山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法

1.本技术属于地质灾害减灾设计技术领域，具体涉及山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法。


背景技术：

2.当前由于极端天气的频频出现，西南山区小流域内各类灾害频发，破坏电网及交通措施，严重影响了当地人民的生产与生活。因此，在山地小流域亟需科学合理地开展减灾优化设计，以降低山地小流域灾害的发生率与致灾强度，保证人民的生命财产安全。
3.现今，在防灾减灾领域多采用岩土工程措施以快速实现减灾效果，但忽略了岩土工程减灾的时效性及其对当地生态环境的负面影响，而生态工程由于难以实现其减灾效果的定量研究，导致无法与岩土工程进行科学的协同设计。


技术实现要素：

4.本技术提出了山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，考虑山地小流域常见的灾害类型和不同减灾方式的作用时效性，选择以岸坡生态工程与沟道岩土工程协同减灾的方式进行初步设计，在此基础上进行全流域的减灾效果评价，并基于减灾效果进行优化设计，最终获得最优的山地小流域减灾措施配置。
5.为实现上述目的，本技术提供了如下方案：山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，包括如下步骤：建立山地小流域内的减灾目标；划分山地小流域内的灾害类型；基于所述减灾目标和划分后的所述灾害类型，进行生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计；基于所述初步设计，计算全流域内的能量消减率；基于所述初步设计后的所述能量消减率，对所述初步设计进行配置措施的调整，并计算调整后的能量消减率，得到能量消减率的最优值；基于最优值时的能量消减率，得到生态工程与岩土工程协同减灾的最优配置。
6.可选的，基于山地小流域内的地形地貌、地质条件和灾害现状，建立山地小流域内的所述减灾目标。
7.可选的，所述灾害现状包括灾害种类、致灾体量、灾害发生季节。
8.可选的，所述灾害类型包括岸坡灾害和沟道灾害；所述岸坡灾害为崩塌和表土侵蚀；所述沟道灾害为泥石流。
9.可选的，基于岸坡与沟道的耦合致灾原理划分所述灾害类型。
10.可选的，生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计包括：针对岸坡崩塌灾害体量选择乔木和构筑物进行生态消能减灾；
针对岸坡表土侵蚀灾害选择异类植物间配的根系加固减灾方式；针对沟道泥石流选择阶梯-深潭逐级消能的减灾方式。
11.可选的，采用小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法，进行所述能量消减率的计算。
12.可选的，对所述初步设计进行配置措施的调整包括：对单个灾种减灾工程设计的调整，以及对协同减灾配置的整体性调整。
13.本技术的有益效果为：本技术公开了山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，基于小流域地形特征及灾害种类提出合理的减灾目标，以岸坡和沟道的耦合作用机理为基础划分灾害种类，结合所述目标提出岸坡生态工程与沟道岩土工程协同减灾初步设计，在评价初步减灾结果的基础上调整生态工程与岩土工程设计内容，优化配置模式，直至获取减灾结果最优值，并基于该值确定小流域生态工程与岩土工程协同减灾的最优配置。与以往技术相比，本发明提出了岸坡采用生态工程减灾结合沟道采用岩土工程减灾的配置模式，在此基础上选择全流域协同减灾评价的方法进行小流域生态工程与岩土工程协同减灾的优化设计，在减灾设计中既保证了减灾有效性，又保证了山地小流域的自然生态稳定。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本技术实施例的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法流程示意图；图2为本技术实施例中岸坡与沟道相互作用原理示意图。
具体实施方式
