堰塞湖引流槽快速设计方法与流程

1.本发明涉及山洪地质灾害中的高风险堰塞湖应急处置，具体而言是堰塞湖引流槽快速设计方法。


背景技术：

2.堰塞湖作为高山峡谷地区一种重大地质灾害，主要是在地震、强降雨等动力地质作用下造成窄深河段岸坡松散碎屑物质滚落至河道，形成滑坡、坍塌或泥石流，堵塞天然河道形成的天然湖泊，其中滚落至天然河道的碎屑堆积体则称为堰塞体。因堰塞体拦阻天然河道，造成堰塞湖出入库流量不平衡，因此堰塞湖库水位极易在短时间内持续雍高上涨，甚至漫顶溃决，形成极具破坏力的非常态溃决洪峰，严重损害沿岸人民群众生命财产安全。
3.科研学者根据众多堰塞湖历时案例，发现50%以上的堰塞湖将在1个月之内漫顶溃决，30%的堰塞湖甚至在1周之内溃决。此外堰塞湖地处高山峡谷深处人迹罕至之处，水文信息匮乏、水陆交通险阻，应急处置窗口期极为短暂，因此，堰塞湖应急处置的难度极高。
4.针对堰塞湖，当前广泛采用爆破拆除堰塞体、抽排湖水和引流槽等工程措施来缓和堰塞湖险情。
5.爆破拆除堰塞体通常需要进行专门设计，否则极易诱发堰塞体两侧山体引发更大规模滑坡，且爆破器材、油料等危险品运输、存储及使用需要制定严格的管理制度。
6.抽排湖水通过高强度大方量水泵（5m3/s左右）强排堰塞湖囤蓄水体， 以达到降低或缓和堰塞湖库水位，显然，抽排湖水主要适用于天然入库流量相对较小（低于50m3/s）的中低风险堰塞湖，而针对天然入库流量较大（高于50m3/s）的高风险或极高风险堰塞湖，抽排湖水作用有限。
7.堰塞湖应急处置实践说明，疏通开挖引流槽能有效降低堰塞体过水高程、最大雍高水位及溃决洪峰，是当前应用最为广泛、效果相对最佳的工程措施，尤其适用于高风险或极高风险堰塞湖。引流槽除险技术是在堰塞体顶部通过大型机械设备开挖堰塞体、形成纵向泄流明渠，引导堰塞湖雍高漫顶水流沿泄流明渠过流、纵向冲刷掏蚀堰塞体坝坡面，直至堰塞体渐进式坍塌溃决，从而避免更大雍高水头冲刷掏蚀堰塞体引起堰塞体瞬溃坍塌以及堰塞湖囤蓄洪水倾盆而下。
8.对于堰塞湖引流槽的结构形式，目前尚无设计标准。通常是根据堰塞湖应急处置现场人员的经验选取堰塞体垭口、堰塞体细颗粒砂石料集中部位或抗冲能力相对薄弱部位布置引流槽，以便快速开挖堰塞体、节省开挖工程量，但引流槽结构形式抉择仅仅只考虑堰塞体物质结构组成，而鲜于考虑堰塞湖应急处置窗口期以及大型机械设备开挖能力等众多现场因素，因而堰塞湖横纵断面结构相对单一，引流槽纵向多采用均匀缓坡，引流槽横向则多采用宽缓梯形断面。另外，也难以在短时间内有效地确定引流槽的结构形式。
9.尽管上述引流槽结构形式布置能一定程度降低堰塞湖最大雍高水位、削减溃决洪峰，但如何在有限的应急处置窗口期内、高效发挥机械设备开挖施工效率、最大限量开挖引流槽，优化引流槽结构形式仍然是困扰科研学者及现场施工人员的难题。
10.针对现有技术的上述不足，本发明提出了堰塞湖引流槽快速设计方法。采用本发明，能结合堰塞湖应急处置窗口期、单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量以及堰塞体物质结构组成，快速确定引流槽横、纵断面的结构形式，最大限度开挖堰塞体，尽可能降低堰塞体过水高程，从而实现堰塞湖快速过流。


技术实现要素：

11.本发明的目的是提供堰塞湖引流槽快速设计方法，以结合堰塞湖应急处置窗口期、单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量以及堰塞体物质结构组成，快速确定引流槽横、纵断面的结构形式，最大限度开挖堰塞体，尽可能降低堰塞体过水高程，从而实现堰塞湖快速过流。
12.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种堰塞湖引流槽快速设计方法，包括以下步骤：确定堰塞湖入库流量q0及库容—水位关系曲线，推算堰塞湖库水位壅高至堰塞体顶部时间，即应急处置窗口期t
max
；确定堰塞体几何形态及物质结构组成，根据应急处置窗口期t
max
