技术领域
[0001] 本
发明属于非常溢洪道
水利工程技术领域，具体涉及多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道。
背景技术
[0002] 2014年中国超标准洪水导致4座小型水库垮坝，1979年印度
马丘漫顶垮坝3000人惨遭灭顶，1975年河南板桥、石漫滩等水库漫顶垮坝，近在咫尺的下游抢险队伍无一幸免，2.6万人惨遭灭顶，60t油
罐车冲走20km，经济损失达100亿美元。1963年8月河北省多座水库漫顶垮坝，1467人惨遭灭顶，1951年至1986年世界其它国家洪水漫顶溃坝59座。水库溃坝的案例说明，较大的溃坝涌浪会摧毁下游河道的水库、
桥梁、渠首、堤防、房屋等，人畜遇到溃坝涌浪根本没有逃生的机会。我国中小型水库众多，受社会、环境、经济条件限制，洪水标准低，发生溃坝是必然而且概率大。此外，各类
建筑物在寒区受地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、
风化、水
力冲刷、滑动失稳隐患，一旦隐患不能及时发现排除，遇到超标准洪水会引起水毁，这是管理难题。
[0003] 一些水库采用副坝分洪、非常溢洪道分洪保主坝，启动的方式有引冲式、爆破式、扒副坝，多是无控制的分洪，面临较小的超标准洪水就启动分洪的问题，不可控的副坝溃坝涌浪也会造成严重的破坏，形成洪水灾害，一旦启动分洪，形成很深冲沟，高
水头、高流速的缺口进行截流堵口并非易事，大量库水泄掉影响效益，而有些水库不具备修建副坝溃坝分洪保主坝的地形、地质条件，无副坝的水库大坝溃坝就是灾难性的，这是副坝分洪、非常溢洪道面临的难题。
[0004] 水库超标准洪水大坝漫顶溃坝的原因：世界各国通用的水库设计理论，是按照规范规定的具体量化洪水标准进行设计工程，确保在规范内不发生工程水毁，各国的社会经济条件不同仅仅是其规范标准不一样，发达国家标准高发生超标准洪水工程水毁概率低，而发展中国家标准低发生超标准洪水工程水毁概率高。用规范的有限量化洪水标准解决无限的超标准洪水工程水毁的问题，在理论上是不可行的；采用土石结构堤坝抵御超标准洪水，在结构上是不可行的，采用铪、砼结构抵御超标准洪水，在社会、环境、经济、效益上不可行。由于现行设计理论的原因导致以上无法解决的难题。此外，目前缺少水库的副坝分洪、非常溢洪道可控的分洪防灾减灾设计理论。
[0005] 利用叶兴的泄洪滩地水毁机理，构建向农田、滩地、河道可控分散分洪的新型分洪理论与措施，为解决以上一系列难题提供一种新结构。
发明内容
[0006] 本发明的目的:提供多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，解决现有分洪工程结构无法抵御超标准洪水的难题，解决副坝分洪不可控的问题，解决无非常溢洪道水库分洪的问题，解决河道堤防、渠首工程堤坝分洪问题；提供一种结构简单、施工方便、造价低廉、安全可靠的防灾减灾的分洪工程，防止堤坝超标准洪水漫顶溃堤坝，避免出现毁灭性的溃坝涌浪，确保发生不可抵御的超标准洪水时人畜有逃生的机会，避免抗洪抢险队伍陷入险境、绝境。
[0007] 本发明适用于任何地形地质条件，适用于水库副坝向农田可控分洪，适用于水库超标准洪水副坝可控分洪，适用于无地形条件修建非常溢洪道的超标准洪水水库主坝可控分洪，适用于较高江河堤防超标准洪水可控分洪，适用于较高渠首土质拦河坝超标准洪水可控分洪。
[0008] 上述的目的通过以下的技术方案实现：多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，其组成包括，过水土坝顶部连接土工合成材料鱼鳞形护面，过水土坝两侧连接土坝，土工合成材料鱼鳞形护面顶部连接保护土层，土工合成材料鱼鳞形头部护面上游侧连接拦污栅，土工合成材料鱼鳞形头部护面顶端下游侧连接土工合成材料防护多级自溃土堤，土工合成材料鱼鳞形头部护面下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面，土工合成材料鱼鳞形头部护面两侧连接土坝，土工合成材料防护多级自溃土堤上游侧连接保护土层，土工合成材料防护多级自溃土堤下游侧连接保护土层，土工合成材料防护多级自溃土堤两侧连接土坝，土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面，土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面两侧连接土坝，土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面，土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面两侧连接边堤，土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面，土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面两侧连接边堤，土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面顶部连接保护土层。
