長江鏈子崖滑坡涌浪特征及對航道影響預測研究

陳里

摘 要：為了提高滑坡涌浪對內河庫港影響程度的認識，選取長江鏈子崖滑坡地質災害為研究對象，收集區(qū)域水文、河床形態(tài)、泥沙、通航情況及地質等資料，分析其地質構成、滑動機理、運動過程及涌浪的形態(tài)特征等。結合已有滑坡涌浪及爬高預測計算公式，進行工程實例的驗證，確定了滑坡涌浪對航道的影響程度。研究結果具有較高的實用價值，可應用于水庫滑坡涌浪的對庫港影響的預防預報工作。

關鍵詞：鏈子崖 滑坡涌浪 衰減 爬高

近年來，受庫區(qū)長期高水位及水庫運行調度的影響，庫區(qū)內部大量的潛伏、隱藏及發(fā)生過滑坡災害的地質區(qū)域的邊坡都可能被誘發(fā)，最終造成較大體積和能量的邊坡滑塌及涌浪。隨著涌浪的不斷傳播，庫區(qū)港口碼頭、航道建筑物及附屬設施也會因為涌浪和爬高的巨大能量而遭到嚴重的毀壞。

通過資料分析，滑坡涌浪對航道的影響主要有滑坡體附近區(qū)域災害及傳播區(qū)域災害?；麦w附近區(qū)域災害包括了滑體附近區(qū)域的地質災害和附近水域的涌浪災害。當存在隱患或處于不穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡體在暴雨、地震或其他外力作用下失穩(wěn)下滑，最先受到波及的就是滑坡體上和附近區(qū)域的人和建筑物。在外力的作用下，建筑物和人將會受到威脅，甚至一起滑入水中。當滑坡入水后，激起涌浪就會造成附近水域的涌浪災害。當滑坡速度較大時，在滑坡兩側附近水域甚至可能形成紊流區(qū)域，這對附近水域的船舶和碼頭將帶來較大威脅，嚴重時，可以摧毀船舶或者碼頭等結構建筑物。除此之外，當滑坡體積足夠大時，甚至可以切斷河流，阻礙航道，引起斷航。

長江鏈子崖滑坡涌浪特征

1、地質概況

鏈子崖危巖區(qū)位于長江宜昌上游73公里兵書寶劍峽出口處的右岸，危巖體主要由巨厚及中厚層的棲霞灰?guī)r構成，南北長700余米，東西寬50—180余米，形成高百余米的陡崖，下部有1.6—4.0米厚的含煤巖層，構成陡崖的軟弱基座。受鄰近活動斷裂的影響，巖體中構造裂隙發(fā)育。本地區(qū)降雨量1000毫米以上，最大日降雨量391毫米。在上述自然地理和地質環(huán)境下，高陡岸坡產(chǎn)生塑流—拉裂變形。由于長期采煤的影響、降雨滲入，使拉裂變形不斷延伸并向深部發(fā)展，形成30余條寬大的裂縫。危巖體可分南北、中三大區(qū)、北區(qū)T8-12縫段整體地持續(xù)地向長江方向位移，構成對長江航道的嚴重威脅，總體積約250萬m3。其中T11-12縫段號稱5萬m3，實際方量18萬m3左右，其中約2萬m3可能率先崩塌墜入長江。T12縫南20米處，走向N60°—70°W的高8—12米的小陡壁，即所謂“七千m3危巖體”，它將以順層滑移活動方式為主，但不可避免有較大的塊體滾入長江，數(shù)量約幾百個。

從地質資料分析，鏈子崖危巖崩滑有如下特點：危巖下滑以崩為主或以滑促崩，運動方式擬以滾動，墜落或以彈跳方式為主； 危巖區(qū)存在三個不同量級的危巖體，它們的崩滑方向、位置都不完全相同；危巖體緣到江面的高差約五十余米。岸坡約40°左右的陡度與窄而深的河床底部相連。這一段裸露的岸坡是危巖入江的崩滑面。

