长江链子崖滑坡涌浪特征及对航道影响预测研究

陈里

摘 要：为了提高滑坡涌浪对内河库港影响程度的认识，选取长江链子崖滑坡地质灾害为研究对象，收集区域水文、河床形态、泥沙、通航情况及地质等资料，分析其地质构成、滑动机理、运动过程及涌浪的形态特征等。结合已有滑坡涌浪及爬高预测计算公式，进行工程实例的验证，确定了滑坡涌浪对航道的影响程度。研究结果具有较高的实用价值，可应用于水库滑坡涌浪的对库港影响的预防预报工作。

关键词：链子崖 滑坡涌浪 衰减 爬高

近年来，受库区长期高水位及水库运行调度的影响，库区内部大量的潜伏、隐藏及发生过滑坡灾害的地质区域的边坡都可能被诱发，最终造成较大体积和能量的边坡滑塌及涌浪。随着涌浪的不断传播，库区港口码头、航道建筑物及附属设施也会因为涌浪和爬高的巨大能量而遭到严重的毁坏。

通过资料分析，滑坡涌浪对航道的影响主要有滑坡体附近区域灾害及传播区域灾害。滑坡体附近区域灾害包括了滑体附近区域的地质灾害和附近水域的涌浪灾害。当存在隐患或处于不稳定状态的滑坡体在暴雨、地震或其他外力作用下失稳下滑，最先受到波及的就是滑坡体上和附近区域的人和建筑物。在外力的作用下，建筑物和人将会受到威胁，甚至一起滑入水中。当滑坡入水后，激起涌浪就会造成附近水域的涌浪灾害。当滑坡速度较大时，在滑坡两侧附近水域甚至可能形成紊流区域，这对附近水域的船舶和码头将带来较大威胁，严重时，可以摧毁船舶或者码头等结构建筑物。除此之外，当滑坡体积足够大时，甚至可以切断河流，阻碍航道，引起断航。

长江链子崖滑坡涌浪特征

1、地质概况

链子崖危岩区位于长江宜昌上游73公里兵书宝剑峡出口处的右岸，危岩体主要由巨厚及中厚层的栖霞灰岩构成，南北长700余米，东西宽50—180余米，形成高百余米的陡崖，下部有1.6—4.0米厚的含煤岩层，构成陡崖的软弱基座。受邻近活动断裂的影响，岩体中构造裂隙发育。本地区降雨量1000毫米以上，最大日降雨量391毫米。在上述自然地理和地质环境下，高陡岸坡产生塑流—拉裂变形。由于长期采煤的影响、降雨渗入，使拉裂变形不断延伸并向深部发展，形成30余条宽大的裂缝。危岩体可分南北、中三大区、北区T8-12缝段整体地持续地向长江方向位移，构成对长江航道的严重威胁，总体积约250万m3。其中T11-12缝段号称5万m3，实际方量18万m3左右，其中约2万m3可能率先崩塌坠入长江。T12缝南20米处，走向N60°—70°W的高8—12米的小陡壁，即所谓“七千m3危岩体”，它将以顺层滑移活动方式为主，但不可避免有较大的块体滚入长江，数量约几百个。

从地质资料分析，链子崖危岩崩滑有如下特点：危岩下滑以崩为主或以滑促崩，运动方式拟以滚动，坠落或以弹跳方式为主； 危岩区存在三个不同量级的危岩体，它们的崩滑方向、位置都不完全相同；危岩体缘到江面的高差约五十余米。岸坡约40°左右的陡度与窄而深的河床底部相连。这一段裸露的岸坡是危岩入江的崩滑面。

2、航道及水文概况

本河段位于宜昌上游68—78公里，处于葛洲坝的回水区内，枯水期本河段流速，一般在1.0米/秒以下，流态平稳如湖，船舶航行条件较好。洪水期本河段基本不受回水的影响，加之长江流量变幅较大，滑坡区地处峡谷河段，洪水期流量增量大，而过水断面却增量小。随着流量的增大，河道流速急剧加大，流态不良，这一河段仍属自然情况的特性，因此洪水期峡谷河段的航行水流条件较坏，上水船经过链子崖河段时，航线必须靠近右岸，正处在危岩崩落的危险区中。如链子崖危岩一旦崩滑入江，势必对航道造成威胁。

3、滑坡涌浪特征

链子崖滑坡属于典型的陡岩体滑坡，发生在1992年6月16号，滑坡体较大，入江方量较小，由于其距江面距离大，能量较高，所引起的涌浪传播范围广，破坏性大。链子崖滑坡长约700m，宽约50m-180m，其物质构成主要有巨厚和中厚层的灰岩，区域地质较为发育，滑坡体后缘离江面高达50m，河宽约100m。滑坡体体积约为250万m3，其中入江量仅为75万m3。此时由于下滑体积大，被挤压的水体迅猛涌向对岸，最大涌浪可达37米，对岸山坡陡峭，涌浪直冲而上，最大爬高达63米。从滑坡区定点观测的涌浪变化过程线，涌浪陡起陡落，最大涌浪在三分钟左右就可衰减至0.5—0.6米以下。由于长期降雨和当地采煤的影响，使岩体构造裂隙发育区形成较大裂缝，岩体结构被破坏。滑坡发生较为突然，且散列块体较大，岸坡较高，能量较大形成了巨大的涌浪。滑坡发生后，由于其传播范围较广，破坏了水流条件，致使严重碍航或断航。

长江链子崖滑坡涌浪对航道影响的预测研究

1、初始涌浪的计算

选取水科院经验公式法作为长江链子崖滑坡初始涌浪高的计算公式；水利水电科学研究院参考了加拿大麦卡坝、美国利贝坝（Libby）和奥地利吉帕施坝的涌浪试验资料并根据碧口、拓溪和费尔泽坝（阿）涌浪试验资料，结合拓溪塘岩光滑坡的原型观测成果发现，水库滑坡的滑速和滑体的体积是影响涌浪高度的主要因素，并建立了三者间如下的关系。

入水点最大涌浪高度估算

由入江体积75万m3，长约700m，宽约50m-180m取100m，计算出危岩体厚度为10.7m。滑坡发生在洪水季节，h=175m。滑体以滚动或以蹦跳的形式入水，可近似处理为垂直下落。代入公式（1），计算得到：H=39.48m。

2、波高衰减的计算

选取天科院沿程涌浪计算公式作为长江链子崖滑坡涌浪沿程衰减计算公式。

涌浪沿程衰减的估式为：

向上游方向：

对于长江链子崖滑坡涌浪爬高的计算，选取混泥土护面KΔ的取值为0.9，波陡H/L取极限值0.142，斜坡坡度α取其垂直情况90°，代入公式（7），计算得到长江链子崖滑坡涌浪对岸爬高为：R=55.56m。

结论和建议

对长江链子崖滑坡涌浪特征及其对航道影响进行了预测研究，但由于问题的复杂性，今后滑坡涌浪的特征及其对航道的影响可从以下方面进一步研究：①应进一步研究滑坡涌浪的能量和能量衰减系数，确定滑坡涌浪对航道影响的程度。②进一步研究如滑坡的运动、其力场分布的变化、不同类型介质的耦合、能量的富集、传递和交换等诸方面因素对涌浪产生的影响。③山区天然河流中水流是动态的，水流条件与涌浪特性之间是相互影响的，因此，今后可研究水流运动与涌浪特性之间的相互影响。④爬高对岸坡的侵蚀是一个动态过程，建议实时观测爬坡高度值，可作为涌浪对岸坡侵蚀作用的重要参考值。

参考文献：

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（作者单位：重庆交通大学）endprint