山区河道型水库滑坡涌浪特征分析

丁湘鳕

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆 喀什　844000)



山区河道型水库滑坡涌浪特征分析

丁湘鳕

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆 喀什844000)

对滑坡涌浪的特征进行研究对山区河道型水库滑坡灾害治理十分重要。本文首先设计了概化模型试验方案，共设置了12组工况。随后对试验结果展开分析，在对数据进行处理后，简单分析了原始波及合成波三要素特征，并对二者从最大波高、平均波高两方面进行简单对比。该研究对山区河道型水库治理具有一定的工程学价值。

山区河道型水库；水库治理；滑坡涌浪；涌浪特征

山区河道型水库在蓄水过程中，由于库区地质不稳定、山体斜坡倾斜等因素存在，山体滑坡时有发生，随时会引发水库涌浪，可能对坝体造成冲击，并越过大坝造成溃坝事故，对库区下游人民生命财产安全构成威胁。因此，对滑坡涌浪的特征进行分析，制定滑坡涌浪应对方案，降低灾害损失程度，具有重要意义。

1　试验设计

1.1试验方法和目的

滑坡是一个成因复杂的地质现象，其势能的聚集和爆发会经历较长时间，一般情况下不可能从实地获得[1]。需要通过实验室进行模拟，对滑坡产生过程及爆发瞬间进行观察。本文研究的目的是构建模型，对水库滑坡形成原因、影响因素进行综合分析，通过对滑坡涌浪特征计算，得出涌浪参数。

1.2试验方案

如图1所示，模型平面包括水槽、测针、堆料场、仪器台、测桥以及滑槽等构件。其中，测桥共有4座，相交于水槽与滑槽等联结处P点，相互分开角度为30°。P点是滑坡入水点,也是本研究中圆弧断面波的中心点[2]。右侧3座测桥上，分别以1m间隔的形式设置6个传感器，分别标为1号、2号、3号、4号、7号和8号；左侧1座测桥上，以3m间隔的形式设置2个传感器，分别标为5号和6号。

图1　滑坡涌浪模型试验平面布置(单位：cm)

滑坡入水后，涌浪大小及强度的影响因素复杂多样，包括：地形地貌(水下地形、河道弯曲等)、滑坡特征(抗剪参数、坡度、高度、滑坡构成等)、水文条件(水面宽度、库区容量等)、固流有效接触面积等几类。方案参数选取的依据及确定十分重要[3-4]。本文选择滑坡坡度(β)、水库深度(h)及固流有效接触面积(S) 3个因素作为实验参数。

本研究工况共被分为12组，其相关数据如表1所示。

表1　工况情况统计

注w为土质滑坡堆积体厚度

2　试验结果分析

2.1试验数据处理

试验中，每只传感器按照0.005s一次的速度采集数据，采集持续时间50s，共采集了1万个数据。如果将时刻变化作为横轴，将水面偏离静水位的高程差作为纵轴，则可得到某工况下的波浪时域图(见图2)。

图2　工况3(β=20°，h=70cm，w=24cm)的波浪时域图

原始波与合成波的时间分界点对计算会造成重要影响，这是因为滑坡入水后,原始波经过河岸的反射会不断叠加，从而以合成波的形式对水面造成推动和冲击。在计算过程中，需要分清二者的时间分界点，否则可能出现重复计算情形，影响计算结果的精确度[3](见图3)，导致各个传感器接收原始波的时间存在差异，因此，需要将1号、3号、5号和7号传感器设置为基点，首先求取第一个波的周期，然后通过弥散方程进一步计算原始波及合成波。确定原始波及合成波三要素对涌浪特征的计算十分关键。如图3所示，在计算原始波时，首先需要确定1号、3号、5号和7号传感器处的周期、波高和波长这三要素。合成波三要素的计算方法与原始波类似，只是需要将2号、4号、6号和8号传感器设置为基点，首先求取第一个波的周期。

图3　原始波与合成波的时间分界点计算示意图

2.2滑坡涌浪特征研究

2.2.1原始波三要素特征

从变化趋势、最大波高发生位置、可能波高分布三方面对原始波进行研究。最大波高Hmax发生位置在1号传感器处，这可能是滑坡入水点。另外，距离滑坡入水点1m处、2m处和3m处的平均波高分别记为H1、H2和H3。H1集中分布在(15,20)、(10,15)和(5,10)3个区间；H2集中分布在(10,15)和(5,10)两个区间；H3集中分布在(15,20)和(10,15)两个区间。可见，距离滑坡入水点的位置远近对波高平均值会产生直接影响。

试验中，原始波周期为1～2s，波长为1～5m。通过对试验数据的进一步分析可知，周期会对波长产生直接影响，周期越长，波长也就越长，涌浪所形成的速度也就越快。

波形是涌浪的重要特征。试验中，多数工况都只有一个原始波，只有工况4有2个原始波(见图4)，与合成波相比，原始波更加光滑对称；合成波震荡明显，波峰、波谷高度差异较大，破坏性往往更显著。

图4　2个原始波的波形

2.2.2原始波与合成波的对比

由表2可知，在8个传感器中，1号、3号和7号传感器的原始波最大波高要大于合成波最大波高，其余5个传感器的情况刚好相反。

表2　原始波与合成波最大波高对比结果

由表3可知，原始波浪的平均波高都要大于合成波浪的平均波高。尤其是在1号、3号和7号传感器处，不存在合成波浪平均波高大于原始波浪平均波高的情形。

表3　原始波与合成波平均波高对比结果

3　结　语

通过以上研究，可得出以下几个基本结论：ⓐ滑坡涌浪的最大位置位于滑坡入水处；ⓑ随着距离的增加，原始波的波高会严重降低，这一结论不适用于合成波；ⓒ原始波的波速分布在1～2.50m/s之间，波陡不够超过0.01，否则涌浪不能持续存在；ⓓ原始波的波形较为光滑，波谷和波峰的震荡较为明显，合成波的波形较为混乱，无一定规律可循。

[1]黄智敏,付波,钟勇明,等.乐昌峡水库鹅公带滑坡体滑坡涌浪影响研究[J].水资源与水工程学报,2013(5):215-218.

[2]陈俊武.袁家滩二级电站引水渠道滑坡分析及处理方案[J].中国水能及电气化,2015(12):12-16.

[3]李文钦.彭家岩水电站压力管道滑坡治理技术[J].中国水能及电气化,2012(7):33-35.

[4]陈小林.江明水库二次滑坡原因分析及处理措施[J].水利建设与管理,2013(12):50-52,72.

Analysis on the characteristics of landslide surge in mountainous river-type reservoir

DING Xiangxue

(XinjiangXiabandiWater-controlProjectConstructionAdministration,Kashgar844000,China)

The study on characteristics of landslide surge is very important for controlling mountainous river-type reservoir landslide disasters. In the paper, generalized model testing plan is firstly designed, and a total of 12 groups of working conditions are set. Then, the test results are analyzed. After data is processed, three factor characteristics of original wave and synthesis wave are simply analyzed. Both are simply compared in two aspects of the highest wave height and average wave height. The study has certain engineering value on mountainous river-type reservoir control.

mountain river-type reservoir; reservoir control; landslide surge; surge characteristics

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.016

TV697.3

A

1673-8241(2016)04- 0061- 03