一种对冲消能式泥石流分流系统的制作方法

本发明涉及到地质灾害泥石流的防治领域，具体的说是一种对冲消能式泥石流分流系统。

背景技术：

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。

泥石流流动的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟，是一种广泛分布于世界各国一些具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害。这是山区沟谷或山地坡面上，由暴雨、冰雪融化等水源激发的、含有大量泥沙石块的介于挟沙水流和滑坡之间的土、水、气混合流。泥石流大多伴随山区洪水而发生。它与一般洪水的区别是洪流中含有足够数量的泥沙石等固体碎屑物，其体积含量最少为15%，最高可达80%左右，因此比洪水更具有破坏力。

现有技术中，对于泥石流的防治措施，一般是采用两种方式，第一种是在经常发生泥石流的沟谷中建立拦截坝，对泥石流进行分级拦截，从而降低泥石流爆发时的危害；另一种则是对需要重点保护的单位，比如桥梁的桥墩等，在其外部设置保护性的建筑，对其进行保护，防止在泥石流发生时对其造成破坏。

对于现有的建立拦截坝的方式防治泥石流，由于拦截坝结构单一，防治效果并不好，在遇到强降雨或者突发的地质灾害时，很容易发生冲毁拦截坝的情况。

技术实现要素：

为了解决现有建立拦截坝的方式防治泥石流效果不理想的问题，本发明提供了一种对冲消能式泥石流分流系统，其核心是相互配合的分流坝和对冲引导装置，利用分流坝引导泥石流分成两股，并由对冲引导装置引导改变两股泥石流的流向，使两者对冲汇聚后消除其动能，进而大幅度降低泥石流的冲击力和破坏性，而且该分流系统抗地质灾害能力强。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种对冲消能式泥石流分流系统，该分流系统设置在两侧高地之间形成的泥石流流道内，所述分流系统包括分流坝和对冲引导装置，其中，所述分流坝包括设置在泥石流流道中间位置的一半圆锥形的第一坝体，且半圆锥形的尖端朝向泥石流的来向，从而在其两侧形成两股第一分流道；

所述对冲引导装置包括分别设置在两股第一分流道流动方向前方的第一弧形引导坝和第二弧形引导坝，其中，第一弧形引导坝和第二弧形引导坝分别倾斜设置在泥石流流道两侧，且第一弧形引导坝和第二弧形引导坝处于泥石流流道边部的一端相对于另一端更靠近泥石流流动方向的上端，从而使冲击在第一弧形引导坝和第二弧形引导坝上的两股泥石流被其引导倾斜向泥石流流道中间汇聚；

在第二弧形引导坝靠近泥石流流道中心的一端具有沿泥石流流动方向分布的冲击坝，且第一弧形引导坝靠近泥石流流道中心的一端正对该冲击坝长度方向的中部，从而在第一弧形引导坝端部和冲击坝之间形成泥石流的冲击消能通道；

所述第二弧形引导坝的背水面、冲击坝的背水面和泥石流流道该侧的高地之间形成第一滞流区，第一弧形引导坝的背水面与该侧的高地之间形成第二滞流区。

本发明的一种优选实施方式为，所述第一坝体中部的两侧对称设置有冲击变向板，该冲击变向板的自由端倾斜向上游方向延伸，且其自由端与泥石流流道的侧边具有间隙，从而使第一分流道的泥石流冲击在该冲击变向板上后再次变向并降速，进而在其迎水面和第一坝体侧壁之间围成停淤区，在其背水面和第一坝体侧壁围成滞流区。

本发明的另一种优选实施方式为，所述第一坝体后部的两侧对称设置有二次分流板，该二次分流板为沿泥石流方向分布的v形，且其上游端与冲击变向板的自由端之间具有间隙形成一条过流通道，上游端与泥石流流道的侧边之间形成另一条过流通道；二次分流板的v形尖端位于泥石流流道的侧边，从而使二次分流板与该侧的高地之间形成两头大、中间小的泥石流降速区。