[0009] 为了进一步实现以上的目的，所述土工合成材料防护多级自溃土堤它包括，土工合成材料防护一级自溃土堤或土工合成材料防护一级以上自溃土堤，以土工合成材料防护三级自溃土堤为例它包括，三级自溃土堤底部连接土工合成材料鱼鳞形头部护面，三级自溃土堤错层连接土坝，三级自溃土堤上部连接二级自溃土工合成材料护面，二级自溃土工合成材料护面上部连接二级自溃土堤，二级自溃土堤错层连接一级自溃土堤，二级自溃土堤上部连接一级自溃土工合成材料护面，一级自溃土工合成材料护面上部连接一级自溃土堤，其它级自溃土堤以此类推。
[0010] 为了进一步实现以上的目的，所述土工合成材料鱼鳞形护面包括： 双层的土工合成材料鱼鳞片的土工合成材料鱼鳞形头部护面下游侧连接土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面，土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面下游侧连接土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面，土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面下游侧连接土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面，土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面下游侧连接
单层土工合成材料鱼鳞片的土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面，土工合成材料鱼鳞形头部护面、土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面、土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面、土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面由绳系
无纺布穿带鱼鳞形单元组成，间距依流速增加依次加密。
[0011] 为了进一步实现以上的目的，绳系无纺布穿带鱼鳞形单元包括：两道无纺布底部连接底部无纺布，PE倒刺钉穿过两道无纺布，化纤绳连接PE倒刺钉，两道无纺布顶端连接土工合成材料鱼鳞片护面，土工合成材料鱼鳞片护面底部连接不透水膜，上下游两片土工合成材料鱼鳞片护面错层搭接在不透水膜顶部，上下两层土工合成材料鱼鳞片护面与土工不透水膜用PE倒刺钉
串联，土工不透水膜包括复合
土工膜、土工膜、塑料
薄膜、彩条布，土工合成材料鱼鳞片护面包括复合土工膜、土工膜、塑料薄膜、彩条布、化纤织布。
[0012] 本发明的有益效果：
[0013] 1、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道即可用于水库非常溢洪道也可用于江河堤防面向农田可控分洪，为堤坝基于泄洪滩地水毁机理的防灾减灾设计理论应用提供一种可靠、可行的新型结构，填补现有非常溢洪道、副坝分洪设计理论的空白，解决用有限的规范洪水标准无法解决无限超标准洪水工程水毁的问题。理论简单易懂
基层设计管理人员容易掌握，容易解决效益、社会、经济、灾害、环境之间的矛盾，为
修改现行洪水规范标准提供理论
基础。
[0014] 2、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有水库设计、管理比较，本发明按照“泄洪滩地水毁机理作为水库防灾减灾设计理论”设计，有安全可靠可控的多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道作为保障，就可以减少防洪库容，对已建水库可以提高汛限水位，提高兴利库容，提高水库经济效益，对新建水库可以降低水库规模，减少工程造价及淹没损失，具有社会经济效益。
[0015] 3、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有非常溢洪道比较，不受任何地形、地质条件限制，可控分洪，保障拦河坝安全，防止超标准洪水漫坝溃决，防止灾难性的溃坝涌浪，使人畜有逃生机会，避免灾难性的溃坝涌浪造成财产遭受毁灭性损失。
[0016] 4、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有副坝分洪比较，实现副坝向农田可控分洪，小洪小分，大洪打分，土工合成材料护面控制溃坝下切，水库分洪解除危险后，由于堰上水头小很容易截流堵口，避免超标准洪水副坝溃决分洪的不可控性放空水库，避免出现灾难性的溃坝涌浪，避免副坝分洪影响效益。
[0017] 5、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有土坝设计比较，现在设计土石坝决不允许土坝漫流，本发明突破土石主坝超标准洪水不能分洪的现状，实现土石主坝可以超标准分洪，解决不具备修建非常溢洪道的地形地质条件的水库超标准洪水漫顶的难题。
