金沙江白格堰塞湖溃决过程数值模拟

摘要

2018年10月10日和11月3日,在中国四川省与西藏自治区交界处的白格村同一位置连续发生两次滑坡,完全堵塞了金沙江形成堰塞湖。由于“10·10”滑坡形成的堰塞湖水位抬升迅速,堰塞湖于10月12日自然漫顶溃决。“11·3”滑坡堵塞了“10·10”堰塞体溃决形成的流道,形成了更大的堰塞湖,鉴于客观条件允许,采取了开挖泄流槽降低堰塞湖溃决水位的措施,至11月12日,堰塞湖发生漫顶溃决,溃口洪水峰值流量为31000 m3/s。由于“11·3”白格堰塞湖溃决案例拥有较为完整的实测资料,为堰塞湖溃决过程的研究提供了宝贵的基础数据。基于堰塞体的溃决机理,建立了可考虑堰塞湖的水动力条件、堰塞体的形态和材料特征的堰塞湖溃决过程数学模型。该模型采用宽顶堰公式模拟溃口洪水流量,并根据堰塞湖入湖和溃口流量以及堰塞湖的水位–湖面面积关系曲线确定堰塞湖水位的变化;采用基于水流剪应力和堰塞体材料临界剪应力、可考虑宽级配堰塞体材料特性的冲蚀公式模拟材料的冲蚀过程;假设溃口在纵向下切和横向展宽过程中坡角保持不变,采用极限平衡法分析溃口在发展过程中发生的边坡失稳;采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟堰塞湖溃决时的水土耦合过程。采用作者建立的模型对“11·3”白格堰塞湖溃决案例进行反演分析后发现,本模型计算获得的溃口流量过程、堰塞湖水位变化过程、溃口发展过程与实测值基本吻合。参数敏感性分析表明:冲蚀系数对溃决过程具有重要的影响;残留坝高通过影响下泄库容也对溃决过程产生作用;开挖泄流槽可降低堰塞湖溃决时的库容,从而对溃口流量过程产生影响,是降低灾害损失的有效手段。