Page 24 - 2023年第54卷第3期

图 ４ 涌浪在 ｘ ＝ ８８５ｍ处的波幅时域过程对比 图 ５ 涌浪在 ｘ ＝ １３４２ ＋ η Ｒ 处的波幅（爬坡高度）时域过程对比

４ 实例应用与分析

４．１ 工程概况 某河床式电站拟建于金沙江最后一级支流的下游河段，库区正常蓄水位为 ３７８ｍ，平
均水深约为 ２０ｍ。库区两岸山势陡峻，地形复杂，岸坡多为坡积层，植被以野草及灌木丛为主，历史
上曾有过数次较大的滑坡。工程勘测阶段发现拟建电站 １号坝址上游约 ２ｋｍ的库岸处有一古滑坡体，
３
其前缘高程约 ４３０ｍ，后缘高程约 ４８０ｍ，平均宽约 ６０ｍ，平面上呈舌状，体积约 １０万ｍ ，滑坡下部
为基岩，上部为松散土石，地形平均坡度为 ３３°，滑坡所在地理位置如图 ６所示。
４．２ 计算区域及网格 对该工程库区内潜在的涌浪灾害开展数值模拟预测。如图 ７所示，模拟库区河
道总长约 ２．２ｋｍ，计算区域内全部为六面体网格，网格沿河道方向间距为 ３ｍ，垂直水深方向间距
０．５～１．０ｍ，计算过程中网格根据速度梯度变化可自适应加密，网格初始总数约 １００万。模型边界条
件包括滑坡上方的速度进口边界，河道上游的出流边界及壁面边界。根据工程勘测可知滑坡体密度约
３
２
为 ２１００ｋｇ?ｍ ，ｔａｎ φ取 ０．５８，黏聚力取 ２０ＭＰａ；摩擦系数 ｆ取 ０．５；紊流阻力系数 ξ 取 ５００ｍ?ｓ。
０

图 ６ 未修电站前的天然河道及潜在滑坡区域示意图 图 ７ 数值模拟计算区域及部分网格示意图

４．３ 计算结果分析
４．３．１ 涌浪形态的动态变化分析 图 ８为滑坡中轴线剖面上涌浪生成、传播、爬坡几个典型时刻下的
形态变化（滑坡与水面恰好接触的时刻为 ｔ ＝ ０ｓ）。从图 ８（ａ）中可以看出，在滑坡体快速冲击作用下水
体和岸坡彻底分离，形成较厚的水舌，并在水舌和滑坡体之间形成空腔。随后水舌在重力作用下淹
没空腔，并推动水体向前运动形成首浪（见图 ８（ｂ））。涌浪传播到对岸后沿岸坡向上运动了一段距离
（见图 ８（ｃ）），到最高点后在重力作用下又退回至库区并推动水体向上下游传播，同时与后续涌浪相
遇，使库区水面出现剧烈波动，水面波动在滑坡完全停止后依然持续了较长时间（见图 ８（ｄ））。
４．３．２ 涌浪紊动能分布随时间的变化 紊动能 ｋ与脉动速度相关，反映了流体紊动的强弱。通过探究
滑坡涌浪紊动能的分布有助于进一步认识涌浪内部质点的运动规律。图 ９为 ４个典型涌浪形态所对应
的紊动能分布情况，从图 ９（ａ）中可以看出滑坡下滑过程中紊动能逐渐增加，在冲击水体后紊动能减
小，将滑坡携带的动能传递给水体形成了水舌。水舌在重力作用下回落淹没空腔，使水舌后缘的紊动
能增加（见图 ９（ｂ）），淹没空腔的水舌溃灭后，在惯性作用下流向已经入水的滑坡后缘区域，并在该
区域与滑坡、空气混掺形成剧烈的扰动（见图 ９（ｃ））。
４．３．３ 涌浪耗散率分布随时间的变化 能量耗散是紊流的主要特征之一，在 ｋ － ε 模型中耗散率 ε表示紊
流脉动黏性应力和流体微团的脉动应变相乘所做的变形功，该功消耗了紊流的能量。由于耗散率 ε与流
体黏性和脉动速度成正比关系，故图 １０中滑坡相及其周围区域的耗散率值远大于水相。从图 １０（ａ）与

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