本发明的另一种优选实施方式为，所述第一坝体内部为中空结构，且其表面分布有若干透水孔，这些透水孔垂直向下贯通第一坝体，并与第一坝体内的中空腔形成水流通道；在第一坝体与锥形尖端相对的尾端具有拱形稳定部，拱形稳定部内设置有若干根支撑柱，且这些支撑柱之间具有间隙，从而形成对水流通道过滤的格栅形结构。

本发明的另一种优选实施方式为，所述泥石流流道内分流坝的上游方向设置有双级拦淤坝，该双级拦淤坝包括对称设置在泥石流流道两侧的第二坝体和第三坝体，其中，第二坝体的一端与泥石流流道侧边的高地连接，另一端倾斜向上游方向延伸，从而使其迎水面与该侧的高地形成第一停淤区；所述第三坝体为沿泥石流流动方向呈弧形分布的坝体，且上游端与第二坝体延伸至泥石流流道内的一端连接，两个第三坝体之间形成供泥石流通过的第二分流道，且第二分流道为上游端和下游端均大于中部的双曲线形；所述第三坝体的背水面、第二坝体的背水面和该侧的高地围成半封闭的具有朝向下游方向开口的第三滞流区。

本发明的另一种优选实施方式为，所述双级拦淤坝的上游方向设置有汇流装置，该汇流装置包括对称设置在泥石流流道两侧的弧形汇流坝，两个弧形汇流坝之间形成双曲线型的汇流通道，且该汇流通道按照泥石流的流动方向依次分为上游汇流区、中部狭窄区和下游分流区，其中，上游汇流区的两侧设置有对称设置有分流挡板，分流挡板的一端与弧形汇流坝的上游端连接，另一端向下游方向倾斜，并延伸至泥石流流道的边部后与该侧高地连接，从而形成第二停淤区；所述下游分流区的两侧对称设置有挡流坝，挡流坝的一侧与弧形汇流坝的下游端连接，另一端呈弧形向上游方向延伸，并与两侧高地连接，从而与分流挡板、弧形汇流坝和高地围成第三停淤区，同时，在挡流坝与第二坝体之间形成第一停淤区。

本发明的另一种优选实施方式为，所述挡流坝的坝顶上分布有若干挡流柱，且挡流柱之间具有间隙。

本发明的另一种优选实施方式为，所述弧形汇流坝为双层结构，包括弧形的外坝体和内坝体，且在两者的端部分别采用上游端坝和下游端坝封闭，从而形成顶部开口的弧形容腔，在弧形容腔内填充大小不一的石块，且这些石块由水泥混凝土固定在弧形容腔内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明的核心是相互配合的分流坝和对冲引导装置，利用分流坝引导泥石流分成两股，并由对冲引导装置引导改变两股泥石流的流向，使两者对冲汇聚后消除其动能，进而大幅度降低泥石流的冲击力和破坏性，而且该分流系统抗地质灾害能力强，即使出现部分损坏，也不会对防治效果产生大的影响；

2）本发明中，通过分流坝将泥石流分成两股分流，之后通过两条弧形引导坝引导两股泥石流的流向发生改变，进而在汇合时起到对冲消能的效果，降低了泥石流的流速，同时，两条弧形引导坝的存在，使其背水面与侧边的高地形成滞流区，从而使部分泥石流滞留在其内，从而起到滞留、减速和沉降的作用；

除此之外，在分流坝两侧设置冲击变向板，不仅能够是分流后的两股泥石流再次冲击效能，而且还使其降速变向；而设置的二次分流板，能够加强对两股泥石流进行再次分流，使一部分泥石流进入到泥石流降速区内，发生减速、沉降和滞留，从而构建出新的分流滞留区域；同时对另一部分泥石流进行引导，使其与弧形引导坝配合，更好地改变流向，进而对冲消能；

3）本发明的双级拦淤坝，由于倾斜设置的第二坝体和弧形沿流向方向设置的第三坝体的存在，从而在第二坝体正面与两侧高地之间形成第一停淤区，在第二坝体背面和第三坝体背面以及两侧高地之间围成第二停淤区，这样在泥石流冲击到第二坝体和第三坝体的交接处时，能够对泥石流进行分流，使边缘的泥石流进入到第一停淤区储存，中间的泥石流通过双曲线形的第二分流道后产生扩散，进而在后续泥石流的推挤下汇入到第二停淤区内，从而实现了对泥石流的双级分流、停淤；

