太平洋涌浪池年际变化与成因研究

使用ERA5再分析数据和涌浪指标研究了太平洋、大西洋和印度洋低纬度海域的涌浪池,分析了太平洋涌浪池的形成来源,结果表明:太平洋涌浪池的东南部分是由南太平洋的波浪北传形成;西北部分涌浪池是由北太平洋的波浪南传形成;而涌浪池中部是由二者共同影响的。太平洋涌浪池面积在冬季(12月至翌年2月)较大,夏季(6月至8月)较小。处于冬季半球的涌浪可以传播得更远并越过赤道,停留在冬季半球低纬海域的涌浪减少,同时冬季半球的风浪全年最强,导致该半球太平洋的涌浪池面积减小;处于夏季半球的涌浪传播距离较小,因此涌浪会“堆积”在该半球低纬海域,同时夏季半球的风浪全年最弱,导致该半球太平洋的涌浪池面积增大。涌浪池所在海域的风场强度较弱,风浪较小,为涌浪在低纬的优势创造了有利条件。厄尔尼诺或拉尼娜发生时,会分别加强或削弱传到太平洋低纬地区的涌浪,从而影响涌浪池的空间分布。涌浪池时空变化的分析对涌浪的大尺度传播研究具有重要意义。

坝前滑坡涌浪压力分布对震损拱坝损伤影响的研究

强震中震损边坡在震后比震前更容易诱发滑坡,震后滑坡涌浪可能会对震损拱坝产生附加损伤,可能造成坝体溃决。现有的滑坡涌浪对坝体研究主要针对震前完好拱坝,并且通常将坝前涌浪简化为沿着拱向波高及相位完全相同。然而关于滑坡涌浪的研究表明,传播至坝前的涌浪在坝面不同位置存在比较明显的高度差和时间差。针对强震中震损拱坝在震后承受涌浪冲击的问题,本文以某高拱坝为例,基于中国水科院涌浪高经验公式,分析了坝前涌浪高的分布规律,识别出了三种典型的坝前涌浪压力分布形式。基于所定义的拱坝损伤影响度量指标,分析不同坝前涌浪压力分布对震损拱坝损伤的影响。结果表明,坝前涌浪分布存在高度差和时间差时,其压力分布对震损拱坝的影响比按均匀分布涌浪考虑的影响会更大。以均匀分布的涌浪压力形式分析震损拱坝所受的影响时,对危险性的评估会怕偏于不足,因此,建议考虑坝前涌浪空间分布和时间特性的影响。该研究结果可为震后滑坡涌浪的安全评价提供参考。

RS堆积体滑坡涌浪特征数值模拟研究

库区滑坡涌浪是滑坡产生的次生灾害,严重威胁库区工程安全及大坝稳定运行.澜沧江RM水电站RS堆积体方量巨大,且位于近坝区,开展RMRS堆积体滑坡涌浪特征研究对大坝工程安全设计和施工至关重要.本文建立RS堆积体滑坡涌浪远近场计算模型,基于光滑粒子流体动力学方法及浅水方程,研究RM工程正常蓄水位2895m情况下RS堆积体滑动产生的涌浪特征,并与经验公式法进行对比.研究表明:分析所采用的数值模拟方法在研究滑坡涌浪中具有优势,该方法可准确模拟滑坡体入水产生的非线性流固耦合过程,准确捕捉涌浪传播过程中受到复杂地形影响以及爬升过程中的地形相关性.研究结果可为评估RMRS堆积体滑坡涌浪对工程安全的影响提供参考.

