水库滑坡涌浪的最大涌浪高度分析

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摘要：水库库岸滑坡时有发生，滑坡体涌入水中产生巨大的涌浪。通过物理试验模型 ，对陡岩体、大型土质和大型岩质三大类滑坡进行多方案的试验研究分析得到最大涌浪高度，分别采用幂函数、线性函数、指数函数进行多元线性回归得到相应公式，并对公式进行相关分析得到最优公式，为今后防洪减灾工作有实际的工程应用价值。

关键词：最大涌浪高度陡岩体滑坡大型土质滑坡大型岩质滑坡

中图分类号：P642.22 文献标识码： A

1 引言

我国是山多的国家，常用“依山傍水”来形容环境优雅，风景秀丽。水利水电工程中，水库库岸滑坡时有发生，滑坡在水库中激起的涌浪有可能给水利工程及附近地区造成较大的危害，大型滑坡可以产生巨大的涌浪，这些涌浪不仅随时对其波及水域的一切造成即时性危害，更重要的是随着涌浪的传播和迭加，有可能造成溃坝等水库失事事故。随着科技的发展，人们对资源的开发利用，很多山地遭到破坏，在暴雨等外力地作用下极易形成滑坡。近年来大量的水利工程的修建，水库库岸滑坡时有发生。典型的如1961年3月6日发生于湖南拓溪水库，再者就是人所熟知的湖北新滩滑坡，涌浪造成60只船只被毁，9人死亡的灾难事故。更为著名的是1961年10月发生于意大利瓦依昂水库左岸2.4×108m3的巨大滑坡，飞速滑入库区后，激起250m巨浪，涌浪传至1.4km的坝址时，立波仍高达70m，造成震惊世界的瓦依昂水库失事事件，这一事件除使经济上蒙受重大损失外，还残酷地夺走了3000多人的生命。大型滑坡体大量涌入水中，由于体积大会产生巨大的涌浪，陡岩体滑坡虽体积不大但由于滑入速度大，也产生较大的涌浪。这些涌浪对水电站建筑物和在航行中的船舶都会产生较大的及时性的危害，甚至危害人们的生命安全。水库滑坡中常见的有陡岩体滑坡和大型滑坡两大类，大型滑坡一般分为土质滑坡和岩质滑坡。

本文通过对陡岩体滑坡、大型土质滑坡、大型岩质滑坡三大类滑坡涌浪的物理模型研究，分别得出最大涌浪高度的主要影响因素和相关计算公式，对以后可能产生的滑坡形成的最大涌浪有一定的预防借鉴意义。

2 试验模型设计

试验河道模型依托万州江南沱口码头工程，按1:70的比例进行正态模型设计，采用重庆西南水运工程科学研究所自主研发的超声波浪采集分析仪进行波浪的采集。土质滑坡体的设计主要是原料土样的制备，其关键就是确定土样的土石比、含水量、碎块石粒径及压实度等物理指标。岩质和陡岩滑坡体采用水泥、砂、石子配置砂浆，根据模型块体的几何尺寸，制作模具，再将砂浆倒入模具制作块体。根据实际情况全面考虑滑坡入水深度，滑体的宽度和厚度，滑入时的坡度等情况，制定多组方案进行试验研究。

模型断面全景图

3 最大涌浪高度分析

试验主要观测各种方案下产生的原始波与合成波的波高H和周期T，数据采集仪器应用的是多点波浪采测系统，该系统硬件方面由传感器、放大器和记录器组成，软件方面主要由三个自行编制的程序控制，即调试程序、标定程序和采样程序，调试程序主要是检测各传感器信号接通与否以及各传感器处水面是否静止；标定程序主要是标定出电信号与波信号的一个转换系数；采样程序就是获取试验所需的数据。系统灵敏度为1mm。对数据进行分析，得到在每个方案下的最大涌浪高度值。用无量纲方法探讨相关物理量之间的关系，分别采用幂函数、线性函数、指数函数进行多元线性回归分析，分别得到三个最大涌浪高度值的经验公式：

(式中： H为初始波高，m；b为滑体宽度，m； W为滑体厚度，m；h为水深，m；β为滑坡坡度，弧度制)

3.1陡岩滑坡最大涌浪高度分析

（3.1-1）

（3.1-2）

（3.1-3）

表3.1 三公式平均相对误差和离差平方和

公式1 公式2 公式3

平均相对误差% 11.74 22.52 13.58

离差平方和 0.00467 0.01353 0.00473

运用上述三个公式计算所有工况下相对首浪高度的计算值与试验值进行对比。并将结果绘制成图，各点均匀分布在两侧，计算值与试验值较吻合。综合考虑，本文建议采用公式3.1-1计算首浪高度。试验结果分析得到水深、坡度、滑体厚度对最大涌浪高度的影响显著。

3.2大型岩质滑坡最大涌浪高度分析

（3.2-1）

（3.2-2）

（3.2-3）

表3.2三公式平均相对误差和离差

公式3.2-1 公式3.2-2 公式3.2-3

平均相对误差% 26.72 26.78 22.33

离差平方和 0.01153 0.01089 0.00630

综合考虑，本文建议采用公式（3.2-3）计算首浪高度。试验结果分析得到滑体宽度、水深、坡度、滑体厚度对最大涌浪高度的有显著影响。

3.3大型土质滑坡最大涌浪高度分析

（3.3-1）

（3.3-2）

（3.3-3）

表3.3三公式平均相对误差和离差平方和

公式3.3-1 公式3.3-2 公式3.3-3

平均相对误差% -19.39 -10.47 -21.13

离差平方和 0.00143 0.00136 0.00150

综合考虑，本文建议采用公式（3.3-2）计算首浪高度。试验结果分析得到水深、坡度、滑体厚度对最大涌浪高度的有显著影响。

4 结论与建议

（1）通过物理模型试验得到的最大涌浪高度数据进行量纲分析，拟合得到常见的陡岩体滑坡、大型土质滑坡和岩质滑坡的不同的公式在实际可能发生的滑坡形成的最大涌浪有一定的预防借鉴意义，具有防震减灾作用。

（2）通过拟合的公式比较分析得到，陡岩滑坡最大涌浪计算适合幂函数拟合表示，大型岩质滑坡适合指数函数拟合的公式表示，大型土质滑坡适合线性的拟合表示。

（3）滑坡滑入水中产生巨大的涌浪，这些涌浪不仅随时对其波及水域的一切造成即时性危害，更重要的是随着涌浪的传播和迭加，有可能造成溃坝等水库失事事故，需要对涌浪的传播和迭加进行进一步深入地研究。

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