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本發(fā)明公開了一種基于水力清除物源的泥石流治理方法，該方法的原理在于借助高壓水射流的能量沖刷構(gòu)成泥石流物源的坡溝松散物，并在水力作用下將松散物沿泥石流沖溝搬運(yùn)至溝底，通過清除物源的方法治理泥石流。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)成本低廉、可操作性強(qiáng)和安全環(huán)保的泥石流治理效果。

1 成果簡介我國山區(qū)河流眾多，許多河流的河床侵蝕下切，并以溯源沖刷方式傳播到上游溝谷，引起溝坡增大，岸坡失穩(wěn)和整個流域的土壤侵蝕，在汛期暴雨作用下，常常引發(fā)崩塌、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害。階梯深潭系統(tǒng)是山區(qū)河流中常見的一種河流地貌形態(tài)，由一段陡坡和一段緩坡相間組成，在縱剖面上呈階梯狀。天然階梯深潭系統(tǒng)是在水流沖刷過程中自然形成的，是一種增加河床阻力、消減水流能量、抑制河床侵蝕下切的健康河床結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在自然界具有較大的穩(wěn)定性。然而，自然發(fā)育階梯-深潭系統(tǒng)往往需要經(jīng)過較長的時間，在具備一定條件的山區(qū)河流，模仿天然階梯深潭系統(tǒng)建造人工階梯深潭系統(tǒng)，也可以取得控制河流下切、避免或減少地質(zhì)災(zāi)害的效果。自 2006 年開始，清華大學(xué)先后在云南、四川、甘肅等省，開展了人工階梯深潭系統(tǒng)在山區(qū)河流治理方面的野外試驗(yàn)研究。研究成果顯示，人工階梯深潭系統(tǒng)不僅能夠有效地控制河流（溝谷）下切、改善河流生態(tài)環(huán)境，對于泥石流災(zāi)害也具有明顯的防治作用。目前，對于階梯深潭系統(tǒng)發(fā)育程度（河床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）的研究正在進(jìn)一步量化；同時研制了一批專用的測量工具，如用于測量河床結(jié)構(gòu)的“ 河床結(jié)構(gòu)測量排” 、用于階梯深潭系統(tǒng)流速場測量的“ 湍流脈動流速儀” 等；階梯深潭系統(tǒng)的消能減災(zāi)機(jī)理研究正在不斷深入。通過對階梯深潭系統(tǒng)生物棲息地多樣性的定量研究，采用大型無脊椎底棲動物對山區(qū)河流的生態(tài)多樣性進(jìn)行評價，為山區(qū)河流生態(tài)評價量化指標(biāo)體系的建立奠定了基礎(chǔ)。  治理前                                              治理后生態(tài)條件改善，河床穩(wěn)定 圖 1 吊嘎河人工階梯深潭治理前后  修建前溝道內(nèi)碎石散亂                            修建后沙石沉積水沙分離，控制了泥石流發(fā)生 圖 2 建造人工階梯-深潭系統(tǒng)前后的文家溝  汛期前                                                  汛期后階梯深潭系統(tǒng)泥沙淤埋 圖 3 攔山溝人工階梯-深潭系統(tǒng)治理汛期前后2 應(yīng)用說明實(shí)例 1：云南東川市吊嘎河（小江流域支流）人工階梯深潭方法試驗(yàn)。近年來吊嘎河的河床下切迅速，同時帶來了一系列的地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境問題。 2006 年，課題組在吊嘎河設(shè)立了試驗(yàn)站，開展了人工階梯深潭方法試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)段水面面積有所增大，河床底質(zhì)、水深和流速多樣性也得到提升，河床侵蝕下切得到有效控制，維持了較為穩(wěn)定的河床環(huán)境。人工階梯和深潭段的河床底質(zhì)、流速和水深環(huán)境交替出現(xiàn)，在空間層次上塑造了富于變化和多樣性的水生動物棲息環(huán)境。對大型底棲無脊椎動物的采樣及評價結(jié)果顯示，人工階梯深潭布置后，隨著水生棲息地多樣性增加，單位面積底棲動物密度、物種豐度及生物群落多樣性指數(shù)均呈上升趨勢，水生生態(tài)得到改善。吊嘎河的試驗(yàn)成果，還為 2009年以來采用人工階梯深潭方法治理泥石流奠定了基礎(chǔ)。 實(shí)例 2：四川省綿竹市清平鄉(xiāng)文家溝滑坡堆積體泥石流治理方法試驗(yàn)。文家溝滑坡是汶川地震造成的第二大滑坡，滑坡堆積體總量達(dá) 8160 萬方，文家溝內(nèi)堆積體厚度達(dá) 20-180 米。2008 年暴雨在滑坡體上形成深達(dá) 50 米的 V 型沖溝，并引發(fā)了多次泥石流災(zāi)害。暴雨使溝床不斷下切，兩岸坡度變陡而坍塌，碎屑物進(jìn)入水流就形成泥石流。 2009 年，課題組在文家溝滑坡體上的沖溝內(nèi)建造了 33 級人工階梯深潭對泥石流進(jìn)行治理，取得了良好的效果。所建造的人工階梯深潭試驗(yàn)工程雖然十分簡易、單薄，但是工程造成的巨大阻力消減了水流能量，使沙石沉積、水沙分離，成功地控制了溝床下切，對于控制泥石流發(fā)揮了重要作用，避免了泥石流災(zāi)害的發(fā)生。 實(shí)例 3：甘肅省禮縣攔山溝泥石流治理。長江上游白龍江、西漢水等流域是典型的干旱河谷，其特點(diǎn)是高原上深切寬闊河谷，河谷比周圍高原明顯干旱。區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度低，由于長期干旱和風(fēng)化，流域內(nèi)積累了大量的土石碎屑，遭遇突發(fā)暴雨時可能發(fā)生滑坡和特大泥石流，對城鎮(zhèn)和村莊造成極大威脅。甘肅武都地區(qū)禮縣的攔山溝是西漢水的支流，由于溝谷深切，侵蝕極為強(qiáng)烈，泥石流常常發(fā)生，據(jù)調(diào)查溝口泥石流堆積泥沙約 170 萬噸。 2009 年 6月課題組在攔山溝開展了泥石流治理試驗(yàn)，建造了 17 級人工階梯深潭試驗(yàn)工程。試驗(yàn)結(jié)果表明，溝道在人工階梯深潭系統(tǒng)的保護(hù)下不再下切，維持了溝岸的穩(wěn)定，且階梯深潭系統(tǒng)消散水流能量，使得泥石流不能起動，當(dāng)年 6、 7、 8 月降雨 196.8 mm，其中最大日降雨量達(dá)31.9 mm， 攔山溝僅有不足 100 噸泥沙物質(zhì)進(jìn)入西漢水，達(dá)到了控制泥石流的目標(biāo)。3 效益分析階梯深潭系統(tǒng)發(fā)育較好的山溪常常伴隨著良好的河流生態(tài)環(huán)境和優(yōu)美的溪流景觀，因此仿照天然的人工階梯深潭系統(tǒng)常用于河流的生態(tài)修復(fù)與景觀塑造，用于山溪森林公園建設(shè)可帶來額外的休閑旅游經(jīng)濟(jì)收益。4 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)，商談。5 所屬行業(yè)領(lǐng)域能源環(huán)境。