4）本发明中的汇流装置由对称的两个弧形汇流坝构成，弧形汇流坝之间形成双曲线型的汇流通道，通过借助汇流通道进口两侧的分流挡板和出口两侧的挡流坝形成第三停淤区，从而对泥石流起到分流、储存的作用，降低了泥石流的流量。

附图说明

图1为本发明基本实施方式的结构示意图；

图2为本发明一种优选实施方式的结构示意图；

图3为图2的细节结构示意图；

图4为分流坝的侧面示意图；

图5为分流坝的尾部示意图；

图6为本发明另一种优选实施方式的结构示意图；

图7为本发明又一种优选实施方式的结构示意图；

图8为本发明再一种优选实施方式的结构示意图；

图9为图8中汇流装置的结构示意图；

附图标记：1、高地，2、泥石流流道，3、双级拦淤坝，301、第二坝体，302、第三坝体，303、第二分流道，304、第一停淤区，305、第三滞流区，4、分流坝，401、第一坝体，402、透水孔，403、拱形稳定部，404、支撑柱，405、第一分流道，406、水流通道，407、冲击变向板，408、二次分流板，409、泥石流降速区，5、对冲引导装置，501、第一弧形引导坝，502、第二弧形引导坝，503、冲击坝，504、冲击消能通道，505、第一滞流区，506、第二滞流区，6、汇流装置，601、弧形汇流坝，6011、外坝体，6012、内坝体，6013、上游端坝，6014、下游端坝，6015、弧形容腔，602、上游汇流区，603、中部狭窄区，604、下游分流区，605、分流挡板，606、第三停淤区，607、挡流坝，608、挡流柱，609、第二停淤区。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细阐述和说明，本发明未做说明的部分，比如各个坝体的厚度、高度等，均是需要在实际中结合具体情况，比如泥石流的流量等作出具体得设计的，本领域技术人员在本发明的指导下，能够根据现有的条件经过实验得到上述参数进行修筑，不影响本发明的实施。

实施例1

如图1和3所示，一种对冲消能式泥石流分流系统，该分流系统设置在两侧高地1之间形成的泥石流流道2内，所述分流系统包括分流坝4和对冲引导装置5，其中，所述分流坝4包括设置在泥石流流道2中间位置的一半圆锥形的第一坝体401，且半圆锥形的尖端朝向泥石流的来向，从而在其两侧形成两股第一分流道405；

所述对冲引导装置5包括分别设置在两股第一分流道405流动方向前方的第一弧形引导坝501和第二弧形引导坝502，其中，第一弧形引导坝501和第二弧形引导坝502分别倾斜设置在泥石流流道2两侧，且第一弧形引导坝501和第二弧形引导坝502处于泥石流流道2边部的一端相对于另一端更靠近泥石流流动方向的上端，从而使冲击在第一弧形引导坝501和第二弧形引导坝502上的两股泥石流被其引导倾斜向泥石流流道2中间汇聚；

在第二弧形引导坝502靠近泥石流流道2中心的一端具有沿泥石流流动方向分布的冲击坝503，且第一弧形引导坝501靠近泥石流流道2中心的一端正对该冲击坝503长度方向的中部，从而在第一弧形引导坝501端部和冲击坝503之间形成泥石流的冲击消能通道504；在冲击消能通道504内，经过两个弧形引导坝501引导的两股泥石流进行对冲，从而相互消能，产生湍流，进而使大块的石头减速、沉积，削减泥石流的危害性；

所述第二弧形引导坝502的背水面、冲击坝503的背水面和泥石流流道2该侧的高地1之间形成第一滞流区505，第一弧形引导坝501的背水面与该侧的高地1之间形成第二滞流区506。

在本实施例中，泥石流流道2实际上是泥石流流动后形成的路径；而所述的高地1可以是高山，也可以是坡地等容易发生泥石流的地形地貌。

第一弧形引导坝501、第二弧形引导坝502的设置位置在第一坝体401底部的两个角后方，且间距为1.5-3m，从而使流经第一坝体401两侧的两股泥石流冲击在两个弧形引导坝上进行初步的消能；