2、航道及水文概況

本河段位于宜昌上游68—78公里，處于葛洲壩的回水區(qū)內，枯水期本河段流速，一般在1.0米/秒以下，流態(tài)平穩(wěn)如湖，船舶航行條件較好。洪水期本河段基本不受回水的影響，加之長江流量變幅較大，滑坡區(qū)地處峽谷河段，洪水期流量增量大，而過水斷面卻增量小。隨著流量的增大，河道流速急劇加大，流態(tài)不良，這一河段仍屬自然情況的特性，因此洪水期峽谷河段的航行水流條件較壞，上水船經(jīng)過鏈子崖河段時，航線必須靠近右岸，正處在危巖崩落的危險區(qū)中。如鏈子崖危巖一旦崩滑入江，勢必對航道造成威脅。

3、滑坡涌浪特征

鏈子崖滑坡屬于典型的陡巖體滑坡，發(fā)生在1992年6月16號，滑坡體較大，入江方量較小，由于其距江面距離大，能量較高，所引起的涌浪傳播范圍廣，破壞性大。鏈子崖滑坡長約700m，寬約50m-180m，其物質構成主要有巨厚和中厚層的灰?guī)r，區(qū)域地質較為發(fā)育，滑坡體后緣離江面高達50m，河寬約100m?；麦w體積約為250萬m3，其中入江量僅為75萬m3。此時由于下滑體積大，被擠壓的水體迅猛涌向對岸，最大涌浪可達37米，對岸山坡陡峭，涌浪直沖而上，最大爬高達63米。從滑坡區(qū)定點觀測的涌浪變化過程線，涌浪陡起陡落，最大涌浪在三分鐘左右就可衰減至0.5—0.6米以下。由于長期降雨和當?shù)夭擅旱挠绊?，使巖體構造裂隙發(fā)育區(qū)形成較大裂縫，巖體結構被破壞?；掳l(fā)生較為突然，且散列塊體較大，岸坡較高，能量較大形成了巨大的涌浪。滑坡發(fā)生后，由于其傳播范圍較廣，破壞了水流條件，致使嚴重礙航或斷航。

長江鏈子崖滑坡涌浪對航道影響的預測研究

1、初始涌浪的計算

選取水科院經(jīng)驗公式法作為長江鏈子崖滑坡初始涌浪高的計算公式；水利水電科學研究院參考了加拿大麥卡壩、美國利貝壩（Libby）和奧地利吉帕施壩的涌浪試驗資料并根據(jù)碧口、拓溪和費爾澤壩（阿）涌浪試驗資料，結合拓溪塘巖光滑坡的原型觀測成果發(fā)現(xiàn)，水庫滑坡的滑速和滑體的體積是影響涌浪高度的主要因素，并建立了三者間如下的關系。

入水點最大涌浪高度估算

由入江體積75萬m3，長約700m，寬約50m-180m取100m，計算出危巖體厚度為10.7m?；掳l(fā)生在洪水季節(jié)，h=175m?；w以滾動或以蹦跳的形式入水，可近似處理為垂直下落。代入公式（1），計算得到：H=39.48m。

2、波高衰減的計算

選取天科院沿程涌浪計算公式作為長江鏈子崖滑坡涌浪沿程衰減計算公式。

涌浪沿程衰減的估式為：

向上游方向：

對于長江鏈子崖滑坡涌浪爬高的計算，選取混泥土護面KΔ的取值為0.9，波陡H/L取極限值0.142，斜坡坡度α取其垂直情況90°，代入公式（7），計算得到長江鏈子崖滑坡涌浪對岸爬高為：R=55.56m。

結論和建議

對長江鏈子崖滑坡涌浪特征及其對航道影響進行了預測研究，但由于問題的復雜性，今后滑坡涌浪的特征及其對航道的影響可從以下方面進一步研究：①應進一步研究滑坡涌浪的能量和能量衰減系數(shù)，確定滑坡涌浪對航道影響的程度。②進一步研究如滑坡的運動、其力場分布的變化、不同類型介質的耦合、能量的富集、傳遞和交換等諸方面因素對涌浪產(chǎn)生的影響。③山區(qū)天然河流中水流是動態(tài)的，水流條件與涌浪特性之間是相互影響的，因此，今后可研究水流運動與涌浪特性之間的相互影響。④爬高對岸坡的侵蝕是一個動態(tài)過程，建議實時觀測爬坡高度值，可作為涌浪對岸坡侵蝕作用的重要參考值。

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（作者單位：重慶交通大學）endprint