[0018] 6、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有过水土坝设计比较，现有铪、砼护面的过水土石坝，受地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、风化、水力冲刷、滑动失稳的危害，本发明不受任何地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、风化、水力冲刷、滑动失稳的危害。
[0019] 7、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有非常溢洪道结构比较，仅需要土坝加土工合成材料防护，无需铪、砼、石材料，结构简单、造价低廉、实施方便、不永久占有耕地，受经济条件限制不具备修建非常溢洪道的中小型水库可以修建非常溢洪道。仅仅涉及到土工合成材料及土体，汛后库内淤沙吹填恢复容易。
[0020] 8、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有建筑物结构比较，现有土、石、砼、铪结构，地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、水力冲刷、滑动失稳的破坏均可以导致建筑物水毁失事，甚至管理操作不当都可能导致水毁失事。本发明利用泄洪滩地水毁机理及土工合成材料防灾减灾结构措施，可以抵抗任何级别的超标准洪水，不发生灾难性的溃决，避免瞬间垮坝，可以抵御地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、风化、水力冲刷、滑动失稳的破坏甚至管理操作不当也不会出现灾难性的后果，这种防灾减灾的结构优点是任何铪、砼、土石结构都不具备的，解决现有土、石、砼、铪结构无法抵御超标准洪水的世界性难题。本发明土工合成材料存在的缺点遇紫外线老化，所以只能作为不经常使用的非常溢洪道，不适于经常使用的分洪建筑物。
[0021] 9、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有水库抗洪抢险比较，现在遇到不可抵御的超标准洪水，修子堤、不得已扒副坝分洪的被动抗洪理论与方法，可以实现主动、可控、自动分洪，让抗洪抢险队伍远离险境、绝境、苦境。
[0022] 10、多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道，与现有水库溢洪道遇险处理比较，现在一旦出现管理漏洞不及时分洪漫坝溃决不可避免，现在洪水期溢洪道出现冲刷破坏不能关闸关闸消险，可能小险成大灾，本发明遇到以上情况，可以人为启动多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道分洪，其损失仅仅是一点廉价的土石方与土工合成材料，却可以防止灾难发生与重大水毁。
[0023] 11、土工合成材料防护多级自溃土堤，与现有水库超标准洪水分洪方式比较，利用泄洪滩地水毁机理，增加泄流量降低上游水位增加下游水位，减少上下游水头差，避免分洪长期在危险区工作，避免溃坝涌浪造成毁灭性灾难，小的超标准洪水漫坝，自动溃决一级，随着水位增加，逐级漫坝，逐级自溃，实现自动可控分洪，具有防灾减灾特性。
[0024] 12、本发明的过水土坝：土质坝顶部采用土工合成材料鱼鳞形护面实现土石坝分洪过水，通过堰高控制分洪单宽流量、流速，有利于及时截流堵口，减少下游灾情、减少库水损失。
[0025] 13、本发明的拦污栅：防止漂浮物破坏土工合成材料鱼鳞形护面，增加多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道安全性，是实现土工合成材料护面代替现有铪、砼护面的关键。
[0026] 14、本发明的土工合成材料鱼鳞形护面：双层鱼鳞形护面增加一层安全储备，减少护面扬压力，在寒区不受地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、风化、水力冲刷、滑动失稳危害，无需日常管理维修。
[0027] 15、本发明的绳系无纺布穿带鱼鳞形单元：一旦局部发生护面破坏导致冲刷破坏，一道道绳系无纺布穿带鱼鳞形单元阻滞局部冲刷向上下游扩展，避免瞬间垮坝，由于超标准洪水分洪历时短，也为抢险赢得时间、为下游人员逃生赢得时间、为下游建立水位赢得时间，避开高水头差溃坝产生灾难性的溃坝涌浪，实现利用泄洪滩地水毁机理进行防灾减灾的目标，在寒区不受地基不均匀沉陷、渗流、冻胀、冻融、风化、水力冲刷、滑动失稳危害，无需日常管理维修，这种结构的优点是任何铪、砼、土石结构都不具备的。
[0029] 图1多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道纵断面示意图；
[0030] 图2土工合成材料防护多级自溃土堤示意图；
[0031] 图3土工合成材料鱼鳞形护面示意图
[0032] 图4绳系无纺布穿带鱼鳞形单元细部示意图
[0033] 具体实施方式：