本实施例中，第一滞流区505和第二滞流区506的储流原理是：两个弧形引导坝虽然一端靠近泥石流流道2的两侧，即边部，但是由于泥石流流道2的边缘与两侧的高地1之间实际上具有间隙，因此，在泥石流冲击到弧形引导坝上时，少部分的泥石流能够改变流向，通过间隙进入到储流区内，并且由于被阻挡和改变流向后导致流速降低，其中含有的石头、泥砂等产生沉降，最终聚集在滞流区内。

以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上所做的一种改进方案，其基本结构与实施例1相同，改进点在于：如图6所示，所述第一坝体401中部的两侧对称设置有冲击变向板407，该冲击变向板407的自由端倾斜向上游方向延伸，且其自由端与泥石流流道2的侧边具有间隙，从而使第一分流道405的泥石流冲击在该冲击变向板407上后再次变向并降速，进而在其迎水面和第一坝体401侧壁之间围成停淤区，在其背水面和第一坝体401侧壁围成滞流区。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上所做的一种改进方案，其基本结构与实施例2相同，改进点在于：如图7所示，所述第一坝体401后部的两侧对称设置有二次分流板408，该二次分流板408为沿泥石流方向分布的v形，且其上游端与冲击变向板407的自由端之间具有间隙形成一条过流通道，上游端与泥石流流道2的侧边之间形成另一条过流通道；二次分流板408的v形尖端位于泥石流流道2的侧边，从而使二次分流板408与该侧的高地1之间形成两头大、中间小的泥石流降速区409。

在本实施例中，二次分流板408的上游端相比较于冲击变向板407的自由端来说位置更靠近泥石流的下游方向，一般落后冲击变向板407的自由端1-2米，而且位于冲击变向板407和泥石流流道2边部中间的区域。

在本实施例中，所述二次分流板408所成v形的夹角一般为140°到170°，其长度和角度视情况而定，若需要泥石流降速区409较大时，则可以扩大夹角，同时延长坝长；v形尖端位于泥石流流道2的侧边，从而使其尖端与高地1之间形成间隙，该间隙是为了泥石流能够降速通过该间隙后向下游流动；本发明中，滞流区的形成机理在于：泥石流流道2内边部的泥石流被坝体阻挡后，发生变向，降速的同时汇入流道中部，而从流道中间通过坝体的端部后，随着流道的扩宽，其发生漫流，向两侧扩散，即坝体的背水面，但是由于中间的流速仍然较高，从而在后续泥石流的冲击下，一部分流速减慢的泥石流被冲击扩散到滞流区内，并存储在此，而实现储存一定量泥石流、降低总量和流速的目的。

实施例4

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其基本结构与实施例1相同，改进点在于：如图4和5所示，所述第一坝体401内部为中空结构，且其表面分布有若干透水孔402，这些透水孔402垂直向下贯通第一坝体401，并与第一坝体401内的中空腔形成水流通道406；在第一坝体401与锥形尖端相对的尾端具有拱形稳定部403，拱形稳定部403内设置有若干根支撑柱404，且这些支撑柱404之间具有间隙，从而形成对水流通道406过滤的格栅形结构。

在本实施例中，第一坝体401是半圆锥形，实际上就是一个圆锥沿其轴向切成两半的形状，其高度从锥形尖端向尾端逐渐升高，这样在泥石流逐渐增大的过程中，会逐渐将第一坝体401从尖端部分开始逐渐淹没，由于其上有透水孔402，这样泥石流中的泥沙和水就能通过透水孔进入到第一坝体401内的空腔中，从而形成第三股特殊的泥水流，虽然泥水流的速度和冲击力远低于两侧泥石流，但由于其与两侧的泥石流的流向是交叉的泥水流与泥石流原来流向相同，而两侧的泥石流经过第一坝体401分流和第一弧形引导坝501、第二弧形引导坝502的撞击引导后，其流向变成了与原始泥石流流向有交叉，这样泥水流与两股泥石流交汇后，形成湍流，大幅度消减了冲击力。