及堰塞体物质结构组成确定引流槽横、纵断面结构形式；根据现场交通、应急处置能力及可用挖掘设备，评估单位时间内堰塞体开挖转运砂石料工程量w0；布置引流槽纵向轴线，结合引流槽结构形式确定引流槽开挖深度，推求堰塞体开挖方量v、开挖耗时t
开
及相应堰塞湖蓄水时间t
蓄
；设定堰塞体开挖耗时安全系数f
安
；待堰塞湖蓄水时间与堰塞体开挖耗时相一致时，即t
开
=f
安
t
蓄
时，堰塞体可达到最大开挖工程量，引流槽可达到最大开挖深度h
max
。
13.具体包括：s1.确定堰塞体堵截河道在该河段天然下泄流量；s1.1.在堰塞湖上游10km范围内的水文站，读取堰塞体堵截河道在该河段天然下泄流量，记为q0；s1.2.若步骤s1.1所述水文站不存在,则在堰塞湖库区选取典型河道断面，就地量测天然河道入库流量，记为q0；s2.获取堰塞湖上游河道地形；s2.1.选取典型河道断面,测量堰塞湖库区水下地形；s2.2.测量河道岸坡地形；s2.3.将步骤s2.1
‑ꢀ
s2.2所获得的地形整合形成堰塞湖上游河道地形；s3.确定堰塞湖初期蓄水库容；s3.1.根据堰塞湖断面资料，按每0.5～2m一级划分水位级，结合堰塞湖上游河道地形，计算出各级库水位对应水面面积，推算堰塞湖蓄水库容，并选取自堰塞体底部至超过堰塞体顶部10m范围内库水位—堰塞湖蓄水库容，拟合堰塞湖库水位—堰塞湖蓄水库容关系曲线，利用插值法拟合堰塞湖蓄水库容随库水位变化函数关系v=f(h)，式中，v为堰塞湖蓄水库容，h为库水位；
s3.2.在v=f(h)中代入当前库水位值，确定堰塞湖初期蓄水库容，记为v0；s4.确定堰塞体坝坡坡降及堰塞体顶部纵向长度；对堰塞体结构形态进行测量，确定堰塞体上游坝坡坡降、下游坝坡坡降分别记为1:m1、1:m2，堰塞体顶部纵向长度为l0；s5.确定堰塞湖应急处置窗口期；s5.1.测量堰塞体顶部垭口高程，记为h
min
；确定堰塞湖漫顶水位，记为h
漫
，在自然条件下，堰塞体通常均是漫顶溃决，即堰塞湖漫顶水位h
漫
通常与堰塞体垭口高程h
min
相同；s5.2.根据堰塞湖漫顶水位h
漫
确定堰塞湖漫顶库容v
max
=f(h
漫
)；s5.3.根据公式t
max
=（v
max-v0）/q0，式中，t
max
为堰塞湖应急处置窗口期，v
max
为堰塞湖漫顶库容，v0为堰塞湖初期蓄水库容，q0为为天然河道入库流量，计算出堰塞湖应急处置窗口期；s6.布置引流槽纵向轴线；根据堰塞体垭口位置，沿原河道走向布置引流槽纵向轴线；s7.确定引流槽纵断面结构形式；根据堰塞湖应急处置窗口期t
max
，确定引流槽纵断面结构形式；s7.1.当堰塞湖应急处置窗口期为8天≤t
max
＜12天时，引流槽纵断面选用均匀陡坡的结构形式，纵向坡降记为i1，i1的取值为0.1～0.3；s7.2.当堰塞湖应急处置窗口期在12至16天之间，且具体为12天≤t
max
＜16天时，引流槽纵断面选用前缓后陡的结构形式，即折线变坡式引流槽，变坡点位于堰塞体顶部中点下方，记折线变坡式引流槽上、下游侧纵向坡降分别为i2、i3，i2取值为0.05～0.1，i3取值为0.1～0.3；s7.3.当堰塞湖应急处置窗口期在16天至40天之间，且具体为16天≤t
max
＜40天时，引流槽纵断面选用陡坎的结构形式，即陡坎式引流槽，陡坎位于堰塞体顶部下游侧2/3长度区域，陡坎高度为3～5m，陡坎式引流槽上、下游侧纵向坡降分别为i4、i5，i4取值为0.05～0.1，i5取值为0.1～0.3；s8.确定引流槽横断面结构形式；根据堰塞体物质结构组成，确定引流槽横断面结构形式：s8.1.当堰塞体物质结构组成d
50
＞200mm时，引流槽横断面采用深窄型，引流槽底部横向宽度为3m～5m，引流槽两侧边坡坡比为1:0.8～1:1.2；s8.2.当堰塞体物质结构组成d
50
≤200mm时，引流槽横断面采用宽坦型，引流槽底部横向宽度为5m～10m，引流槽两侧边坡坡比为1:1.2～1:2.0；s9. 根据堰塞湖现场水陆空交通运输情况，并结合堰塞湖应急处置牵头部门执行能力、堰塞湖所在地及周边地区挖掘机、推土机和运输卡车等大型机械设备资源，初步评估能紧急运抵堰塞湖现场的大型机械设备数量，并结合后续大型机械设备情况初步判断大型机械设备单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量，记为w0；s10.结合上述引流槽横断面及纵断面结构形式，并利用大型机械设备沿引流槽纵轴线开挖堰塞体，假定堰塞体溃口垂直开挖深度为h，引流槽纵轴线长度为l2，堰塞体开挖总方量为v，计该阶段堰塞体开挖耗时为t
