浮木拦截工程的拦截性能试验研究

浮木拦截工程的拦截性能试验研究 浮木拦截工程的拦截性能试验研究 8水土保持应用技术2011年第3期 . 浮木拦截工程的拦截性能试验研究 代玉华 (喀左县水利局,辽宁大城子122000) 中图分类号:TV135文献标志码:B文章编号:1673—5366(2011)03—0008—03 摘要:风倒木又多伴泥石流而流出,多因建筑物拦截而雍高水位,造成洪泛水灾.在日本控制浮木灾害的规范规定 拦截工程间隔曰与最大浮木长度的比L<1/2.2010年日本学者淡谷一等人通过模拟试验研究浮木长度及拦截 工程间隔的变化,对拦截浮木性能的影响.其结论是:在B/L同等条件下,浮木长度变短拦截率降低.不同浮木 长度混在一起,拦截率降低.浮木拦截率取决于浮木长度,直径,拦截工程间隔,高度,流量等.有关拦截率推测公 式,虽然与试验结果具有一致性,但其适用性研究不充分,有待于在今后工作,进一步深入研究. 关键词:风倒木;拦截工程;拦截率;浮木长度DOI:10.3969/i_issn.1673—5366.2011.O3.04 当林地遭遇台风时,经常出现风倒木;当暴雨发 生时,多诱发滑坡,泥石流;然而,风倒木又多伴滑 坡,泥石流沿沟谷,河道而流出,多因建筑物拦截而 雍高水位,造成洪泛水灾.此类灾害事件在世界各 国屡见不鲜. 在日本控制浮木灾害的对策主要是采取适宜的 森林管理,控制风倒木流出;在沟道内设置谷坊坝进 行拦截.日本国土交通省规定了泥石流,浮木设计 技术方案(以下称"方案").拦截浮木工程主要以 钢管为主的建筑物,相关设计标准,规定拦截工程间 隔与最大浮木长度的比L.<1/2. 以往有关浮木对策设施的研究,水山等人在不 透水型防沙堤坝的堤体与副堤上设置过滤浮木网 格,分析其浮木拦截率.石川等人用不透型防沙水 坝进行试验,总结出狭窄部位有关浮木拦截率关系 式?.但在冲刷区间单独设置浮木拦截工程进行 研究的甚少,有关立柱间隔还是横木间隔与浮木长 的比,对浮木拦截的影响尚不清楚.因此,2010年 日本防卫大学没谷一等人在冲刷区间,单独设置拦 截浮木工程,进行拦截浮木试验,研究浮木的长及拦 截工程间隔的变化,对拦截浮木性能的影响J. 1试验设计 1.1试验装置 试验装置是由一个有可变0.一20.坡度的水槽, 储水槽,闸门及最大出水量为1.2m/rain的抽水机 所构成.下游水槽长为4.35m;宽0.3m;高0.5m. 费,降低了成本. 3)防治效果好.由于植物不断的生长,树干逐 年加粗,根系不断伸展,防治水土流失效果逐渐增 强.特别是在2010年汛期,辽东地区普降近百年一 遇的大雨,2010年冬季调查,8座植苗生物谷坊,充 分发挥出拦沙滤水的作用,经受住了山洪的考验. 4)节省维护费用.与其他类型的谷坊相比,生 物谷坊一经栽活,树根,树干,树枝各部位都在自然 生长,且枯枝落叶可增加土壤肥力,改善土壤结构, 增进植苗生物谷坊生存能力.另外,伴随树根,树干 的生长,其谷坊的牢固性,拦蓄作用越发明显,相得 益彰,一劳永逸.不像其他类型的谷坊经过几年的 运行,因工程损坏,需要不断维修,增加维修费用. 5)可增加附加经济效益.按目前木材的市场 价格,每棵树每年可获得经济收入3元钱,每座谷坊 每年可产生经济效益99元. 综上所述:植苗生物谷坊具有成活率高,缓苗时 间短,生长快,投资少,防治水土流失效果好,不需要 维护费用,提高土地利用率,增加经济收人等的特 点.在辽东山区具有广泛的发展前景,可做为沟道 治理的主要措施. 收稿日期:2011—04—21 作者简介:张杰,身份证号:210521196401$23,中 专,工程师,工作于本溪县水土保持站. (责任编辑郑娟责任校对弋戈) 2011年第3期代玉华:浮木拦截工程的拦截性能试验研究9 不锈钢底面,侧面为玻璃制,便于从侧面进行观测. 1.2浮木拦截工程模型 浮木拦截工程模型由=10mm木制圆柱垂直 设立,拦截工程净间隔B是变化的,合计制作有l2 种类型.浮木拦截工程高度实际现场多为2,3m; 试验对应的高度4cm即可. 1.3浮木试材 浮木试材长取6,12,18cm;直径取3,6mm;共 计使用6种类型;试验种类进行合并混合.然而,使 用的直径6mm木材(相对密度:干燥时0.70,湿时 1.06,试验时为0.8,0.95)和直径3mm竹子(相对 密度:干燥时是0.68,湿时是1.01,试验时为0.8— 0.95). 1.4浮木拦截试验 试验条件见1.设定1:50的比例尺.试验 处理见表2. 表1试验条件 拦截工m 程模型曰 24 B/L=1/5,1/3,1/2,3/4(1/4,4/5) 1)0为坡度;L为长度;Q为流量;t为给水时间;为高度;口为拦 截:r-~N隔;,为最大浮木长;L为平均浮木长;d为直径;N为根 数.为浮木供给条件. 表2试验处理 在本试验中,全部浮木长度相同的试验为I, II;长度不同的浮木混合在一起的试验为处理?. 处理I为测定B/L的变化对拦截率的影响;处理 ?观测流量与坡度的变化,对拦截率的影响.处理 ?