[0034] 下面结合附图对本发明的最佳实施方式作详细说明（参见图1、图2、图3、图4）[0035]
实施例：所述过水土坝2顶部连接土工合成材料鱼鳞形护面4，防止超标准洪水分洪冲刷过水土坝，过水土坝2两侧连接土坝1，所述土工合成材料鱼鳞形护面4顶部连接保护土层6，防止土工合成材料受紫外线照射老化破坏，所述土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1上游侧连接拦污栅3，防止漂浮物破坏工合成材料鱼鳞形护面，土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1顶端下游侧连接土工合成材料防护多级自溃土堤5，自动控制分洪，大水大溃，小水小溃，土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面4-2，土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1两侧连接土坝1，土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面代替铪结构梯形宽顶堰控制泄流，所述土工合成材料防护多级自溃土堤5上游侧连接保护土层6，土工合成材料防护多级自溃土堤5下游侧连接保护土层6，土工合成材料防护多级自溃土堤5两侧连接土坝1，所述土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面4-2下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面4-3，土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面4-2两侧连接土坝1，所述土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面4-3下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面4-4，土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面4-3两侧连接边堤7，土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面代替铪结构泄槽泄水，所述土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面4-4下游侧搭接土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面4-5，土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面4-4两侧连接边堤7，土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面4-5顶部连接保护土层6，土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面代替铪结构消力池消能，土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面代替砌石结构海漫、防冲槽。
[0036] 土工合成材料防护多级自溃土堤5，它包括土工合成材料防护一级自溃土堤或土工合成材料防护一级以上自溃土堤，以土工合成材料防护三级自溃土堤为例它包括，三级自溃土堤5-1-3底部连接土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1，三级自溃土堤5-1-3错层连接土坝1，三级自溃土堤5-1-3上部连接二级自溃土工合成材料护面5-2-2，二级自溃土工合成材料护面5-2-2上部连接二级自溃土堤5-1-2，二级自溃土堤5-1-2错层连接一级自溃土堤5-1-1，二级自溃土堤1-1-2上部连接一级自溃土工合成材料护面5-2-1，一级自溃土工合成材料护面5-2-1上部连接一级自溃土堤5-1-1。当超标准洪水漫过一级自溃土堤，一级自溃土堤发生自溃，一级自溃土工合成材料护面保护二级自溃土堤，当超标准洪水漫过二级自溃土堤，二级自溃土堤顶端发生自溃，一级自溃土工合成材料护面也随之被冲走，二级自溃土堤全面自溃，其它级自溃同上。
[0037] 土工合成材料防护多级自溃土堤设计原理是堤坝防灾减灾设计理论，堤坝防灾减灾设计理论是：在现有设计理论、规范基础上按照泄洪滩地水毁机理增加防灾减灾设计，避免出现灾难性溃堤坝涌浪。把承担分洪的农田视为泄洪滩地，利用其机理遇到不可抗拒的超标准洪水向河道、滩地、农田可控分洪。超标准洪水是指超过规范规定的洪水标准或超过工程所能承受的洪水。泄洪滩地水毁机理是：承担渠首部分泄洪流量的泄洪滩地水毁演变过程是在春汛小流量时，滩地会发生冲刷破坏，形成“水打沟”；一旦水打沟形成，水流回淘演变成水打沟向上游快速扩展的“倒牵