三峡库区河道滑坡涌浪消减简单结构物型式优化研究

三峡库区水位变化加剧了河道内滑坡涌浪产生的频次。为了保证人民生命财产安全,对滑坡涌浪产生的能量进行了消减分析。通过物理模型试验对板式(T字型、十字型)、栅栏式(单列型、多列型)以及多孔式(整体型、分割型)消浪结构物进行消浪效率、消浪机制以及综合性应用对比分析,得到主要结论如下:栅栏式单列型在河道应急、涌浪消减方面效果最优,按照衰减性能与能量耗散共分为4种模式(入射波浪反射、竖向挡浪板对水体运动的阻挡、浮板与水体相互摩擦和回流)。在对比试验基础上对栅栏式消浪结构物单列型进行试验参数优化、分析推导出栅栏式消能结构物最优型设计公式,并得出了在L/hw为0.65~0.75范围内时栅栏式消浪效率(β≥15%)和适用性最优。同时,在计算二维条件下最优消能效率值方法的基础上,进行三维条件消能结构物最优值的求解方法讨论并给出消能结构物在实际应用中的防治措施与建议。

三峡库区滑坡涌浪作用下桥墩波压特性研究

由于三峡库区的非开敞性,滑坡引起的涌浪衰减较慢,传播过程中可能对沿程桥墩产生巨大破坏。以涪陵长江二桥为依托,构建了比例尺为1∶70的库区河道水槽,试验模拟了滑坡涌浪对桥墩的作用。结果表明:桥墩上涌浪波压分为共振波压(P_(re))和脉动波压(P_(pu)),共振波压为涌浪冲击桥墩瞬间桥墩共振产生的高频振动波,频率为300.0~400.0 Hz;脉动波压为波浪作用过程产生的压力,频率为0.2~0.5 Hz;脉动波压在对岸桥墩上沿水深的分布近似为垂直分布,在同岸桥墩沿水深锯齿状减小,最大脉动波压分布在水面附近;共振波压沿水深分为单峰值、多峰值和无峰值3种,10万m^(3)以上大方量滑坡产生的共振波压为单峰值和多峰值分布,单峰值的峰值波压是水面波压的5.0倍,多峰值的峰值波压为水面波压的2.5倍~4.0倍,10万m^(3)以下滑坡产生的共振波压呈现无峰值分布;共振波压沿水深呈先增大后减小的“侧V”形;P_(re)/P_(pu)最大位置在距水面1/3水深位置,第二大位置在距水面1/5水深位置。该文提出了桥墩迎波面涌浪压力荷载计算模型,并针对三峡库区不同运行水位给出了相应水位条件下最大涌浪波压的计算公式。

水库滑坡涌浪波爬坡预测及破碎判断

准确预测坝前涌浪爬坡高度及破碎与否,对工程风险防控至关重要。为此,通过假定涌浪波爬坡过程服从非线性浅水方程,建立非线性震荡波、非线性过渡波及类孤立波在斜坡上爬坡时爬高预测理论模型。验证表明:提出的方法精度高,能够模拟非线性过渡波和震荡波在斜坡上的爬坡过程,预测最大误差不超过10%,多数误差小于5%。引入的Iribarren number与相对波峰高度关系可以区分非线性震荡波、非线性过渡波及类孤立波的破碎类型,但无法区分耗散涌波的破碎情况。该研究可为库区滑坡涌浪灾害预警提供技术手段。

水库滑坡高速入水涌浪压力规律的试验研究

滑坡涌浪是水域坡岸滑坡的主要次生灾害,其造成的灾害后果在一定程度上会比滑坡更严重。本文基于国内外学者以往的研究成果,针对某大型水库库区的宽缓段河道,进行了物理模型试验,探究了滑块规模体积和水平高度对坡岸压动力的作用规律。试验结果表明,实体涌浪和水舌对坡岸的影响均通过脉冲压力产生,由于力学性质存在差异,因此作用方式不同。导致坡岸失稳滑坡的主要因素是涌浪反复多次爬高,对坡岸施加一种疲劳冲击作用。水舌对破案的瞬时冲击压力较大,但产生的脉冲压力短暂且脉冲值偏小,会在坡岸上形成易出现滑坡的薄弱点。