为最大浮木长度固定,观测B儿的变化,对拦截 率的影响.以上共计58种,每种进行3次重复.处 理?是3种不同长度的浮木混合试验.其混合比见 表3. 表3浮木混合比 各种浮木L./cm 的根数81012 6,,43lU Lm丑工/cm12l3478O 18lOlO10 1.5拦截率的计算关键 各种试验后,浮木拦截工程的拦截浮木的根 数,及通过浮木拦截工程的根数测算,浮木拦截率 P为: P.=凡./(n+n.)(1) 式中:P为浮木拦截率;17,.为浮木拦截工程拦截浮 木根数;.为通过浮木拦截工程的浮木根数. 2试验结果及考察 2.1处理I试验结果 最大浮木长度固定L=12cm;浮木直径d=3 ,拦截率B/L的增加,拦截的根数明显减 mm时 少.当d=3,6nlin的平均拦截率与B/L的关系: 方案的标准B/L:1/2,最大浮木长度L=12及 18cm,拦截率对应的约是60%;=6cm时,拦截 率为17%.还有试验表明:当d:3,6rtlrll时,L= 6cm的拦截率降低并不显着,却有伴随B/L的增 大拦截率降低的趋势.浮木直径的增加,拦截率有 上升的趋势. 2.2处理?试验结果 在Q=2.7L/s时,形成浮木堆,且几乎没有摇 摆,后续拦截浮木.而Q=5.6L/s时,拦截浮木,但 扰乱水流,冲创侧壁,形成上下摇摆,相互缠绕,没有 形成浮木堆.在0=1.,3.,5.的任何情况,伴随Q 的增加拦截率降低明显.当Q=2.7L/s时,0=3. 拦截率变最大;O=5.6IMs时,0变大拦截率降低. 2.3处理?试验结果 在L.=18cm的lO根,12cm的47根,6cm 10水土保持应用技术2011年第3期 的43根混合,L=10cm;浮木直径d=3mm,当 B/L变化时,拦截状况不同.与处理I有同样 的趋势. 当d=3mm,L=8cm与L=18cm(10根); 12cm(13根);6cm(77根)组合时,短的浮木被拦 截.B/L=1.5拦截率不足20%;L=10cm及 12cm,B/L=1/3以下,拦截率变大.特别现行设 计标准在B/L=1/2,浮木长的混合时,平均浮木 长度12cm的混合,拦截率为13%,即几乎没有 拦截. 3试验结果整理与评价 3.1以往研究结论 水山,石川等在不透水型防沙堤设置浮 滤浮木的类型, 木过滤网格,依据防沙坝的形状,过 位置,直径,长度,浮木数量,流量,泥沙量等条件的 变化对拦截性能的不测试中的320种试验结果,得 到拦截率评价公式: P1.0(1i?O.8) P=lg(8/1i)(0.8?,i?8)(2) P.O.0(,?8) li=Fh8/(d)(3) 式中:为控制拦截率指标;Fr为弗劳德数;h为 水深;B为拦截工程间隔;d为浮木直径;L为浮 木长度. 水山等公式是在F,=2.85,d=8mm,h=9mm 进行的,B/L=1/2条件下,为0.8,方案提示间 隙最大浮木长度比是在B/L=1/2以下,试验结 果P=1.0相适应. 3.2本期推测公式 文献[1]是在浮木定长条件下的试验结果,不 能说明浮木最大长度或平均长度的试验结果.若将 本次试验的,替代水山等拦截率推测式的,时,两 者相关系数为0.18;若替代时,相关系数 为0.58.正因为本试验与水山等试验其试验条件 存在差异,就不能应用式(2),(3)进行拦截率推测. 也正因为两者还存在某种一致性,且当浮木长度变 短,拦截率明显下降,通过变量变换,得出拦截率推 测式: .)=F堡dL,v(4) ,(n)=Frd堡L,v(5) 式中:B.为构材中心间隔;.为构材外侧间隔. 试验结果整理检验:应用式(4)拦截率推测值 与各试验值相关系数R为0.67,应用式(5)则相关 系数R为0.70. 4结语 本项模拟研究,得出如下结论: 在B/L…同等条件下,浮木长度变短拦截率 降低. 在B/L与最大浮木长度相同条件下,不同浮 木长度混在一起,拦截率降低. 浮木拦截率不仅取决于最大浮木长度,浮木直 径,浮木拦截工程间隔,拦截工程高度,流量等,而 且,浮木平均长度对浮木拦截率也有很大影响. 有关拦截率推测公式,虽然采用平均浮木长度, 拦截工程净间距作参数分析,与试验结果具有一致 性,但方案推测公式的设计适用性没有进行充分研 究,有待于在今后工作,进一步深人研究. [参考文献] [1]水山高久,石川芳治,矢岛重美.透遇型砂防厶I=土为 流木捕捉劾果[G].土木技衍资料,1988,30(11):47— 52. [2]石川芳治,水山高久,福浑馘.砂防厶挡土流木止叉 夕lJ一二/c二土流木捕捉劾果[G].土木技衍资料, 1989,31(9):47—52. [3]石川芳治,水山高久,福浑馘.土石流c:伴j流木凳生 招土流下楼耩[J].新砂防,1989,42(3):4—10. [4](涉)谷一,香月智,大隅久,等.流木捕捉工捕捉性能 阴亨为突骏的研究[J].砂防学会志,2010,63(3):34 — 41. 收稿日期:2011—01—24 编作者简介:代玉华,身份证号:231103197105%65, 大学,工程师,现工作于喀左县水利局. (责任编辑党福江责任校对刘英)