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滑坡涌浪作为滑坡体入水后形成的次生灾害,其产生的破坏往往远超滑坡体本身。三峡水库蓄水后受淹没、浸没的作用以及水位大变幅的影响,库区内潜在的滑坡稳定性减弱,古滑坡复活几率增大,涌浪灾害频繁发生,严重威胁着库区航运安全,给社会发展和国民经济造成重大的损失。因此,非常有必要开展三峡库区滑坡涌浪灾害及其风险评价的研究。
本文主要采用物理模型试验的手段,研究了滑坡涌浪灾害危险性及其致灾动力过程,评价了单体滑坡涌浪灾害风险。在此基础上,构建了区域滑坡涌浪灾害风险评价指标体系,并基于云理论对三峡库区滑坡涌浪灾害风险进行了区域综合评价,主要工作及成果如下:
(1)滑坡涌浪特性物理模型试验研究。以三峡库区万州段江南沱口码头为原型,设计物理模型试验对滑坡涌浪特性进行研究。根据试验结果,滑坡体入水后形成溅浪和涌浪,溅浪致灾强度大、影响范围小,主要在滑坡体入水冲击区;涌浪的波高相对小,但致灾范围大,覆盖了冲击区、近场区和远场区。进一步发现滑坡涌浪是非线性波,其波峰和波谷不对称,相对波高与相对波峰振幅呈指数关系,绝大多数情况下第一波高大于第二波高。从致灾因子的角度,试验结果为滑坡涌浪灾害风险评价指标体系的构建提供了依据。
(2)涌浪灾害致灾动力过程试验研究。对滑坡涌浪灾害作用下航行、系泊、锚泊船舶和码头等主要承灾体的受灾情况进行研究。结果表明:滑坡涌浪灾害作用下,航行船舶产生横摇、纵摇、横荡、纵荡等运动,当涌浪灾害达到一定强度时,船舶倾斜角度过大,集装箱会落入水中。系泊船舶反复撞击码头桩柱,作用在缆绳上的力大于缆绳的破坏荷载,缆绳存在断缆风险,波高越大系缆力越大。锚泊船舶在涌浪冲击和锚链的限制下,在船舶两侧最大位移范围内往复运动,当涌浪波高较大时锚链承受的拉力大于锚链的极限承载力,船舶有走锚的风险,基于试验数据推导了锚链拉力与波高、波周期的关系式。码头桩柱在涌浪灾害作用下,承受垂直分布的非线性波压力,它由惯性分力和速度分力共同作用,给出了涌浪作用下码头桩柱最大正波压、最小负波压与波峰振幅和波速的表达式。从承灾体的角度,试验结果为滑坡涌浪灾害风险评价指标的选取提供了参考。
(3)单体滑坡涌浪灾害风险评价。首先对单体滑坡涌浪灾害危险性进行了研究,确定了滑坡涌浪灾害的波及范围,并按照波高的大小对空间区域进行了危险性区划,推导出了涌浪持续时间的理论计算公式。然后分析了涌浪灾害危险时域范围内承灾体的暴露性、脆弱性和易损性,建立了人口、航行船舶暴露性的计算方法,给出了各类承灾体脆弱性分级标准以及易损性的表达式。最后以四方碑滑坡为例,对三峡库区不同蓄水位下的滑坡涌浪灾害风险进行评价,确定了涌浪的影响范围和暴露在涌浪灾害影响时域范围的承灾体的分布情况,得到了滑坡涌浪灾害风险等级区划结果。
(4)区域滑坡涌浪灾害风险评价。从致灾因子危险性、承灾体易损性和防灾减灾有效性三个角度分析了滑坡涌浪灾害风险系统,经过指标初选、筛选和优化三个阶段,构建了包含20个指标的滑坡涌浪灾害风险区域评价指标体系。在此基础上,建立了包含风险标尺云、指标评语云、指标值云、指标权重云和风险综合云的滑坡涌浪灾害风险区域综合评价云模型。最后应用评价模型,分别通过主观权重法和客观权重法对三峡库区重庆所辖17个行政区域的滑坡涌浪灾害进行风险综合评价。结果显示:整体上三峡库区滑坡涌浪灾害风险处在较低~中、中~较高两个等级,其中渝北、涪陵、长寿等7个区域风险等级处于较低~中的水平,占全部评价区域数量的41.18%,而江津、丰都、万州等6个区域风险等级是中~较高,占全部区域的35.29%。评价结果可为滑坡涌浪防灾减灾政策的制定提供参考。
