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水 利 学 报

２０２３年 ３月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ３期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０３ － ０２６８ － １１

基于 Ｈｅｒｓｃｈｅｌ － Ｂｕｌｋｌｅｙ流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

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薛宏程 １，２ ，马 倩 ，彭杏瑶 ，陈 明 １，２ ，刁明军 ４
（１．重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 ４０００７４；
２．重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室，重庆 ４０００７４；
３．重庆交通大学 西南水运工程科学研究所，重庆 ４０００１６；
４．四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 ６１００６５）

摘要：山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全，针对这类次生灾害进行预测和
早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂，对其进行准确模拟一直是近年来的研究热
点。本文将滑坡视为由 流 体 化 物 质 组 成 的 一 类 连 续 的 特 殊 流 体，在 满 足 连 续 方 程 和 动 量 方 程 的 基 础 上，引 入
Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ － ε 紊流模型和 ＶＯＦ模型，采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力，利用有限体积法
模拟了 Ｌｉｔｕｙａ海湾滑坡涌浪运动的全过程，数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通
过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟，定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明，涌浪在狭窄顺
直河道内传播时波高衰减缓慢，波形类似于孤立波，而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可
为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。
关 键 词 ： 滑 坡 涌 浪 ； 流 变 模 型 ； 数 值 模
拟；阻力模型；山区水库
中图分类号：ＴＶ１３９．２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０８１７

１ 研究背景

高坝大库蓄水后，因库岸滑坡引起涌浪而致灾的典型案例国内外均有不少，有些案例致灾损失惨
重，教训深刻。迄今为止在柘溪 ［１］ 、水布垭 ［２］ 、三峡 ［３ － ４］ 、溪洛渡 ［５］ 、叶巴滩 ［６］ 等水利工程库区及支
流发生的涌浪灾害已累积造成了数亿元的经济损失和近百人伤亡。随着我国西南山区梯级水库群相继
建成运行，对库区潜在滑坡涌浪灾害实现精准预测具有重要意义。
现有滑坡涌浪研究多聚焦于初始涌浪高度计算、涌浪波形的演进过程，以及涌浪到达对岸（坝体）
的爬高等 ［７ － １０］ 。这些源于室内物理试验的研究成果在实际工程应用时，因库区地形复杂、滑坡种类繁
多等因素的影响，适用范围往往受到限制。此外，大范围复杂地形条件下的物理模型试验成本高，且
存在不可避免的缩尺效应 ［１１］ 。随着计算机硬件的快速发展，数值模拟逐渐成为研究涌浪灾害的重要
手段 ［１２ － １４］ 。
在数值模拟研究中，合理模拟复杂滑坡的运动过程是精准预测涌浪的前提，也是学者们关注的焦
点。当滑坡体被视为一种不连续的离散介质时，可采用离散元法将大量颗粒单元的集合视为滑坡。该
方法适合模拟滑坡体中的非线性大变形特征，如将离散元法与光滑粒子流体动力学法相互耦合可有效
模拟滑坡涌浪形成的全过程 ［１５ － １７］ ，但离散元法在提高计算精度的同时将面临控制参数多、粒子分散度
不能太大、计算量巨大等难点。另一方面，基于连续介质理论可将滑坡体理想化为无限多个质点组

收稿日期：２０２２ － １０ － ０８；网络首发日期：２０２３ － ０２ － ２６
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０２２４．１９１２．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：重庆市教委科学技术研究项目（ＫＪＱＮ２０１９００７１１）；国家自然科学基金青年科学基金项目（５２１０９１５０）
作者简介：薛宏程（ １９８８ － ），博士，主要从事工程水力学方面的研究工作。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｕｅｈｏｎｇｃｈｅｎｇ＠ｃｑｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者：刁明军（１９６８ － ），博士，教授，主要从事工程水力学研究工作。Ｅ － ｍａｉｌ：ｄｉａｏｍｉｎｇｊｕｎ＠ｓｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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