16.众所周知，一个小流域内多种灾害并存，常见的灾害为坡面的崩塌、表土的侵蚀和沟道内的泥石流。三种灾害各自发展又互相影响，若减灾设计仅针对单项灾害开展，不仅无法科学高效的获取最优的减灾效果，亦会造成资源浪费。现有减灾措施多采用岩土工程，虽然短时间内见效较快，但随服役年限增加岩土工程产生损坏等，减灾效果会逐渐降低。综上，减灾设计应从坡面与沟道相互致灾耦合的机理出发，采用生态工程与岩土工程相结合的方式进行不断优化。
17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
19.如图1所示，为本技术实施例的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法流程示意图，基于小流域地形特征及灾害种类提出合理的减灾目标，以岸坡和沟道
的耦合作用机理为基础划分灾害种类，结合所述目标提出岸坡生态工程与沟道岩土工程协同减灾初步设计，在评价初步减灾结果的基础上调整生态工程与岩土工程设计内容，优化配置模式，直至获取减灾结果最优值，并基于该值确定小流域生态工程与岩土工程协同减灾的最优配置。本实施例优化方法主要包括以下步骤：s101.建立山地小流域内的减灾目标。
20.在本实施例中，根据待评价的山地小流域内的基础地质条件，结合灾害种类、致灾体量、灾害发生季节等灾害现状，提出合理的防灾减灾目标。
21.基于小流域内斜坡表层的岩土体性质及坡度、沟道的长度等基础地质条件，考虑全流域内崩塌、表土侵蚀破坏、泥石流灾害的存在种类，各灾害的分布面积和长度（即致灾体量），以及灾害发生季节（小流域内崩塌灾害受季节影响不大，滑坡和泥石流多发生于多雨的季节）提出合理的防灾减灾目标。
22.假若流域内多为松散堆积体，不存在块石崩塌，则主要考虑表层土体侵蚀与滑动破坏和泥石流灾害。若其滑动破坏体量较大，则容易形成丰富的泥石流物源，则选择以稳固坡面为主要减灾目标，则直接控制了滑坡和泥石流两种灾害。若滑动体量较小，则以疏通沟道为主。若斜坡多为完整岩石块体，不易崩塌、亦不会产生土体滑坡，则主要考虑防止大块石掉落破坏沟道岸坡。
23.s102.划分山地小流域内的灾害类型。
24.在本实施例中，基于岸坡与沟道的耦合致灾原理，分别以岸坡、沟道作为物源区、流通区承载体，将灾害类型划分为岸坡灾害和沟道灾害，其中，岸坡灾害为崩塌和表土侵蚀，沟道灾害为泥石流。
25.在本实施例中，耦合致灾原理为：岸坡与沟道作为研究主体，二者相互影响；岸坡破坏可为沟道内泥石流提供物源，沟道破坏可进一步促使岸坡的变形破坏。本分析优势即为，明确了小流域内多重灾害的最关键的耦合关系，即灾害种类多种多样，但究其原理即为岸坡与沟道的相互作用。
26.图2展示了本实施例中岸坡与沟道相互作用原理示意图，坡面的崩塌和表层侵蚀松动的土体成为丰富的物源，在强降雨条件下引发泥石流，而泥石流在沟道内的冲刷亦会反作用与岸坡掏蚀，进一步引起坡面的崩塌及侵蚀。
27.s103.基于减灾目标和划分后的灾害类型，进行生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计。
28.在本实施例中，针对岸坡崩塌灾害体量选择乔木和构筑物进行生态消能减灾，针对岸坡表土侵蚀灾害选择异类植物间配的根系加固减灾方式，针对沟道泥石流选择阶梯-深潭逐级消能的减灾方式，进行初步设计。
29.在本实施例中，初步设计即为上述各灾害针对的不同减灾方式：如针对崩塌的乔木与构筑物协同减灾，选定乔木种类、乔木胸径、确定株间距等；针对表土侵蚀的异类植物间配，即选定植被种类、间配间距；阶梯-深潭逐级消能结构确定其阶梯长度、深潭深度等具体参数。具体需依赖沟道内各灾害特点。本技术以提供协同方法为主，不限制各自灾害的减灾方式。
30.形成的设计内容即：针对各灾害的具体的减灾设计技术、参数及施工内容等。
31.s104.基于初步设计，计算全流域内的能量消减率。
32.在本实施例中，基于上述岸坡与沟道内生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计，采用“小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法”，进行全流域内生态工程与岩土工程协同减灾的能量消减率的计算，评价初步设计的减灾效果。
33.在本实施例中，能量消减率用于标定减灾效果，针对不同灾害有不同的能量消减率代表参数。如针对崩塌灾害，设定了减灾方法后有其对应的减灾指标，如滚石动能的降低率；针对滑坡及表土侵蚀灾害，可选择表土侵蚀或滑动面积的降低率；如针对泥石流灾害，可选择为泥石流势能降低率。