开
；s11.确定引流槽过水高程和堰塞湖蓄水时间；
s11.1.根据公式h
过
=h
min-h计算引流槽过水高程，式中：h
过
为引流槽过水高程，h
min
为堰塞体垭口高程，h为堰塞体溃口垂直开挖深度；s11.2.根据堰塞湖蓄水库容随库水位变化函数关系v=f(h)，确定引流槽过水高程（h
过
）所对应堰塞湖蓄水库容（v
蓄
）；s11.3.根据公式t
蓄
=（v
蓄-v0）/q0计算堰塞湖蓄水时间，式中：t
蓄
为堰塞湖蓄水时间，v
蓄
为引流槽过水高程所对应堰塞湖蓄水库容，v0为堰塞湖初期蓄水库容，q0为为天然河道入库流量；s12.为保证堰塞湖应急处置人员及机械设备安全，避免非必要伤亡及损失，设立堰塞体开挖耗安全系数f
安
s12.1.当堰塞湖应急处置窗口期为8≤t
max
＜12天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.4≤f
安
＜0.5；s12.2.当堰塞湖应急处置窗口期在12至16天之间，且具体为12天≤t
max
＜16天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.5≤f
安
＜0.6；s12.3.当堰塞湖应急处置窗口期在16天至25天之间，且具体为16天≤t
max
＜25天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.6≤f
安
＜0.7；s12.4.当堰塞湖应急处置窗口期达到25天以上时，即t
max
≥25天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.7≤f
安
＜0.8；s13由堰塞体开挖耗时及堰塞湖蓄水时间推算，考虑堰塞体开挖耗时安全系数，待堰塞湖蓄水时间与堰塞体开挖耗时相一致时，即t
开
=f
安
t
蓄
时，堰塞体可达到最大开挖工程量，相应堰塞体溃口可达到最大垂直开挖深度h
max
。
14.进一步地，所述步骤s2.1中，通过测量船测量堰塞湖库区水下地形。
15.进一步地，所述步骤s2.2中，通过无人机航拍测量河道岸坡地形。
16.进一步地，所述步骤s7.3中，当堰塞湖应急处置窗口期为t
max
≥30天时，引流槽纵断面选用阶梯式的结构形式，阶梯起点位于堰塞体顶部2/3长度区域下方，各级阶梯垂直高度均为1m～3m，各级阶梯纵向长度为80m～100m，初始阶梯上游侧引流槽纵向坡降取值为0.05～0.1，其他各级阶梯纵向坡降为0.1～0.3。
17.本发明基于堰塞湖库水位动态变化和机械施工效率，根据堰塞湖入库流量和堰塞湖地形，快速评估堰塞湖应急处置窗口期；并结合堰塞湖应急处置牵头部门执行能力、堰塞湖所在地及周边地区挖掘机、推土机和运输卡车等大型机械设备资源和堰塞湖现场水陆空交通运输情况，确定单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量；根据堰塞体物质结构组成及堰塞湖应急处置窗口期，确定引流槽的结构形式。
18.本发明尤其适用于高山峡谷地区水陆交通困阻、水文地理信息匮乏的高风险堰塞湖。采用本发明，能相对精确、快速地评估堰塞湖应急处置窗口期及最大开挖工程量，确定堰塞湖引流槽的结构形式。采用本发明，能最大程度发挥机械设备开挖效率，实现最大程度开挖堰塞体，降低堰塞体过水高程，更有利于堰塞湖早期泄流及削减溃决洪峰，从而高效处置堰塞湖险情。
附图说明
19.图1为深窄型引流槽横断面示意图；
图2 为宽坦型引流槽横断面示意图；图3为均匀陡坡引流槽示意图；图4为折线变坡引流槽示意图；图5为陡坎式引流槽示意图；图6为阶梯式引流槽示意图；图7为引流槽开挖示意图。
20.图中：1-引流槽边坡；2-引流槽底坡；3-引流槽；h-引流槽进口垂直深度；h