实施例5

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其基本结构与实施例1相同，改进点在于：如图2和3所示，所述泥石流流道2内分流坝4的上游方向设置有双级拦淤坝3，该双级拦淤坝3包括对称设置在泥石流流道2两侧的第二坝体301和第三坝体302，其中，第二坝体301的一端与泥石流流道2侧边的高地1连接，另一端倾斜向上游方向延伸，从而使其迎水面与该侧的高地1形成第一停淤区304；所述第三坝体302为沿泥石流流动方向呈弧形分布的坝体，且上游端与第二坝体301延伸至泥石流流道2内的一端连接，两个第三坝体302之间形成供泥石流通过的第二分流道303，且第二分流道303为上游端和下游端均大于中部的双曲线形；所述第三坝体302的背水面、第二坝体301的背水面和该侧的高地1围成半封闭的具有朝向下游方向开口的第三滞流区305。

实施例6

本实施例是在实施例5的基础上所做的一种改进方案，其基本结构与实施例5相同，改进点在于：如图8和9所示，所述双级拦淤坝3的上游方向设置有汇流装置6，该汇流装置6包括对称设置在泥石流流道2两侧的弧形汇流坝601，两个弧形汇流坝601之间形成双曲线型的汇流通道，且该汇流通道按照泥石流的流动方向依次分为上游汇流区602、中部狭窄区603和下游分流区604，其中，上游汇流区602的两侧设置有对称设置有分流挡板605，分流挡板605的一端与弧形汇流坝601的上游端连接，另一端向下游方向倾斜，并延伸至泥石流流道2的边部后与该侧高地1连接，从而形成第二停淤区609；所述下游分流区604的两侧对称设置有挡流坝607，挡流坝607的一侧与弧形汇流坝601的下游端连接，另一端呈弧形向上游方向延伸，并与两侧高地1连接，从而与分流挡板605、弧形汇流坝601和高地1围成第三停淤区606，同时，在挡流坝607与第二坝体301之间形成第一停淤区304。

在本实施例中，双曲线型的汇流通道具有中间小、两端大进口端和出口端大的结构特征，在进口端，发散的泥石流碰到形成进口端的弧形汇流坝601时，能够实现减速消能，并且形成湍流，消耗一定的冲击力，同样的，在扩大的出口端发散，相应的流速减慢，也会使大块的石头减速、沉降；由于在汇流通道中部的宽度小于入口的宽度，导致泥石流在入口处堆积，进而起到对泥石流的缓滞作用，而且，部分泥石流在后来的泥石流推力作用下漫过分流挡板605进入到第三停淤区606内，从而起到了分流、停滞的作用；

所述分流挡板605、弧形汇流坝601和挡流坝607均是利用山石与水泥砌筑形成，也可以加入钢筋条来增强强度。分流挡板605的高度低于弧形汇流坝601的高度，弧形汇流坝601的高度又低于挡流坝607的高度，这样在泥石流流量过大时，能够越过分流挡板605进入到第三停淤区606内。

实施例7

本实施例是在实施例6的基础上所做的一种改进方案，其基本结构与实施例6相同，改进点在于：如图9所示，所述挡流坝607的坝顶上分布有若干挡流柱608，且挡流柱608之间具有间隙。挡流柱608的作用是提升第三停淤区606的容量，能够将大块的石头进行阻拦，降低对下游的危害。

实施例8

本实施例是在实施例6的基础上所做的另一种改进方案，其基本结构与实施例6相同，改进点在于：如图9所示，所述弧形汇流坝601为双层结构，包括弧形的外坝体6011和内坝体6012，且在两者的端部分别采用上游端坝6013和下游端坝6014封闭，从而形成顶部开口的弧形容腔6015，在弧形容腔6015内填充大小不一的石块，且这些石块由水泥混凝土固定在弧形容腔6015内。

在本实施例中，由水泥混凝土固定的石块层，其高度最高不超过内外坝体高度的中部，一般约为内外坝体高度的四分之一到三分之一即可。这样既保证了强度，又使内部具有空腔，在爆发泥石流是容纳一部分的砂石。

本发明上述各实施例中的各种坝和板，为了节省成本，可以采用水泥和山石砌筑形成，其高度和厚度一般根据泥石流的流量来确定。另外，本发明中所述的前方、尾部、上游、下游等，都是以泥石流的流动方向来定义的。