河道型水库滑坡涌浪机理研究

当山体滑坡以较高的速度滑入水中时，水体受到滑坡体扰动、挤压发生位移，产生涌浪现象。与发生在开敞海域环境中的滑坡涌浪不同，河道型水库属于半封闭性水域，其库岸滑坡入水后诱发的涌浪在向对岸传播时，由于距离较短，无法得到充分衰减，所以在到达近岸水域时依然具有较大波幅，此时的近岸波携带巨大能量，可将停靠在岸边的船只打翻。随着近岸涌浪沿库岸继续爬升，形成爬坡浪，对库岸基础设施和当地居民安全造成严重威胁。涌浪在沿河道上下游传播过程中将对船舶、大坝、通航设施和市政工程等造成严重影响。落入水中的土石有时形成激流险滩、堵塞航道，威胁过往船只，影响或中断航运。

▲ 三维岩质滑坡涌浪产生过程

滑坡涌浪在“产生—传播—破碎—爬高”的整个生命过程中，其波场特征决定了涌浪的致灾范围及灾害影响程度。因此，在距滑坡源一定范围的水域内研究涌浪的波场特征，对水库区滑坡涌浪风险评估有着至关重要的作用。

我国水电工程建设的数量和规模长期居于世界首位。目前水电建设的投资正处于中华人民共和国成立以来投资比例最大的时期，水电工程数量和规模前所未有，但随之带来的各种问题也日益突显。已建、在建和规划兴建的一批大型重点水电工程如三峡、彭水、向家坝、溪洛渡、小湾、洪家渡、瀑布沟、拉西瓦、紫坪铺等水库蓄水后，由于高库水位及水库运行效应的影响，库区内均存在严峻的边坡稳定和滑坡涌浪及其灾害问题。

▲ 长江三峡库区水位与典型滑坡剪出口高程关系图

据中国地质调查局《三峡库区地质灾害专业监测分析要点》。从图中可以看出，典型大型滑坡中约有87%的滑坡剪出口高程位于长江洪水位以下，这充分说明河道型水库中水对岸坡的浸没、冲刷作用。同时，库区的气候条件有利于岸坡岩体的风化破碎，尤其是暴雨对岸坡的变形破坏。此外，河道型水库往往跨越多个地质带，河谷与构造线交切、区域构造应力调整、节理裂隙发育等原因，更有利于滑坡的形成。

为适时科学地进行滑坡涌浪灾害的预报和防治，避免或减少山区河道型水库库区不同部位、不同尺寸的潜在滑坡体可能引起的滑坡涌浪及其灾害，必须掌握滑坡涌浪的主要特征，阐明滑坡水上运动特性及动量传递过程，确定滑坡涌浪首浪高度及爬高，揭示滑坡涌浪近场波特征及其传播规律、滑坡涌浪波高变化规律、复杂河道边界对滑坡涌浪传播的影响规律等。

▲ 三维滑坡涌浪径向传播示意图

《河道型水库滑坡涌浪机理研究》（王平义 等著. 北京：科学出版社，2020.09）为作者研究团队先后结合国家自然科学基金项目“山区河道型水库弯曲段滑坡涌浪特性及对通航影响机理研究”(项目号：51479015)、重庆市基础科学与前沿技术重点项目“三峡库区滑坡涌浪灾害预警及防控技术研究”(项目号：cstc2017jcyjBX0070)及山区公路水运交通地质减灾重庆市高校重点实验室开放基金项目“三峡库区滑坡涌浪对库岸类土质边坡的作用力及冲刷特性研究”(项目号：kfxm 2018-15)等，紧紧围绕山区大中型水库蓄水运行后可能引发的库岸滑坡及其所形成的涌浪灾害预防的实际需求，以基础理论研究为导向，以科学问题探索为核心，以实际应用需求为目标，将原型观测、理论分析、数值模拟、模型实验等多种研究手段相结合，对山区河道型水库滑坡涌浪的机理进行了比较系统深入的研究所取得的主要成果。

▲ 岩质滑坡体水下运动过程时间序列图

全书共分8章，主要内容是：

• 第1章“概论”，包括研究背景及目的意义，国内外研究现状及进展等。

• 第2 章“河道型水库滑坡特征”，主要介绍河道型水库滑坡的分类特征、岩土结构特征及滑坡的运动机制等。

• 第3 章“水库滑坡涌浪物理模型实验”，介绍岩质滑坡涌浪模型实验设计的依据、实验设备及测点布置、实验方案及流程等。

• 第4 章“岩质滑坡体水上运动特性及动量传递过程”，主要介绍滑动冲击速度、岩质滑坡体滑动变形、岩质滑坡体向水波的动量传递及浅水滑坡淹没率等。

• 第5 章“滑坡涌浪首浪高度及爬高”，介绍滑坡体入水的能量守恒原理、入水前的总机械能、入水后产生的首浪波能、入水前的能量转换系数、首浪高度计算模型及三维滑坡涌浪爬高等成果。

• 第6章“滑坡涌浪近场波特征及其传播规律”，包括涌浪产生过程、涌浪近场波形、近场区域涌浪波幅衰减、涌浪传播速度、涌浪周期与波长及涌浪非线性等分析成果。

• 第7 章“滑坡涌浪经验波场区划及波高变化”，包括滑坡涌浪经验波场研究方法、涌浪经验波场区域划分、研究指标的定义、张量分析方法的应用及经验波场中波高的变化规律等。

• 第8章“复杂河道边界对滑坡涌浪传播的作用”，包括复杂河道边界对涌浪传播方向和周期的影响、复杂河道边界作用下的滑坡涌浪反射波波高等。
  

本书是作者及研究团队近年来对山区河道型水库滑坡涌浪机理开展的一些探索研究所取得的成果。参加项目研究的主要人员有：王平义、韩林峰、祖福兴、王梅力、杨成渝、喻涛、牟萍、徐绩青、张婕、胡杰龙、曹婷、任晶轩、郭根庭、李晓玲、袁培银、程志友、李健、贺小含、田野、徐晓菲、和朋超、施浩亮、谭顺钦、陈聪聪和贠宝格等。作者研究团队在研究过程中得到了国家自然科学基金委员会、重庆市科技局、重庆市教育委员会、重庆市交通局、长江航道局等单位的大力支持和协助，同时也得到行业内有关专家的热情帮助与指导，在此深表感谢。

本文摘编自《河道型水库滑坡涌浪机理研究》（王平义 等著. 北京：科学出版社，2020.09）一书“前言”“第1章 概论”，有删减，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-065197-6

本书以三峡水库滑坡涌浪机理为研究对象，给出了水库滑坡涌浪模型实验设计方法及模拟技术，阐明了岩质滑坡体水上运动特性及动量传递过程，在此基础上研究了滑坡涌浪首浪高度及爬高，揭示了滑坡涌浪近场波特征及其传播规律、滑坡涌浪经验波场中波高变化规律及复杂河道边界对滑坡涌浪传播的作用规律等。这些研究成果发展和完善了滑坡涌浪模拟技术及滑坡涌浪的理论方法，对河道型水库滑坡涌浪特性及其灾害预防研究与应用具有重要的参考价值和指导意义。

（本文编辑：刘四旦）