0-堰塞体垂直高度；l
0-堰塞体顶部纵向长度；1：m
3-引流槽两侧边坡坡降；1:m
1-堰塞体上游坝坡坡降；1:m
2-堰塞体下游坝坡坡降；b-引流槽底部宽度；i
1-均匀陡坡引流槽纵向坡降；i
2-折线变坡引流槽上游侧纵向坡降；i
3-折线变坡引流槽下游侧纵向坡降；i
4-陡坎引流槽上游侧纵向坡降；i
5-陡坎引流槽下游侧纵向坡降；h
0-陡坎高度；i
6-阶梯引流槽初始阶梯上游两侧纵向坡降；i
7-阶梯引流槽初始阶梯下游两侧纵向坡降；h
1-各级阶梯垂直陡坎高度；l
1-阶梯引流槽各级阶梯纵向长度。
实施方式
21.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
22.一种堰塞湖引流槽快速设计方法，包括以下步骤：s1.确定堰塞体堵截河道在该河段天然下泄流量；s1.1.在堰塞湖上游10km范围内的水文站，读取堰塞体堵截河道在该河段天然下泄流量，记为q0；s1.2.若步骤s1.1所述水文站不存在,则在堰塞湖库区选取典型河道断面，就地量测天然河道入库流量，记为q0；s2.获取堰塞湖上游河道地形；s2.1.选取典型河道断面,测量堰塞湖库区水下地形；s2.2.测量河道岸坡地形；s2.3.将步骤s2.1
‑ꢀ
s2.2所获得的地形整合形成堰塞湖上游河道地形；s3.确定堰塞湖初期蓄水库容；s3.1.根据堰塞湖断面资料，按每0.5～2m一级划分水位级，结合堰塞湖上游河道地形，计算出各级库水位对应水面面积，推算堰塞湖蓄水库容，并选取自堰塞体底部至超过堰塞体顶部10m范围内库水位—堰塞湖蓄水库容，拟合堰塞湖库水位—堰塞湖蓄水库容关系曲线，利用插值法拟合堰塞湖蓄水库容随库水位变化函数关系v=f(h)，式中，v为堰塞湖蓄水库容，h为库水位；s3.2.在v=f(h)中代入当前库水位值，确定堰塞湖初期蓄水库容，记为v0；s4.确定堰塞体坝坡坡降及堰塞体顶部纵向长度；对堰塞体结构形态进行测量，确定堰塞体上游坝坡坡降、下游坝坡坡降分别记为1:m1、1:m2，堰塞体顶部纵向长度为l0；s5.确定堰塞湖应急处置窗口期；s5.1.测量堰塞体顶部垭口高程，记为h
min
；确定堰塞湖漫顶水位，记为h
漫
，在自然
条件下，堰塞体通常均是漫顶溃决，即堰塞湖漫顶水位h
漫
通常与堰塞体垭口高程h
min
相同；s5.2.根据堰塞湖漫顶水位h0确定堰塞湖漫顶库容v
max
=f(h
漫
)；s5.3.根据公式t
max
=（v
max-v0）/q0，式中，t
max
为堰塞湖应急处置窗口期，v
max
为堰塞湖漫顶库容，v0为堰塞湖初期蓄水库容，q0为为天然河道入库流量，计算出堰塞湖应急处置窗口期；s6.布置引流槽纵向轴线；根据堰塞体垭口位置，沿原河道走向布置引流槽纵向轴线；s7.确定引流槽纵断面结构形式；根据堰塞湖应急处置窗口期t
max
，确定引流槽纵断面结构形式；s7.1.当堰塞湖应急处置窗口期为8天≤t
max
＜12天时，引流槽纵断面选用均匀陡坡的结构形式，纵向坡降记为i1，i1的取值为0.1～0.3；s7.2.当堰塞湖应急处置窗口期在12至16天之间，且具体为12天≤t
max
＜16天时，引流槽纵断面选用前缓后陡的结构形式，即折线变坡式引流槽，变坡点位于堰塞体顶部中点下方，记折线变坡式引流槽上、下游侧纵向坡降分别为i2、i3，i2取值为0.05～0.1，i3取值为0.1～0.3；s7.3.当堰塞湖应急处置窗口期在16天至40天之间，且具体为16天≤t
max
＜40天时，引流槽纵断面选用陡坎的结构形式，即陡坎式引流槽，陡坎位于堰塞体顶部2/3长度区域下方，陡坎高度为3～5m，陡坎式引流槽上、下游侧纵向坡降分别为i4、i5，i4取值为0.05～0.1，i5取值为0.1～0.3；s8.确定引流槽横断面结构形式；根据堰塞体物质结构组成，确定引流槽横断面结构形式：s8.1.当堰塞体物质结构组成d
50
＞200mm时，引流槽横断面采用深窄型，引流槽底部横向宽度为3m～5m，引流槽两侧边坡坡比为1:0.8～1:1.2；s8.2.当堰塞体物质结构组成d
50
