山区水库滑坡涌浪翻坝机制研究

Landslide-generated waves are formed as high-speed rock or soil mass entering the water. When the wave heights exceed the elevation of dam crest, dam overtopping events occur. Historically, dam overtopping events have caused serious disasters all over the world. Many research works are focused on the generation mechanism of landslide-generated waves, while few investigated the dam overtopping mechanism of landslide-generated waves in reservoirs. Based on our previous research results on landslide-generated waves and dam breaking, this proposal aims to study the overtopping mechanism of landslide-generated in mountainous reservoirs. Experiments and numerical simulations are to be carried out to solve 3 key scientific problems concerned in this proposal, namely, (1) wave height in front of dam, (2) dam overtopping modes, and (3) overtopping discharge and sheer stress. The effects of environmental parameters on dam overtopping of landslide-generated waves will be also investigated. The results are of great importance for future studies of overtopping floods, disaster chain of dam overtopping, and local scour at the dam rear.

滑坡体失稳高速入水会激起巨大涌浪，当涌浪高度超过坝顶时，会造成翻坝事故。历史上已发生多起由滑坡涌浪翻坝造成灾害的实例。目前大量的研究主要针对滑坡涌浪的产生机理，而对滑坡涌浪翻坝机制的研究还较为薄弱。本项目依托项目承担单位多年开展的西南山区高库大坝高边坡稳定性、滑坡涌浪、洪水漫坝等研究成果，以滑坡涌浪翻坝事故为主要对象，采用理论分析、模型试验与数值模拟相结合的方法，围绕滑坡涌浪翻坝过程中3个关键科学问题：（1）如何确定坝前涌浪高度？（2）涌浪翻坝模式是什么？（3）如何确定翻坝流量，开展山区水库滑坡涌浪翻坝机制的研究。本项研究工作将对影响滑坡涌浪翻坝事故的环境因素进行系统的分析，为后续研究翻坝洪水对下游的危害、滑坡涌浪的灾害链效应、大坝后坡的冲刷机制等科学问题提供理论支持。

大型滑坡体失稳高速入水会激起巨大涌浪，不仅会冲毁滑坡区域周围建筑物、阻塞河道，而且涌浪还会向上、下游传播，进一步扩大灾害的影响范围，威胁航行船只及沿岸居民生命财产安全。当涌浪传至坝前，涌浪高度超过坝顶高程还会发生滑坡涌浪翻坝试过。我国已经发生多起由库区滑坡涌浪造成灾害的实例。因此，滑坡涌浪灾害是水利工程领域关注的热点问题之一。目前大量的研究主要针对滑坡涌浪的产生机理，而对滑坡涌浪翻坝机制的研究还较为薄弱。山区水库中滑坡涌浪问题是一个典型的流-固耦合问题，对其数值模拟一直是水利工程中的难点之一。本项目依托项目承担单位多年开展的西南山区高库大坝高边坡稳定性、滑坡涌浪、洪水漫坝等研究成果，以滑坡涌浪翻坝事故为主要对象，采用理论分析、模型试验与数值模拟相结合的方法，开展山区水库滑坡涌浪翻坝机制的研究。本项目在现有带自由面紊流数学模型的基础上，引入了固体运动方程，建立了可模拟紊流与运动物体相互作用的数学模型。为了验证该数学模型的准确性，在水槽中进行了滑坡涌浪模型实验。利用波高仪与PIV测量了滑坡涌浪沿程涌浪高度与速度场分布，并与数值模拟结果进行了比较。结果表明，该模型可以准确模拟滑坡涌浪形成、传播、翻坝等过程。利用该数学模型，分析了模拟不同形式的涌浪在坝前爬高与翻坝过程。根据数值模拟结果，分析坡度、水深、涌浪波高、涌浪形态对翻坝流量的影响，总结了滑坡涌浪过程中的流速与紊动能分布特性。为后续研究滑坡涌浪灾害的风险评估、应对措施，尽力减少直至避免人民的生命财产损失有着重要的应用价值和实际意义.