丁湘鱈

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什　844000)

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山區(qū)河道型水庫滑坡涌浪特征分析

丁湘鱈

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什844000)

對滑坡涌浪的特征進(jìn)行研究對山區(qū)河道型水庫滑坡災(zāi)害治理十分重要。本文首先設(shè)計了概化模型試驗方案，共設(shè)置了12組工況。隨后對試驗結(jié)果展開分析，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，簡單分析了原始波及合成波三要素特征，并對二者從最大波高、平均波高兩方面進(jìn)行簡單對比。該研究對山區(qū)河道型水庫治理具有一定的工程學(xué)價值。

山區(qū)河道型水庫；水庫治理；滑坡涌浪；涌浪特征

山區(qū)河道型水庫在蓄水過程中，由于庫區(qū)地質(zhì)不穩(wěn)定、山體斜坡傾斜等因素存在，山體滑坡時有發(fā)生，隨時會引發(fā)水庫涌浪，可能對壩體造成沖擊，并越過大壩造成潰壩事故，對庫區(qū)下游人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。因此，對滑坡涌浪的特征進(jìn)行分析，制定滑坡涌浪應(yīng)對方案，降低災(zāi)害損失程度，具有重要意義。

1　試驗設(shè)計

1.1試驗方法和目的

滑坡是一個成因復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，其勢能的聚集和爆發(fā)會經(jīng)歷較長時間，一般情況下不可能從實地獲得[1]。需要通過實驗室進(jìn)行模擬，對滑坡產(chǎn)生過程及爆發(fā)瞬間進(jìn)行觀察。本文研究的目的是構(gòu)建模型，對水庫滑坡形成原因、影響因素進(jìn)行綜合分析，通過對滑坡涌浪特征計算，得出涌浪參數(shù)。

1.2試驗方案

如圖1所示，模型平面包括水槽、測針、堆料場、儀器臺、測橋以及滑槽等構(gòu)件。其中，測橋共有4座，相交于水槽與滑槽等聯(lián)結(jié)處P點(diǎn)，相互分開角度為30°。P點(diǎn)是滑坡入水點(diǎn),也是本研究中圓弧斷面波的中心點(diǎn)[2]。右側(cè)3座測橋上，分別以1m間隔的形式設(shè)置6個傳感器，分別標(biāo)為1號、2號、3號、4號、7號和8號；左側(cè)1座測橋上，以3m間隔的形式設(shè)置2個傳感器，分別標(biāo)為5號和6號。

圖1　滑坡涌浪模型試驗平面布置(單位：cm)

滑坡入水后，涌浪大小及強(qiáng)度的影響因素復(fù)雜多樣，包括：地形地貌(水下地形、河道彎曲等)、滑坡特征(抗剪參數(shù)、坡度、高度、滑坡構(gòu)成等)、水文條件(水面寬度、庫區(qū)容量等)、固流有效接觸面積等幾類。方案參數(shù)選取的依據(jù)及確定十分重要[3-4]。本文選擇滑坡坡度(β)、水庫深度(h)及固流有效接觸面積(S) 3個因素作為實驗參數(shù)。

本研究工況共被分為12組，其相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　工況情況統(tǒng)計

注w為土質(zhì)滑坡堆積體厚度

2　試驗結(jié)果分析

2.1試驗數(shù)據(jù)處理

試驗中，每只傳感器按照0.005s一次的速度采集數(shù)據(jù)，采集持續(xù)時間50s，共采集了1萬個數(shù)據(jù)。如果將時刻變化作為橫軸，將水面偏離靜水位的高程差作為縱軸，則可得到某工況下的波浪時域圖(見圖2)。

圖2　工況3(β=20°，h=70cm，w=24cm)的波浪時域圖

原始波與合成波的時間分界點(diǎn)對計算會造成重要影響，這是因為滑坡入水后,原始波經(jīng)過河岸的反射會不斷疊加，從而以合成波的形式對水面造成推動和沖擊。在計算過程中，需要分清二者的時間分界點(diǎn)，否則可能出現(xiàn)重復(fù)計算情形，影響計算結(jié)果的精確度[3](見圖3)，導(dǎo)致各個傳感器接收原始波的時間存在差異，因此，需要將1號、3號、5號和7號傳感器設(shè)置為基點(diǎn)，首先求取第一個波的周期，然后通過彌散方程進(jìn)一步計算原始波及合成波。確定原始波及合成波三要素對涌浪特征的計算十分關(guān)鍵。如圖3所示，在計算原始波時，首先需要確定1號、3號、5號和7號傳感器處的周期、波高和波長這三要素。合成波三要素的計算方法與原始波類似，只是需要將2號、4號、6號和8號傳感器設(shè)置為基點(diǎn)，首先求取第一個波的周期。

圖3　原始波與合成波的時間分界點(diǎn)計算示意圖

2.2滑坡涌浪特征研究

2.2.1原始波三要素特征

從變化趨勢、最大波高發(fā)生位置、可能波高分布三方面對原始波進(jìn)行研究。最大波高Hmax發(fā)生位置在1號傳感器處，這可能是滑坡入水點(diǎn)。另外，距離滑坡入水點(diǎn)1m處、2m處和3m處的平均波高分別記為H1、H2和H3。H1集中分布在(15,20)、(10,15)和(5,10)3個區(qū)間；H2集中分布在(10,15)和(5,10)兩個區(qū)間；H3集中分布在(15,20)和(10,15)兩個區(qū)間?？梢姡嚯x滑坡入水點(diǎn)的位置遠(yuǎn)近對波高平均值會產(chǎn)生直接影響。

試驗中，原始波周期為1～2s，波長為1～5m。通過對試驗數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析可知，周期會對波長產(chǎn)生直接影響，周期越長，波長也就越長，涌浪所形成的速度也就越快。

波形是涌浪的重要特征。試驗中，多數(shù)工況都只有一個原始波，只有工況4有2個原始波(見圖4)，與合成波相比，原始波更加光滑對稱；合成波震蕩明顯，波峰、波谷高度差異較大，破壞性往往更顯著。

圖4　2個原始波的波形

2.2.2原始波與合成波的對比

由表2可知，在8個傳感器中，1號、3號和7號傳感器的原始波最大波高要大于合成波最大波高，其余5個傳感器的情況剛好相反。

表2　原始波與合成波最大波高對比結(jié)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號、3號和7號傳感器處，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　原始波與合成波平均波高對比結(jié)果

3　結(jié)　語

通過以上研究，可得出以下幾個基本結(jié)論：?滑坡涌浪的最大位置位于滑坡入水處；?隨著距離的增加，原始波的波高會嚴(yán)重降低，這一結(jié)論不適用于合成波；?原始波的波速分布在1～2.50m/s之間，波陡不夠超過0.01，否則涌浪不能持續(xù)存在；?原始波的波形較為光滑，波谷和波峰的震蕩較為明顯，合成波的波形較為混亂，無一定規(guī)律可循。

[1]黃智敏,付波,鐘勇明,等.樂昌峽水庫鵝公帶滑坡體滑坡涌浪影響研究[J].水資源與水工程學(xué)報,2013(5):215-218.

[2]陳俊武.袁家灘二級電站引水渠道滑坡分析及處理方案[J].中國水能及電氣化,2015(12):12-16.

[3]李文欽.彭家?guī)r水電站壓力管道滑坡治理技術(shù)[J].中國水能及電氣化,2012(7):33-35.

[4]陳小林.江明水庫二次滑坡原因分析及處理措施[J].水利建設(shè)與管理,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