≤200mm时，引流槽横断面采用宽坦型，引流槽底部横向宽度为5m～10m，引流槽两侧边坡坡比为1:1.2～1:2.0；s9. 根据堰塞湖现场水陆空交通运输情况，并结合堰塞湖应急处置牵头部门执行能力、堰塞湖所在地及周边地区挖掘机、推土机和运输卡车等大型机械设备资源，初步评估能紧急运抵堰塞湖现场的大型机械设备数量，并结合后续大型机械设备情况初步判断大型机械设备单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量，记为w0；s10.结合上述引流槽横断面及纵断面结构形式，并利用大型机械设备沿引流槽纵轴线开挖堰塞体，假定堰塞体溃口垂直开挖深度为h，引流槽纵轴线长度为l2，堰塞体开挖总方量为v，计该阶段堰塞体开挖耗时为t
开
；s11.确定引流槽过水高程和堰塞湖蓄水时间；s11.1.根据公式h
过
=h
min-h计算引流槽过水高程，式中：h
过
为引流槽过水高程，h
min
为堰塞体垭口高程，h为堰塞体溃口垂直开挖深度；s11.2.根据堰塞湖蓄水库容随库水位变化函数关系v=f(h)，确定引流槽过水高程（h
过
）所对应堰塞湖蓄水库容（v
蓄
）；s11.3.根据公式t
蓄
=（v
蓄-v0）/q0计算堰塞湖蓄水时间，式中：t
蓄
为堰塞湖蓄水时间，v
蓄
为引流槽过水高程所对应堰塞湖蓄水库容，v0为堰塞湖初期蓄水库容，q0为为天然河道入
库流量；s12.为保证堰塞湖应急处置人员及机械设备安全，避免非必要伤亡及损失，设立堰塞体开挖耗时安全系数f
安
s12.1.当堰塞湖应急处置窗口期为8≤t
max
＜12天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.4≤f
安
＜0.5；s12.2. 当堰塞湖应急处置窗口期在12至16天之间，且具体为12天≤t
max
＜16天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.5≤f
安
＜0.6；s12.3. 当堰塞湖应急处置窗口期在16天至25天之间，且具体为16天≤t
max
＜25天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.6≤f
安
＜0.7；s12.4.当堰塞湖应急处置窗口期达到25天以上时，即t
max
≥25天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.7≤f
安
＜0.8；s13由堰塞体开挖耗时及堰塞湖蓄水时间推算，考虑堰塞体开挖耗时安全系数，待堰塞湖蓄水时间与堰塞体开挖耗时相一致时，即t
开
=f
安
t
蓄
时，堰塞体可达到最大开挖工程量，相应堰塞体溃口可达到最大垂直开挖深度h
max
。
23.优选的实施例是：在上述方案的步骤s2.1中，通过测量船测量堰塞湖库区水下地形。
24.优选的实施例是：在上述方案的步骤s2.2中，通过无人机航拍测量河道岸坡地形。
25.优选的实施例是：在上述方案的步骤s7.3中，当堰塞湖应急处置窗口期为t
max
≥30天时，引流槽纵断面选用阶梯式的结构形式，阶梯起点位于堰塞体顶部2/3长度区域下方，各级阶梯垂直高度均为1m～3m，各级阶梯纵向长度为80m～100m，初始阶梯上游侧引流槽纵向坡降取值为0.05～0.1，其他各级阶梯纵向坡降为0.1～0.3。
26.案例：某堰塞湖堰塞体顺河向长760m，横河宽约600m，堰塞体垂直高度约100m，堰塞体顶部长约120m，上游坝坡面坡比约1:2.4，下游坝坡面较缓，平均坡比约1:4，堰塞体垭口高程（h
min
）753m。堰塞湖初期蓄水库容（v0）1.34亿m3，堰塞体物质结构组成宽泛不一，堰塞体主要由碎石（约占14%）及碎裂岩（约占86%）组成，其中碎石由粉质壤土（60%）、碎石（30%～35%）、块石（5%～10%）组成；碎裂岩主要由软质碎裂岩（小于20cm）及硬质碎裂岩（块石及孤石，粒径多为1～3m）组成。结合现场调查堰塞体颗粒级配曲线，堰塞体物质组成d
50
=10mm。
27.根据现场水文调查及历时水文资料分析，在未来1～2月堰塞湖所处河段平均流量（q0）为80m3/s，结合现场实测地形，堰塞湖库水位—蓄水库容分别如下表所示
