本发明属于泥石流防治工程设计应用技术领域，特别涉及一种泥石流堆积区流量衰减值的计算方法。
背景技术：
由于强震后流域内滑坡松散物质剧增，导致泥石流危害明显增强。强烈地震作用使得地震区的地质环境更加脆弱，泥石流等地质灾害更加频繁，危害范围更大。而泥石流堆积区是山区人类生活、生产的重要场所，也是泥石流泛滥成灾的主要区域。泥石流出沟以后可能堆积的最大范围直接决定了泥石流堆积扇的危险范围。因为泥石流沟堆积区的沟道纵比降小，沟道宽度大，使得泥石流在堆积区位置发生沉积。而泥石流沟堆积区也是泥石流排导槽防治工程主要分布位置。在堆积区排导槽防治工程作用下，降低泥石流的流深和流速，进而降低了泥石流流量，即泥石流排导槽不仅使泥石流体的冲击力降低，而且导致泥石流的流速、容重和流量等发生衰减。因此，强震区泥石流在堆积区的流量等衰减特征是泥石流排导槽设计的重点参数。
泥石流的流量特征主要与其流速、泥石流截面积相关，泥石流的流速衰减条件与泥石流的流深、沟道纵比降和沟道糙率系数相关。例如，大沟道纵比降的小岗剑泥石流沟灾害点在2009年的“9.8”、2011年的“9.5”以及2016年的“1.21”均发生地质灾害事件，严重堵断公路，多次堵塞绵远河。
泥石流的流量反映了泥石流流体的动能条件，泥石流排导槽主要作用为消能和泄洪，从而降低泥石流的流量，进而降低泥石流对堆积区的危险程度；现行的泥石流堆积区消能主要通过室内实验获取，其着重点在于研究泥石流动能变化特征，其衰减模型复杂，涉及参数众多，导致基于泥石流动能的流量衰减模型在泥石流堆积区的排导槽设计的使用受到限制，不能高效、便捷的推广到设计单位和生产单位。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种泥石流堆积区流量衰减值的计算方法，解决强震区泥石流沟堆积区的沟道纵比降和沟道宽度与泥石流流量的关系，构建基于泥石流沟道横断面参数的泥石流流量预测模型，并进行实例运用，为泥石流排导槽工程的设计流量提供新方法，适用于泥石流防治实际工程的需要。
本发明技术的技术方案实现方式：一种泥石流堆积区流量衰减值的计算方法，其特征在于：将震区泥石流堆积区特征应用于震区泥石流的流量预测，通过堆积区地形条件所导致的泥石流沟道宽度、流深变化值得到泥石流堆积过程中的流量衰减值，其具体计算方法如下：
a.通过获取震区泥石流沟堆积区上下游沟道的参数，确定泥石流沟堆积区1位置和2位置的沟道纵比降j1和j2(‰)，其中堆积区1位置和2位置的纵比降相同，即j1＝j2，堆积区1位置和2位置的沟道宽度b1和b2(m)，堆积区1位置和2位置的设计流深h1和h2(m)；
b.通过以下公式确定震区泥石流的流量αq的衰减值，单位m3/s。
式中：q1为堆积区1位置处的流量(m3/s)，q2为堆积区2位置处的流量(m3/s)，j1为堆积区1位置的沟道纵比降(‰)，j2为堆积区2位置的沟道纵比降(‰)，b1为泥石流堆积区1位置处沟道的沟道宽度(m)，b2为泥石流堆积区2位置处的沟道宽度(m)，h1为堆积区1位置的流深(m)，h2为堆积区2位置的流深(m)，n1为堆积区1位置处的糙率系数，n2为堆积区2位置处的糙率系数，其中泥石流堆积区的糙率系数n1＝n2；均由步骤a所确定。
本发明所述的泥石流堆积区流量衰减值的计算方法，其所述步骤b中确定的震区泥石流流量αq的衰减值公式适用于震区泥石流沟堆积区的泥石流流量衰减值预测，将衰减后的泥石流流量值作为震区泥石流堆积区排导槽设计的最小泥石流流量值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明突破传统经验的限制，从泥石流沟堆积区的沟道纵比降、泥石流沟道宽度等多方面入手，构建了基于泥石流沟道参数的泥石流流量变化计算模型。首先，在泥石流沟道流深方面，利用泥石流堆积区的流深定量反映了震区泥石流在堆积区流量变化特征；其次，基于汶川震区泥石流堆积区的沟道宽度变化特征，利用泥石流堆积区的沟道宽度反映了汶川震区泥石流堆积区的泥石流流量与沟道横断面间的相互关系。本发明计算理论完善，计算结果符合泥石流现场调查，能够为震区泥石流沟堆积区的排导槽防治工程设计参数提供技术支持，有效避免了因为泥石流流量设计值低所导致的泥石流排导槽防治工程未能满足实际需要，进而造成泥石流防治工程失效的问题。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
