基于水波动力学的水库崩塌滑坡涌浪研究

Impulse wave generated by lanslides & rockfalls in reservoir is one of important front problem in engineering geology subject. In engineering geological view, different types landslides and rockfalls plunging into the water that have different surge effect. Meanwhile, impulse wave generated by landslides also is one type of water wave phenomena, which can be described with water wave dynamics. This project stands in the perspective of water wave, builds one bridge of landslide impulse wave and water wave dynamics, which is initial surge source mathematical model. The project use water wave dynamic equations to do researches on impulse wave generated by geohazard in reservoir. Taking impulse wave events in Three Gorges Reservoir for the prototype, this projects will build impulse wave classification method, and carry out physical similar experiments using general model of main impulse wave types. Through series tests data analysis, it will build main initial surge source mathematical models, and modify water wave dynamic equation numerical simulation software. Based on this method, this project will do research on impulse wave formation, propagation and run-up 3D simulation, forewarn and and analyse impulse wave height and influencing range in long distance and large range valley, offering technical support to valley riverway safety and county safty.

水库崩塌滑坡涌浪是工程地质学科的前沿课题之一。从工程地质角度来看，不同类型的崩滑体入水产生的涌浪效应不一样。崩塌滑坡涌浪波是一种水波现象，可藉由水波理论进行描述。本项目从波浪理论角度出发，搭建滑坡崩塌涌浪与经典水波动力方程之间的初始涌浪源数学模型，利用水波动力学方程进行水库地质灾害涌浪研究。本项目拟以三峡库区滑坡崩塌涌浪灾害为原型，划分库岸崩塌滑坡诱发的水库涌浪类型，提出主要崩塌滑坡涌浪类型的概化模型。利用物理模型相似试验，建立主要涌浪类型的初始涌浪源数学模型，以此为基础，修正水波动力学涌浪数值分析软件。利用水波动力学方法对水库崩滑体涌浪形成、传播和爬高进行三维数值分析研究，对长距离、大范围水库河道内崩塌滑坡涌浪的高度与影响范围进行预测预警，为库区河道安全及库区城镇安全提供科学技术支撑。

通过大量水库崩塌滑坡涌浪案例的调查研究，基于水波动力学模型将滑坡涌浪类型划分为深水区陆地滑坡涌浪类型、浅水区陆地滑坡涌浪类型和水下滑坡涌浪类型。开展了大量三个类型的概化滑坡涌浪物理试验，分析了三种涌浪波的典型特征，其中陆地滑坡涌浪波以大的波峰为典型特征，而水下滑坡以大的波谷为典型特征。根据试验数据，推导了这三种滑坡涌浪的波高、波长、波速等涌浪特征公式，利用FORTRAN语言编译形成了三种初始涌浪波数值模型，将其嵌入了开源的水波动力学Boussinesq计算程序中，编制了基于水波动力学的滑坡涌浪快速分析软件。利用龚家方滑坡涌浪大型缩尺物理试验和诸多滑坡涌浪实例的野外爬高调查值对三种数值模型进行了有效性验证，计算精度较高。利用这一方法，复演了龚家方、千将坪等滑坡涌浪事件，分析了长距离大范围河道内涌浪的传播衰减和爬高情况；预测了不同水位下干海子、龚家方4#斜坡、干井子滑坡和棺木岭危岩等可能产生的潜在涌浪高度，划分了长距离大范围的分级预警区。尤其是在2015年6月红岩子滑坡涌浪事件发生后，及时快速地进行了复演，并对旁侧变形体进行了预测，支撑了长江航道解禁和大宁河航道限行的决策。基于水波动力学的水库崩塌滑坡涌浪研究，建立了适用于长距离大范围河道的涌浪灾害计算方法，丰富了滑坡涌浪分析方法，深化了对滑坡涌浪的认识，为库区河道安全及库区城镇安全提供了科学技术支撑。