28.拟合堰塞湖蓄水库容-库水位函数关系如下：。
29.结合堰塞湖入库流量、堰塞湖蓄水库容曲线及堰塞体几何形态，在不考虑降雨条件下，堰塞湖应急处置窗口为27天。堰塞湖现场应急处置专家提出引流槽除险技术方案，引流槽横断面呈窄深状、纵断面呈折线型特征。引流槽纵向长约695m，进口高程742m，引流槽垂直高度11m，底部宽8m，引流槽两侧边坡为1:1.5，引流槽上游平缓段长351m，纵向坡降为0.006，下游陡坡段长344m，纵向坡降为0.20，土方开挖工程量约9万m3。
30.根据本发明的引流槽设计方案，堰塞湖应急处置窗口为27天,堰塞体开挖耗时安全系数（f
安
）0.75，引流槽横断面可选用宽坦型，两侧边坡选用1:1.5，纵断面选用陡坎结构形式，垂直陡坎高度为4m，陡坎位于堰塞体顶部下游侧2/3区域，引流槽上游平缓段纵向坡降为0.06，下游侧陡坡段纵向坡降为0.15；结合堰塞湖应急处置牵头部门执行能力及周边开挖输运等大型机械设备，大型机械设备单天开挖土方量（w0）为2.5万m3。
31.引流槽开挖示意图如图7所示。将堰塞湖引流槽自上游至下游依次划分为0-0、1-1、3-3、4-4、5-5等六断面，记引流槽各断面横截面面积依次为s0、s1、s3、s4、s5、s6，其中2-2断面陡坎上游侧横截面面积为s
2-1
，2-2断面陡坎下游侧横截面面积为s
2-2
，记0-0断面至1-1断面、1-1断面至2-2断面、2-2断面至3-3断面、3-3断面至4-4断面、4-4断面至5-5断面堰塞体开挖体积为v1、v2、v3、v4、v5。
32.1-1断面、2-2断面陡坎上下游侧截面面积、3-3断面、4-4断面面积依次为；；；；；0-0断面至1-1断面、1-1断面至2-2断面、2-2断面至3-3断面、3-3断面至4-4断面、4-4断面至5-5断面堰塞体开挖体积v1、v2、v3、v4、v5依次为；；；
；；堰塞体总体开挖方量v为；开挖耗时；堰塞湖蓄水时间；待，即可推求引流槽溃口最大开挖深度。
33.为便于计算v1、v2、v3、v4、v5，示意图中各距离计算过程如下：；；；；；；；；；；结合堰塞湖蓄水过程及开挖安全系数，可最终计算得最大开挖深度为14.84m，引
流槽陡坎上下游侧坡降依次为0.06、0.15，垂直陡坎高度为4m，最大开挖工程量达到21.17万m3，相比于原施工方案引流槽开挖深度（11m）及开挖方量（9万m3），本专利引流槽最大开挖深度及堰塞体开挖方量均有显著提升，因此，更有助于降低堰塞体过水高程，减小堰塞湖溃决洪峰。
34.本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于包括以下步骤：确定堰塞湖入库流量q0及库容—水位关系曲线，推算堰塞湖库水位壅高至堰塞体顶部时间，即应急处置窗口期t
max
；确定堰塞体几何形态及物质结构组成，根据应急处置窗口期t
max
及堰塞体物质结构组成确定引流槽横、纵断面结构形式；根据现场交通、应急处置能力及可用挖掘设备，评估单位时间内堰塞体开挖转运砂石料工程量w0；布置引流槽纵向轴线，结合引流槽结构形式确定引流槽开挖深度，推求堰塞体开挖方量v、开挖耗时t
开
及相应堰塞湖蓄水时间t
蓄
；设定堰塞体开挖耗时安全系数f
安
；待堰塞湖蓄水时间与堰塞体开挖耗时相一致时，即t
开
=f
安
t
蓄
时，堰塞体可达到最大开挖工程量，引流槽可达到最大开挖深度h
max。
2.根据权利要求1所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：s1.确定堰塞体堵截河道在该河段天然下泄流量；s2.获取堰塞湖上游河道地形；s3.确定堰塞湖初期蓄水库容；s4.确定堰塞体坝坡坡降及堰塞体顶部纵向长度；对堰塞体结构形态进行测量，确定堰塞体上游坝坡坡降、下游坝坡坡降分别记为1:m1、1:m2，堰塞体顶部纵向长度为l0；s5.确定堰塞湖应急处置窗口期；s6.布置引流槽纵向轴线；根据堰塞体垭口位置，沿原河道走向布置引流槽纵向轴线；s7.确定引流槽纵断面结构形式；根据堰塞湖应急处置窗口期t