一种泥石流堆积区流量衰减值的计算方法，其主要思路是：将震区泥石流沟堆积区特征应用于震区泥石流的流量预测，通过泥石流沟堆积区地形条件所导致的泥石流沟道变化值得到泥石流堆积过程中的流量衰减值。首选根据泥石流流量衰减定义得到泥石流流量衰减值计算方法；再通过震区泥石流沟堆积区的调查以及泥石流沟道特征参数的测量等手段确定泥石流流深、沟道坡度、沟道纵比降、沟道糙率系数；将所得参数带入震区泥石流流量衰减值计算模型中，得到泥石流流量衰减预测值。
具体计算过程如下：
首先，根据泥石流堆积区上下游的流量关系，分析因为堆积区沟道宽度变化导致的泥石流流量衰减特征。假设堆积区上游1位置处的流量为q1，堆积区下游2处的流量为q2，泥石流堆积区1至2之间的流量衰减公式表示为：
式中，αq为泥石流沿其流向的速度衰系数，q1为在1位置的流量(m3/s)，q2为在2位置处的流量(m3/s)。
然后，根据泥石流流体的流量计算公式，泥石流在堆积区的流量q公式表示为：
q＝va…………………………………………(2)
式中，a为在任意位置的泥石横切面积(m2)，v为堆积区任意位置处的流速(m/s)。
然后，根据泥石流流速计算公式，泥石流在堆积区任意位置的流速v公式表示为：
式中，n为泥石流堆积区任意位置的沟道糙率系数，通过泥石流防治规范获取泥石流造率系数，h为泥石流堆积区任意位置的泥石流流深(m/s)，j为泥石流堆积区任意位置的沟道纵比降‰；
根据泥石流流速与泥石流流深的关系，泥石流堆积区的沟道糙率系数值为固定值，得到泥石流堆积区的流量衰减值公式表示为：
式中，h1为泥石流堆积区1位置处的流深(m)，h2为泥石流堆积区2位置处的流深(m)，b1为泥石流堆积区1位置的沟道宽度(m)，b2为泥石流堆积区2位置的沟道宽度(m)，n1为堆积区1位置处的糙率系数，n2为堆积区2位置处的糙率系数,其中泥石流堆积区的糙率系数n1＝n2。
其中，所述公式(4)确定的震区泥石流流量αq的衰减值公式适用于震区泥石流沟堆积区的泥石流流量衰减值预测，将衰减后的泥石流流量值作为震区泥石流堆积区排导槽设计的最小泥石流流量值，从而有效避免了因为泥石流流量设计值低所导致的泥石流排导槽防治工程未能满足实际需要，进而造成泥石流防治工程失效的问题。
以下为本发明的具体实施例：
实施例一：
石棉县回隆乡石龙村石龙组熊家沟流域形态呈扇形，流域面积5.5km2。流域内最高点海拔高程2990m，沟口海拔高程1185m，相对高差约1805m，总体地势为东北高，西南低。沟谷深切，地形起伏较大。熊家沟沟谷长度4.05km，沟谷平均纵坡降376‰。2013年7月4日17时至5日7时期间，石棉县境内普降暴雨，对熊家沟上游造成剧烈的揭底冲刷，形成大规模的泥石流灾害。“7.04”熊家沟泥石流一次冲出固体物质量约5.5×104m3，其中4.3×104m3固体物质淤积竹马河道，造成竹马河道堵塞，约1.2×104m3泥石流物质越过竹马河冲击至吉新电力公司住宿楼，致住宿楼房损毁。
为了有效的防治和治理泥石流，防止竹马河被堵塞威胁下游安全，根据熊家沟泥石流堆积区等特征进行有效预测，具体计算方法及步骤如下：
a.根据熊家沟泥石流堆积区的野外调查和泥石流沟道参数测试，确定了熊家沟沟口的平均泥深11m，泥石流沟道纵比降140.5‰，糙率系数12，沟道宽度18.2m；泥石流堆积扇中部平均泥深7.1m，泥石流沟沟道纵比降140.5‰，糙率系数12，沟道宽度25m。
b.将a步骤确定的各参数代入下公式，
c.通过公式计算获取熊家沟“7.04”泥石流在堆积区沉积过程中泥石流流量衰减值为33.8％。
实施例二：
磨子沟位于四川省汶川县羊店村，属岷江上游左岸支流，且磨子沟流域地形总体上属深切构造侵蚀低山和中山地形，流域内总体上地形陡峻，地形凌空条件发育，切割深度较大的特点，呈深切割“v”型谷。磨子沟流域面积为7.4km2，流域纵向长度为4.8km，流域内水系呈树枝状分布，最高点位于流域北东侧山脊部位，高程3208m，最低点位于磨子沟沟口，高程1173m，相对高差2035m，主沟道平均纵比降434‰。
为了有效的防治和治理泥石流，防止岷江被堵塞威胁下游安全，根据泥石流沟道以及排导槽设计等特征进行有效预测，具体计算方法及步骤如下：
a.根据磨子沟泥石流堆积区的野外调查和泥石流沟道参数测试，确定了熊家沟沟口的平均泥深5.7m、泥石流沟道纵比降194‰、糙率系数13、沟道宽度18.6m；泥石流堆积扇中部平均泥深4.3m、泥石流沟道纵比降194‰、糙率系数13、沟道宽度26.7m。
b.将a步骤确定的各参数代入下公式，
c.通过公式计算获取磨子沟泥石流在堆积区沉积过程中泥石流流量衰减值为10.3％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。