近坝岸坡涌浪灾害减灾措施效果评估——以削坡减载为主

有效减缓近坝库区涌浪灾害是保障水利工程高质量运行的前提。以大型工程近坝岸坡4号倾倒变形体失稳诱发涌浪为例,采用三维数值模拟,研究削坡减载措施对涌浪灾害消减特性并寻求评估减灾效率的方法。结果表明:库区涌浪波属于有限水深波,类型为弱非线性震荡波,该类型次生波浪高大于首波;提出了4种削坡减载方案,有效缓解了库区涌浪影响程度,如开挖量最少的方案四,坝前最大浪高2.55 m(不处理浪高11.31 m),折浪率约0.78。研究提出了削坡减载效率系数,可用于评估开挖量和减灾效果。研究成果可为库区滑坡涌浪减灾提供评估方法。

白鹤滩库区五里坡滑坡蓄水变形机理与潜在涌浪

水库滑坡破坏产生的涌浪会大幅度增加滑坡造成的人员伤亡和财产损失。通过现场调查和数值模拟分析研究了白鹤滩水电站五里坡滑坡的蓄水变形机理与潜在涌浪。结果表明,五里坡滑坡由下部软岩、上部硬岩构成的软弱基座型风化碎裂岩质滑坡,其变形破坏模式为压缩-拉裂-剪断,长期库水升降循环作用下存在整体失稳破坏可能性。进一步数值模拟分析表明,五里坡滑坡在最高蓄水位整体破坏激发的冲击波不会对临近的蒙姑社区和甘葫路造成破坏性影响,但可影响过往船只安全通行。因此,可考虑采用坡体削方等工程措施降低五里坡滑坡潜在冲击波风险。

三峡库区黑石板滑坡的变形特征和涌浪预测

三峡库区水位波动易于导致库岸滑坡失稳进而形成涌浪灾害。以三峡库区黑石板滑坡为研究对象,基于近5年的监测数据分析:三峡库区黑石板滑坡为动水压力型滑坡,降雨只在库水位下降时和低水位波动期对滑坡的变形有一定的助推作用,其他时间对滑坡变形影响并不大。通过分析累积位移曲线中的6次阶跃变形,确定了库水位下降至165 m时为滑坡阶跃变形的启动阈值,并以此作为滑坡最危险情况下所对应的库水位高度,将其设置为数值模拟的初始水位高度。运用FLOW-3D软件进行了涌浪计算及预测:在165 m水位时,滑坡入水的最大速度为19.4 m/s,涌浪产生的最大波高为24.9 m,最大爬高为42.21 m。预测结果表明,黑石板滑坡破坏后引发的涌浪将会淹没水田坝乡沿岸部分区域,毁坏入乡主干道,这将严重影响后续对水田坝乡的救援工作。该研究为三峡库区库岸滑坡涌浪的风险管理提供科学依据,具有一定的工程实践意义。

黄河玛尔挡水电站库区Qd04倾倒体稳定性评价及涌浪分析

玛尔挡水电站库区发育的Qd04倾倒体距离上游抽水蓄能电站下水库进水口较近,考虑到该倾倒体潜在失稳体积较大,宏观稳定性较差,水库蓄水后可能沿软弱面或折断面发生失稳,准确评价其稳定性及涌浪风险至关重要。为了准确评价该倾倒体稳定性,分析涌浪情况,采用M-P(Morgenstern-Price)法进行稳定性分析,并采用常用的3种滑速计算方法与3种涌浪计算方法9种组合进行涌浪计算,使用数值模拟法对涌浪值进行验证。结果表明:结合新滩滑坡实测的涌浪数据,得出使用经验公式法时采用能量守恒法计算滑速和潘家铮法计算涌浪高度的组合计算成果更贴近实测值,即在死水位、正常蓄水位时倾倒体整体失稳产生涌浪至上游抽蓄电站的涌浪高度分别为11.3、11.5 m。研究成果可为玛尔挡水电站库区相关工程的风险预测提供借鉴。

涌浪基本理论研究综述

涌浪作为影响严重的海洋灾害之一,因其发生时对在行船舶、石油平台等海洋结构物以及近岸建筑物的破坏性,发生机制的复杂性等原因,一直备受全世界相关领域研究人员的关注。本文首先介绍了涌浪的危害性,然后从研究对象不同角度、研究方法的发展及得出的主要结论等方面阐述了到目前为止国内外学者对涌浪的认知程度。最后,总结前人对涌浪的研究多集中在外观特性的归纳、内部结构的理论推导及整体特征的数值模拟等方面,提出对特定海域涌浪的生成机理及运动特性等方面研究的不足,以期能够为以后的涌浪研究工作提供一些思路。