max
，确定引流槽纵断面结构形式；s8.确定引流槽横断面结构形式；根据堰塞体物质结构组成，确定引流槽横断面结构形式；s9.根据堰塞湖现场水陆空交通运输情况，并结合堰塞湖应急处置牵头部门执行能力、堰塞湖所在地及周边地区挖掘机、推土机和运输卡车等大型机械设备资源，初步评估能紧急运抵堰塞湖现场的大型机械设备数量，并结合后续大型机械设备情况初步判断大型机械设备单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量，记为w0；s10.结合上述引流槽横断面及纵断面结构形式，并利用大型机械设备沿引流槽纵轴线开挖堰塞体，假定堰塞体溃口垂直开挖深度为h，引流槽纵轴线长度为l2，堰塞体开挖总方量为v，计该阶段堰塞体开挖耗时为t
开
；s11.确定引流槽过水高程和堰塞湖蓄水时间；s12.为保证堰塞湖应急处置人员及机械设备安全，避免非必要伤亡及损失，设立堰塞体开挖耗安全系数f
安
；s13.由堰塞体开挖耗时及堰塞湖蓄水时间推算，考虑堰塞体开挖耗安全系数，待堰塞湖蓄水时间与堰塞体开挖耗时相一致时，即t
开
=f
安
t
蓄
时，堰塞体可达到最大开挖工程量，相应堰塞体溃口可达到最大垂直开挖深度h
max
。
3.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s1包括：s1.1.在堰塞湖上游10km范围内的水文站，读取堰塞体堵截河道在该河段天然下泄流量，记为q0；s1.2.若步骤s1.1所述水文站不存在,则在堰塞湖库区选取典型河道断面，就地量测天然河道入库流量，记为q0。4.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s2包括：s2.1.选取典型河道断面,测量堰塞湖库区水下地形；s2.2.测量河道岸坡地形；s2.3.将步骤s2.1-s2.2所获得的地形整合形成堰塞湖上游河道地形。5.根据权利要求4所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：在所述步骤s2.1中，是通过测量船测量堰塞湖库区水下地形；在所述步骤s2.2中，是通过无人机航拍测量河道岸坡地形。6.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s3包括：s3.1.根据堰塞湖断面资料，按每0.5～2m一级划分水位级，结合堰塞湖上游河道地形，计算出各级库水位对应水面面积，推算堰塞湖蓄水库容，并选取自堰塞体底部至超过堰塞体顶部10m范围内库水位—堰塞湖蓄水库容，拟合堰塞湖库水位—堰塞湖蓄水库容关系曲线，利用插值法拟合堰塞湖蓄水库容随库水位变化函数关系v=f(h)，式中，v为堰塞湖蓄水库容，h为库水位；s3.2.在v=f(h)中代入当前库水位值，确定堰塞湖初期蓄水库容，记为v0。7.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s5包括：s5.1.测量堰塞体顶部垭口高程，记为h
min
；确定堰塞湖漫顶水位，记为h
漫
，在自然条件下，堰塞体通常均是漫顶溃决，即堰塞湖漫顶水位h
漫
通常与堰塞体垭口高程h
min
相同；s5.2.根据堰塞湖漫顶水位h
漫
确定堰塞湖漫顶库容v
max
=f(h
漫
)；s5.3.根据公式t
max
=（v
max-v0）/q0，式中，t
max
为堰塞湖应急处置窗口期，v
max
为堰塞湖漫顶库容，v0为堰塞湖初期蓄水库容，q0为为天然河道入库流量，计算出堰塞湖应急处置窗口期。8.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s7包括：s7.1.当堰塞湖应急处置窗口期为8天≤t
max
＜12天时，引流槽纵断面选用均匀陡坡的结构形式，纵向坡降记为i1，i1的取值为0.1～0.3；s7.2.当堰塞湖应急处置窗口期在12至16天之间，且具体为12天≤t
max