牛”，水打沟互相连通形成“串沟”；串沟与上下游河道连通，部分河水走此串沟形成“拉口子”，这些形式的滩地破坏，往往发生在小流量，大流量反而安全；串沟进一步发展就变成“割滩改道”，往往夏汛发生“割滩改道”，而春汛很少发生，以上演变可以是一次洪水也可以多次。把上下游水流量关系绘在一张图上，然后把河床底高程、堆石坝、冲沙闸、滩地高程相关因素标注其上，构成渠首泄洪滩地相关因素图，把渠首泄洪滩地相关因素图分四个区域，1区，滩地未行洪，滩地安全，2区，滩地过流但下游河水尚未出槽，此时水流属于自由堰流，滩上水流属于堰上急流，小流量高流速，冲刷破坏力强；3区，下游河水出槽，但下、上游滩上水深比〉=0.8，此时水流属于自由堰流，冲刷破坏力较大；4区，下、上游滩上水深比<0.8，此时属于淹没堰流，相对安全区；K线，同一时刻溃堤坝上下游水位～流量点连线，此时属于堰流，K的斜率小表示溃堤坝瞬间上下游水位差大、流量差大，单宽溃堤坝流量大、流速高，产生较高溃堤坝涌浪，其破坏性大，很高的溃堤坝涌浪会摧毁沿程的渠首、水库、堤防、桥梁等建筑物，形成灾难性的溃堤坝涌浪，K的斜率大表示溃堤坝瞬间上下游水位差小、流量差小，单宽溃堤坝流量小、流速低，产生较低溃堤坝涌浪，破坏性较小，甚至是安全的。如果春汛发生在二、三区而此时滩地植被尚未形成，表层松散的冻融土抗冲能力低，就会发生“水打沟、串沟、拉口子”，但此时滩地尚未完全融化，所以不会轻易改道，如果夏汛发生在二、三区时间长，一旦拉口子就会演变成“割滩改道”。
[0038] 土工合成材料鱼鳞形护面4，它主要包括，所述双层的土工合成材料鱼鳞片的土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1下游侧连接土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面4-2，土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面4-2下游侧连接土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面4-3，土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面4-3下游侧连接土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面4-4，土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面4-4下游侧连接单层土工合成材料鱼鳞片的土工合成材料鱼鳞形尾部防冲护面4-5，土工合成材料鱼鳞形头部护面4-1、土工合成材料鱼鳞形中部堰顶护面4-2、土工合成材料鱼鳞形中部泄槽护面4-3、土工合成材料鱼鳞形中部护坦护面4-4由绳系无纺布穿带鱼鳞形单元Ⅳ组成，防止局部破坏向上下游扩展，间距由流速增加依次加密。
[0039] 绳系无纺布穿带鱼鳞形单元Ⅳ，它主要包括：两道无纺布4-Ⅱ底部连接底部无纺布4-Ⅰ，无纺布4-Ⅱ起到固定土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ与防止局部破坏向上下游扩展，底部无纺布4-Ⅰ固定无纺布4-Ⅱ并起到防冲破坏的最后一道防线，PE倒刺钉4-Ⅵ穿过两道无纺布4-Ⅱ，化纤绳4-Ⅲ连接PE倒刺钉4-Ⅵ，化纤绳4-Ⅲ联系两道无纺布4-Ⅱ形成垂直水流的穿带单元整体避免局部土体冲刷破坏向上下游扩展，PE倒刺钉便于施工，两道无纺布4-Ⅱ顶端连接土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ，土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ底部连接不透水膜4-Ⅳ，不透水膜4-Ⅳ起到防渗、防冲保护土体，上下游两片土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ错层搭接在不透水膜4-Ⅳ顶部，排水减压，上下两层土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ与土工不透水膜4-Ⅳ用PE倒刺钉4-Ⅵ串联，高流速的可以采用缝制代替PE倒刺钉4-Ⅵ，防止回流卷起土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ，所述土工合成材料鱼鳞片护面4-Ⅴ包括无纺布、土工膜、复合土工膜、彩条布、化纤织布，所述土工不透水膜4-Ⅳ包括复合土工膜、土工膜、塑料薄膜、彩条布。
[0040] 如果多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道的消能防冲段地势较高，利用超标准洪水启动概率小的特点，在保护土层上种植庄稼，实现工程不永久占地的目标，如果多级自溃土工合成材料土石非常溢洪道启动分洪，保护土层被冲走，可以利用水库、江河淤沙吹填法恢复，实现不破坏农田的目标。
[0041] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，
本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