山区河道型水库滑坡涌浪的计算研究

在弄清水库滑坡发生的成因及涌浪大小影响因素的基础上,根据固流能量交换原理,选择典型山区河道型水库———三峡水库为依托进行水槽概化模型试验,采用多元线性回归方法,得到滑坡坡度、固流有效接触面积、富裕水深3因素与相对初始涌浪高之间的关系以及沿程分别距滑坡入水点2,4 m远涌浪高与初始涌浪的关系,将拟合的经验公式计算值与试验所测值进行误差分析,结果表明:拟合的经验公式具有一定的可靠性。

武陵山区宣恩县双龙湖滑坡涌浪风险评价研究

水库库岸滑坡所造成的涌浪灾害,不仅会冲毁滑坡周围水工建筑物、堵塞江河,还会威胁到涌浪传播范围内的人民生命财产安全。基于此,以武陵山区宣恩县双龙湖水库滑坡为例,在滑坡危险性分析的基础上,进行了滑坡涌浪的计算,将滑坡涌浪传播范围作为承灾体调查依据,采用定量风险评价公式进行财产和人口风险分析。结果表明,在水库水位下降和20年一遇暴雨条件下,滑坡的破坏概率为54.56%,入江的体积为91.13万m3,最大涌浪高度可达20 m,滑坡涌浪在1 km范围内的传播浪高最小为8m,航道内航行或停靠在岸边的小型船舶有倾覆的风险。

近坝岸坡滑坡涌浪演化规律及工程影响模拟

近坝库区滑坡涌浪严重威胁大坝及周边人员安全,明晰库区涌浪演化规律是该类型灾害预警的首要任务。以黄河上游某水电站工程大坝左岸4号倾倒变形体为对象,建立了基于Flow-3D Hydro原型尺度三维数值模型,分析了4号倾倒变形体不同部位原位失稳时的涌浪特性及传播演化特性。结果表明:近坝岸坡4号倾倒变形体失稳产生的涌浪类型为弱非线性震荡波,这种波型经过演化后往往次生波表现出最大波高、最大爬高等特征;如果将4号倾倒变形体分不同部位原位失稳,多宗龙洼沟侧整体下滑对坝前及坝下游建筑物无影响,可不做工程处理;但黄河侧原位整体下滑时,右坝肩最大浪高14.19 m,左坝肩最大浪高16.40 m,坝前爬坡高程约至3 009.00 m,超过防浪墙顶高程,严重危害面板堆石坝的安全,需要进一步的工程减灾措施。该研究成果可为库区滑坡涌浪灾害预警提供技术支撑。

狭窄库区滑坡涌浪特征分析及工程影响模型试验研究

为研究狭窄库区不同位置、体积滑坡涌浪对浪高及工程安全的影响,特以羊曲水电站库区H1滑坡体和1#变形体为例,建立1∶200的水工物理模型,研究失稳物质在体积100万、200万及500万m^(3)时产生的库区涌浪特征,进一步分析不同工况涌浪对特大桥及坝体稳定性的影响。结果表明:库区滑坡涌浪波类型为线性波,滑坡发生地和建筑物前的首浪高度均和失稳物质体积成正比;滑坡位置对工程的危害不一定和距离成反比,还和滑坡所处的水域条件相关;H1滑坡体或者1#变形体失稳产生的涌浪对特大桥无影响,但H1滑坡体体积大于200万m^(3)或1#变形体体积大于500万m^(3)时,会在溢洪道处漫坝。研究结果可为羊曲水电站库区滑坡涌浪灾害预防及应急调控措施制定提供参考。