本文主要采用物理模型试验的手段,研究了滑坡涌浪灾害危险性及其致灾动力过程,评价了单体滑坡涌浪灾害风险。在此基础上,构建了区域滑坡涌浪灾害风险评价指标体系,并基于云理论对三峡库区滑坡涌浪灾害风险进行了区域综合评价,主要工作及成果如下:
(1)滑坡涌浪特性物理模型试验研究。以三峡库区万州段江南沱口码头为原型,设计物理模型试验对滑坡涌浪特性进行研究。根据试验结果,滑坡体入水后形成溅浪和涌浪,溅浪致灾强度大、影响范围小,主要在滑坡体入水冲击区;涌浪的波高相对小,但致灾范围大,覆盖了冲击区、近场区和远场区。进一步发现滑坡涌浪是非线性波,其波峰和波谷不对称,相对波高与相对波峰振幅呈指数关系,绝大多数情况下第一波高大于第二波高。从致灾因子的角度,试验结果为滑坡涌浪灾害风险评价指标体系的构建提供了依据。
(2)涌浪灾害致灾动力过程试验研究。对滑坡涌浪灾害作用下航行、系泊、锚泊船舶和码头等主要承灾体的受灾情况进行研究。结果表明:滑坡涌浪灾害作用下,航行船舶产生横摇、纵摇、横荡、纵荡等运动,当涌浪灾害达到一定强度时,船舶倾斜角度过大,集装箱会落入水中。系泊船舶反复撞击码头桩柱,作用在缆绳上的力大于缆绳的破坏荷载,缆绳存在断缆风险,波高越大系缆力越大。锚泊船舶在涌浪冲击和锚链的限制下,在船舶两侧最大位移范围内往复运动,当涌浪波高较大时锚链承受的拉力大于锚链的极限承载力,船舶有走锚的风险,基于试验数据推导了锚链拉力与波高、波周期的关系式。码头桩柱在涌浪灾害作用下,承受垂直分布的非线性波压力,它由惯性分力和速度分力共同作用,给出了涌浪作用下码头桩柱最大正波压、最小负波压与波峰振幅和波速的表达式。从承灾体的角度,试验结果为滑坡涌浪灾害风险评价指标的选取提供了参考。
(3)单体滑坡涌浪灾害风险评价。首先对单体滑坡涌浪灾害危险性进行了研究,确定了滑坡涌浪灾害的波及范围,并按照波高的大小对空间区域进行了危险性区划,推导出了涌浪持续时间的理论计算公式。然后分析了涌浪灾害危险时域范围内承灾体的暴露性、脆弱性和易损性,建立了人口、航行船舶暴露性的计算方法,给出了各类承灾体脆弱性分级标准以及易损性的表达式。最后以四方碑滑坡为例,对三峡库区不同蓄水位下的滑坡涌浪灾害风险进行评价,确定了涌浪的影响范围和暴露在涌浪灾害影响时域范围的承灾体的分布情况,得到了滑坡涌浪灾害风险等级区划结果。
(4)区域滑坡涌浪灾害风险评价。从致灾因子危险性、承灾体易损性和防灾减灾有效性三个角度分析了滑坡涌浪灾害风险系统,经过指标初选、筛选和优化三个阶段,构建了包含20个指标的滑坡涌浪灾害风险区域评价指标体系。在此基础上,建立了包含风险标尺云、指标评语云、指标值云、指标权重云和风险综合云的滑坡涌浪灾害风险区域综合评价云模型。最后应用评价模型,分别通过主观权重法和客观权重法对三峡库区重庆所辖17个行政区域的滑坡涌浪灾害进行风险综合评价。结果显示:整体上三峡库区滑坡涌浪灾害风险处在较低~中、中~较高两个等级,其中渝北、涪陵、长寿等7个区域风险等级处于较低~中的水平,占全部评价区域数量的41.18%,而江津、丰都、万州等6个区域风险等级是中~较高,占全部区域的35.29%。评价结果可为滑坡涌浪防灾减灾政策的制定提供参考。