＜16天时，引流槽纵断面选用前缓后陡的结构形式，即折线变坡式引流槽，变坡点位于堰塞体顶部中点下方，记折线变坡式引流槽上、下游侧纵向坡降分别为i2、i3，i2取值为0.05～0.1，i3取值为0.1～0.3；s7.3.当堰塞湖应急处置窗口期在16天至40天之间，且具体为16天≤t
max
＜40天时，引流槽纵断面选用陡坎的结构形式，即陡坎式引流槽，陡坎位于堰塞体顶部长度下游侧2/3区域正下方，陡坎高度为3～5m，陡坎式引流槽上、下游侧纵向坡降分别为i4、i5，i4取值为0.05～0.1，i5取值为0.1～0.3。9.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s8包括：s8.1.当堰塞体物质结构组成d
50
＞200mm时，引流槽横断面采用深窄型，引流槽底部横
向宽度为3m～5m，引流槽两侧边坡坡比为1:0.8～1:1.2；s8.2.当堰塞体物质结构组成d
50
≤200mm时，引流槽横断面采用宽坦型，引流槽底部横向宽度为5m～10m，引流槽两侧边坡坡比为1:1.2～1:2.0。10.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s11包括：s11.1.根据公式h
过
=h
min-h计算引流槽过水高程，式中：h
过
为引流槽过水高程，h
min
为堰塞体垭口高程，h为堰塞体溃口垂直开挖深度；s11.2.根据堰塞湖蓄水库容随库水位变化函数关系v=f(h)，确定引流槽过水高程（h
过
）所对应堰塞湖蓄水库容（v
蓄
）；s11.3.根据公式t
蓄
=（v
蓄-v0）/q0计算堰塞湖蓄水时间，式中：t
蓄
为堰塞湖蓄水时间，v
蓄
为引流槽过水高程所对应堰塞湖蓄水库容，v0为堰塞湖初期蓄水库容，q0为为天然河道入库流量。11.根据权利要求2所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s12包括：s12.1.当堰塞湖应急处置窗口期为8≤t
max
＜12天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.4≤f
安
＜0.5；s12.2.当堰塞湖应急处置窗口期在12至16天之间，且具体为12天≤t
max
＜16天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.5≤f
安
＜0.6；s12.3.当堰塞湖应急处置窗口期在16天至25天之间，且具体为16天≤t
max
＜25天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.6≤f
安
＜0.7；s12.4.当堰塞湖应急处置窗口期达到25天以上时，即t
max
≥25天时，计堰塞体开挖耗时安全系数0.7≤f
安
＜0.8。12.根据权利要求8所述的堰塞湖引流槽快速设计方法，其特征在于：所述步骤s7.3中，当堰塞湖应急处置窗口期为t
max
≥30天时，引流槽纵断面选用阶梯式的结构形式，阶梯起点位于堰塞体顶部2/3长度区域下方，各级阶梯垂直高度均为1m～3m，各级阶梯纵向长度为80m～100m，初始阶梯上游侧引流槽纵向坡降取值为0.05～0.1，其他各级阶梯纵向坡降为0.1～0.3。

技术总结
本发明涉及堰塞湖引流槽快速设计方法，包括确定堰塞体堵截河道天然下泄流量；获取上游河道地形；确定堰塞湖蓄水库容；确定堰塞体坝坡坡降及堰塞体顶部纵向长度；确定堰塞湖应急处置窗口期；布置引流槽纵向轴线；确定引流槽纵、横断面结构形式；评估调运能力，初步判断单位时间内开挖堰塞体转运砂石料工程量；计算开挖耗时；确定引流槽过水高程和堰塞湖蓄水时间；设立堰塞体开挖耗安全系数；确定堰塞湖引流槽结构形式。采用本发明，能结合堰塞湖应急处置窗口期、单位时间内开挖堰塞体开挖转运砂石料工程量及堰塞体物质结构组成，快速确定引流槽横、纵断面结构形式，最大限度开挖堰塞体，尽可能降低堰塞体过水高程，从而实现堰塞湖快速过流。速过流。速过流。


技术研发人员：杨启贵 周招 蔡耀军 彭文祥
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/8/28