由地震、強(qiáng)降雨等引發(fā)的高位滑坡在下游常常能堵塞河道形成堰塞壩(Landslide dam),進(jìn)而堰塞壩潰決形成大洪水。這是一種常見于我國(guó)西南地區(qū)的災(zāi)害鏈現(xiàn)象,具有快速成災(zāi)、致災(zāi)嚴(yán)重的特點(diǎn)。漫頂潰決(overtopping failure)作為堰塞壩潰決的主要模式,是由于溢流侵蝕堰塞壩土顆粒并引發(fā)潰決的過程。其中,壩體在長(zhǎng)度方向(沿潰決洪水流動(dòng)方向)上的潰決模態(tài)極大的影響下游潰決洪水的峰值流量和動(dòng)力演化情況。此類災(zāi)害鏈過程的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)非常危險(xiǎn)和困難,目前人們?cè)跐Q機(jī)理和潰決模型的認(rèn)識(shí)上還沒有取得統(tǒng)一而清晰的共識(shí)。如何依據(jù)水力學(xué)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué),通過物理模型和實(shí)驗(yàn)手段,明確堰塞壩漫頂潰決機(jī)理、探索一套適用于(滑坡)堰塞壩漫頂潰決過程計(jì)算的模型,是當(dāng)前災(zāi)害鏈研究亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。近期,中科院成都山地所周公旦研究員團(tuán)隊(duì)以(滑坡)堰塞壩的潰決模態(tài)為研究對(duì)象,開展了系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究,取得了重要進(jìn)展。
該研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了國(guó)內(nèi)外有記錄的幾十個(gè)堰塞壩的特殊形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu),開展了不同上游來流(流量)情況下堰塞壩漫頂潰決的系列水槽模擬實(shí)驗(yàn),初步揭示了堰塞壩漫頂潰決過程中沿長(zhǎng)度方向上壩體受侵蝕的動(dòng)力演化規(guī)律,并提煉出概化模型,便于后續(xù)準(zhǔn)確的數(shù)值計(jì)算和模擬。研究結(jié)果表明在堰塞壩漫頂潰決的主要階段,沿壩體坡面方向上侵蝕率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)(圖1);通過比較不同位置處侵蝕率與相應(yīng)的溢流水流侵蝕力關(guān)系,提煉出一套適用于漫頂潰決模式下的線性侵蝕關(guān)系E=kd(τ-τc),并發(fā)現(xiàn)了土體“表觀抗侵蝕力”有沿著水流運(yùn)動(dòng)方向逐漸增大的趨勢(shì)。該侵蝕關(guān)系的提煉進(jìn)一步證明了概化模型的準(zhǔn)確性(圖2)。研究成果對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害鏈演化過程以及進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)防控具有較好的指導(dǎo)意義。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.02.035
圖1. 堰塞壩沿流動(dòng)方向的漫頂潰決模型
圖2. 堰塞壩漫頂潰決過程中不同截面處壩體侵蝕率與壩上水流侵蝕力的關(guān)系