泥石流在形成和運(yùn)動過程中的聲發(fā)射信號中有次聲成分,這種次聲成份幾乎不衰減且約等于聲速340米/秒，遠(yuǎn)大于泥石流運(yùn)動速度（通常為10米/秒左右）。因而報警器能在泥石流到達(dá)之前率先捕捉到它的次聲信號，并在10公里以外的泥石流源區(qū)發(fā)生泥石流時發(fā)出警報。根據(jù)源地和流通區(qū)至溝口距離不同，提前量約為10分鐘到1小時以上，為防災(zāi)減災(zāi)贏得了寶貴的時間，有效避免重 大人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。 本項(xiàng)目研究泥石流次聲監(jiān)測報警器，包括基于嵌入式平臺的高精度次聲采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計，以及采用先進(jìn)的時頻分析技

本發(fā)明公開了一種基于單純形法的泥石流次聲定位方法，采用（1）放置泥石流次聲檢測裝置；（2）設(shè)定信息空間，確定信息空間各未知量類型，這些未知量為：泥石流發(fā)生地點(diǎn)坐標(biāo)（，，）；泥石流發(fā)生時間；次聲波傳播速度，組成五維信息空間（，，，，）。再經(jīng)（3）初始化頂點(diǎn)、（4）計算頂點(diǎn)誤差、（5）頂點(diǎn)排序；（6）執(zhí)行單純形操作步驟。實(shí)現(xiàn)泥石流發(fā)生地點(diǎn)的定位，經(jīng)過有限次數(shù)的單純形操作之后，將誤差最小的那個頂點(diǎn)坐標(biāo)作為泥石流發(fā)生地點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)泥石流的定位。本發(fā)明非線性定位，定位精度高，且基于單純形操作，實(shí)現(xiàn)容易，計算量小。可以滿足實(shí)時泥石流定位的需要。

