernormal water in debris flow gully in order to eliminate hydrodynamic condition of flood peak. The following works are included in this project. Exploring an analysis method which can estimate the requirements for controlling allowable water quantity in debris flow gully; seeking methods which can determine optimal position of bypass flood and reasonable type of soil-water separation structure; establishing analysis and calculate method to determine design parameters of siphon pipeline system; developing in-situ tests of self-desilting siphon system of water interception and drainage to verify the exactness of analysis and calculate theories.

充沛的水源、丰富的松散固体物质和有利的流域形态是泥石流形成的基本条件，其中水动力条件是诱发泥石流启动的环境变化因素。如果能够消除暴雨产生的洪峰水流，限制超强水动力条件出现，就能有效地防止泥石流灾害的发生。目前的泥石流截排水技术手段，都是采用重力流形式，不仅土石方工程量大、排水效率低，而且泥石流的高携沙量常常使截排水结构由于淤积而失效。探索具有自清淤能力的截排水技术，对确保泥石流防治工程的长期有效十分重要。本项目研究以泥石流运动特征分析为基础，利用虹吸分流控制潜在泥石流沟的超常水流量，消除洪峰水动力条件。主要研究内容包括：根据泥沙沉积搬运理论，探索泥石流沟允许水流量控制要求的分析方法；根据流域水动力发展特征，寻求洪水分流最优位置选择方法和水石分离合理结构形式确定方法；建立虹吸管路系统设计技术参数的分析计算方法；开展自清淤虹吸排水技术方法的现场应用测试，验证分析计算理论的正确性。

我国是泥石流灾害频发的国家，远距离流动和致灾体快速增强的泥石流特性，给环境安全造成了极大的威胁。如能消减暴雨产生的洪峰水流，限制超强水动力条件出现，就能有效防止泥石流灾害的发生。目前的泥石流截排水技术大多采用重力流形式，不仅土石方工程量大、排水效率低，且易因淤积而失效，故截排水系统的自清淤能力对泥石流防治工程的长期有效十分重要。.项目研究以泥石流运动特征分析为基础，利用虹吸分流控制潜在泥石流沟的超常水流量，消除洪峰水动力条件。针对泥石流的固液两相流物性特征，通过在泥石流的形成区或流通区沟谷内布设分流系统，实现水石分离。利用具有自清淤能力的虹吸排水技术，把泥石流沟内分离出的洪水排泄到下游安全沟谷内，减小泥石流沟的水动力条件。主要研究内容：泥石流沟允许水流量分析、合理分流系统结构形式研究、虹吸管路系统设计参数分析、自清淤虹吸排水技术现场应用测试等四个方面。.基于山区小流域降雨径流实时监测，通过灰色关联分析，揭示影响径流因子的影响度排序，建立移动最小二乘法（MLS）径流和流速预测模型；得出汇水动力区接触松散堆积物前的均匀流水深h与粗颗粒层移运动厚度z的关系式，确定了防止水石流发生对应的临界流量Q；设计了斜倾盖板水石分流池；揭示了虹吸分流池的流场及水流引起的池底切应力及自清淤能力；针对不同坡体形态，提出了弯管连接布置的虹吸管排水能力计算公式；建立了以虹吸排水控制沟谷洪峰流量的泥石流防治示范工程，历经雨季考验效果良好。.建立的虹吸排水控制沟谷洪峰流量的泥石流防治新方法，可实现泥石流形成和流通过程的有效控制，解决不同规模泥石流沟的治理问题，且施工简便；虹吸排水将重力流转变为满管流，排水效率提高；虹吸产生的抽吸作用能防止分流池和管道淤积，使排水工程使用的耐久性大大提高；虹吸式排水管安装方便；不涉及大规模的土石方工程，工程造价低，对环境影响小，可望在泥石流灾害治理中发挥积极作用。