高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力研究综述

库坝区滑坡体入水激起的涌浪灾害链对水工建筑物构成安全威胁.本文对高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力相关研究成果和发展趋势进行综述,概述了国内外典型滑坡涌浪实例及其危害,基于规范推荐公式、物理模型试验和数值模拟方法对库区滑坡涌浪对大坝坝体冲击压力相关研究成果进行总结归纳,提出应关注涌浪二次冲击阶段对水工结构的影响、开展坝前涌浪回落对坝面构筑物结构产生拖曳力的相关研究.总结了涌浪对通航建筑物作用力的相关研究,分析表明,现有关于涌浪对通航建筑物作用力的研究并不完全适用于库区滑坡涌浪对高坝水工结构作用,需开展专题研究.在现状分析的基础上,对高坝大库滑坡涌·浪对水工建筑结构作用的进一步研究提出了建议与展望.

涌浪对大气边界层风廓线的影响

以往研究表明,涌浪存在时,近海面大气边界层内Monin–Obukhov相似性理论(Monin–Obukhov SimilarTheory,MOST)将会失效,风廓线模型的建立需要考虑波致应力的影响。基于此,本文首先研究了包含涌浪影响的Ekman模型和常通量层模型求解的风廓线。结果表明:两种模型估算的风廓线均对涌浪的波衰减率系数cβ有较高的依赖性,在cβ<–50时,模型求解的风廓线均出现近海面风速极大值,但科氏力对近海面风廓线的影响可以忽略。在不同的大气层结下,分析发现海浪边界层(直接受波浪影响的区域)内风速明显小于海浪边界层之上MOST廓线在相同高度的外推值,体现了涌浪引起明显的剪切增强。通过对比分析广东省茂名市附近海上观测平台的实测数据发现,在涌浪存在时,MOST普遍无法描述风廓线;统计分析表明常通量层模型估算的风廓线在8 m处的风速与实测数据高度一致。考虑以往研究基本局限于中性大气层结条件,而涌浪经常显著影响着浮力作用明显的中低风速条件,我们的研究将有助于理解不同大气层结条件下涌浪对风廓线的影响。

滑坡涌浪作用下某电站事故闸门动力响应分析

滑坡涌浪可能造成闸门大变形和失稳,研究某电站进水口事故闸门在滑坡涌浪动水压力作用下的动力响应问题对电站安全生产具有重要意义。采用自编程序模拟了不同工况下库区滑坡涌浪过程,将滑坡涌浪数值动水压力转化为施加在平板钢闸门有限元模型上的节点荷载,利用动力时程方法得到了闸门在滑坡涌浪作用下的动力响应,依据规范对闸门的动力响应做出评价。结果表明:闸门在正常蓄水位下受滑坡涌浪动水压力作用位移和应力响应值最大,在死水位下受滑坡涌浪动水压力作用闸门的动力响应影响更为明显;闸门在正常蓄水位下受滑坡涌浪动水压力作用的位移响应最大值为9.27 mm,Mises应力最大值为192.06 MPa;各个构件动应力水平较低,满足规范要求,在滑坡涌浪动水压力作用下可安全运行。

岩体强度与摩擦因数对滑坡涌浪特征的影响

库区岩体失稳滑坡进而引起涌浪会对水工建筑物及下游的安全造成重大威胁。岩质滑坡体在滑坡过程中可能发生断裂破碎,影响后续涌浪灾变过程。岩体强度与摩擦因数是影响岩体断裂破碎的重要因素,通过开展三维滑坡涌浪数值试验,模拟了不同岩体强度及摩擦因数工况的滑坡涌浪全过程,分析了滑坡体运动特征与涌浪特性。结果表明:随着岩体强度增大,滑坡体破碎程度逐渐降低,速度与动能逐渐增大,涌浪最大波高与最大爬高也逐渐增大;岩体强度较高的滑坡体以较高速度冲入河道,极端情况下甚至可能撞击对岸岩体引发新的滑坡灾害;摩擦因数越小,滑坡体速度与动能越大,涌浪最大波高与最大爬高也越大,当摩擦因数很小时,低强度的岩体沿滑动面下滑过程中可能不发生破碎,导致涌浪最大波高与最大爬高骤增。