34.s105.基于上述初步设计后的生态工程与岩土工程协同减灾的能量消减率，对初步设计进行配置措施的调整，包括对单个灾种减灾工程设计的调整，以及对协同减灾配置的整体性调整，并计算调整后协同配置的全流域减灾的能量消减率，经过多次调整，并对比不同配置措施下全流域的减灾能量消减率，选出能量消减率的最优值。
35.s106.基于最优值时的全流域减灾能量消减率，确定该小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的最优配置。
36.经过上述方法流程，可针对特定小流域获得生态工程与岩土工程协同减灾效果最佳、时效性最佳且最兼顾生态的配置，从而为该小流域防灾减灾工作提供指导性意见。
37.以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：建立山地小流域内的减灾目标；划分山地小流域内的灾害类型；基于所述减灾目标和划分后的所述灾害类型，进行生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计；基于所述初步设计，计算全流域内的能量消减率；基于所述初步设计后的所述能量消减率，对所述初步设计进行配置措施的调整，并计算调整后的能量消减率，得到能量消减率的最优值；基于最优值时的能量消减率，得到生态工程与岩土工程协同减灾的最优配置。2.根据权利要求1所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，基于山地小流域内的地形地貌、地质条件和灾害现状，建立山地小流域内的所述减灾目标。3.根据权利要求2所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，所述灾害现状包括灾害种类、致灾体量、灾害发生季节。4.根据权利要求1所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，所述灾害类型包括岸坡灾害和沟道灾害；所述岸坡灾害为崩塌和表土侵蚀；所述沟道灾害为泥石流。5.根据权利要求4所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，基于岸坡与沟道的耦合致灾原理划分所述灾害类型。6.根据权利要求4所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计包括：针对岸坡崩塌灾害体量选择乔木和构筑物进行生态消能减灾；针对岸坡表土侵蚀灾害选择异类植物间配的根系加固减灾方式；针对沟道泥石流选择阶梯-深潭逐级消能的减灾方式。7.根据权利要求1所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，采用小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法，进行所述能量消减率的计算。8.根据权利要求1所述的山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，其特征在于，对所述初步设计进行配置措施的调整包括：对单个灾种减灾工程设计的调整，以及对协同减灾配置的整体性调整。

技术总结
本申请公开了山地小流域内生态工程与岩土工程协同减灾的优化方法，包括：建立山地小流域内的减灾目标；划分山地小流域内的灾害类型；基于减灾目标和划分后的灾害类型，进行生态工程与岩土工程协同减灾的初步设计；基于初步设计，计算全流域内的能量消减率；基于初步设计后的能量消减率，对初步设计进行配置措施的调整，并计算调整后的能量消减率，得到能量消减率的最优值；基于最优值时的能量消减率，得到生态工程与岩土工程协同减灾的最优配置。本申请提出了岸坡采用生态工程减灾结合沟道采用岩土工程减灾的配置模式，在减灾设计中既保证了减灾有效性，又保证了山地小流域的自然生态稳定。生态稳定。生态稳定。


技术研发人员：祁生文 刘方翠 崔鹏 陈剑刚 徐梦珍 王学良 薛雷 柳金峰 郑博文
受保护的技术使用者：中国科学院地质与地球物理研究所
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/5/25