        技術(shù)成熟度：技術(shù)突破         目前的潮流能發(fā)電機(jī)組以直驅(qū)液壓變槳及帶變速箱的液壓變槳為主，其發(fā)電機(jī)和變速箱均采取機(jī)械動密封方式進(jìn)行密封防水處理，海洋環(huán)境下，機(jī)械動密封的可靠性和運(yùn)行效率往往沖突，密封層級多運(yùn)行阻力大，效率低，密封層級少，密封可靠性差，機(jī)組的運(yùn)行可靠性大大降低。光伏、波浪、海流一體化集成發(fā)電，波浪能與海流能水輪機(jī)對轉(zhuǎn)并通過磁力耦合驅(qū)動發(fā)電機(jī)增速，具有多能互補(bǔ)、高效獲能、轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，為規(guī)模化海洋能開發(fā)提供創(chuàng)新型設(shè)計。         意向開展成果轉(zhuǎn)化的前提條件：中試放大及產(chǎn)業(yè)化工藝開發(fā)資金支持

本發(fā)明成果采用工業(yè)廢料赤泥制備出高強(qiáng)度耐腐蝕的固體材料，可提供從材料制備到相關(guān)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的全套技術(shù)。已申報國家發(fā)明專利，正在公開審查中。

與高速飛行的飛機(jī)不同，微小型無人機(jī)體積小，重量輕，飛行速度低，更容易受到環(huán)境湍流的影響，需要高靈敏度的小型氣流傳感器提供全面的空氣動力學(xué)信息。如何讓微小型無人機(jī)像鳥類一樣感知和操縱氣流一直是航空和傳感器領(lǐng)域的難題。 面向微小型無人機(jī)的飛行參數(shù)測量，北航研發(fā)團(tuán)隊研制出一種基于氧化釩的高靈敏度柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了0.11 mm/s和0.1°的超高流速和角度分辨力，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了攻角、側(cè)滑角和空速的多參數(shù)感知能力，并完成了微小型無人機(jī)飛行速度以及機(jī)翼微振動的測量，為微小型無人機(jī)提供了低成本、高精度的大氣參數(shù)傳感方案。 該傳感器基于量熱式原理，由中心微加熱器產(chǎn)生恒定溫差，四周的熱敏電阻陣列測量溫度分布，根據(jù)熱敏電阻陣列測得的溫度差準(zhǔn)確反映流速大小及方向。采用懸空型隔熱結(jié)構(gòu)以及高電阻溫度系數(shù)材料氧化釩作為熱敏電阻以增大傳感器的測量靈敏度。在聚酰亞胺基底上通過MEMS工藝加工了總厚度90μm的超薄柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了微小型無人機(jī)的曲面貼附功能。經(jīng)風(fēng)洞測試，流速傳感器的理論分辨力達(dá)0.11 mm/s,流速測量重復(fù)精度約為測量值的0.5%，響應(yīng)時間約為20ms。在10 m/s時，流速傳感器的最大角度靈敏度為36.7 mV/deg，噪音水平為1.78 mV，根據(jù)2σ準(zhǔn)則計算出其理論角度分辨力為0.1°。 研究團(tuán)隊已經(jīng)完成流速傳感器工程化樣品的制備，并將兩個流速傳感器裝載到一個微小型無人機(jī)平臺上進(jìn)行飛行參數(shù)感知應(yīng)用。結(jié)果表明平均飛行速度的估計誤差低于0.2 m/s。由于流速傳感器的高靈敏度特性，它甚至捕捉到了機(jī)翼的微振動信息，并與外置IMU模塊顯示了相同的機(jī)翼振動頻率。這項(xiàng)研究展示了一種柔性高靈敏度流速傳感器，拓寬了流場感知在微小型無人機(jī)姿態(tài)檢測、空速估計以及飛行安全監(jiān)測方面的應(yīng)用，為無人機(jī)的飛行參數(shù)測量提供了創(chuàng)新的設(shè)計思路與發(fā)展前景。

環(huán)境治理