謝忱 陳骎 侯奇東 胡宇翔 周家文 范剛

摘要： 堰塞壩沖刷潰決及潰決洪水演進(jìn)過程十分復(fù)雜，其潰決洪水對(duì)下游人民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅。利用數(shù)值分析方法對(duì)大型滑坡堰塞壩的潰決演進(jìn)過程進(jìn)行模擬和重演，對(duì)堰塞湖下游的避險(xiǎn)與防災(zāi)減災(zāi)具有重要指導(dǎo)意義。以2018年金沙江“10·11”白格滑坡堰塞湖為例，基于無人機(jī)獲取的地形數(shù)據(jù)，建立白格滑坡堰塞壩的三維數(shù)值模型，采用Flow-3D軟件對(duì)堰塞壩的自然泄流沖刷潰決過程進(jìn)行模擬，分析泄流槽內(nèi)的流速、沖淤變化特征以及下游潰口處的洪峰流量演變過程。模擬結(jié)果表明：堰塞壩漫頂沖刷可以劃分為潰決沖刷前、潰口快速拓展階段、洪峰時(shí)刻、潰口穩(wěn)定發(fā)展階段4個(gè)時(shí)間段;潰決泄流過程中，泄流槽斜坡道上的水流流速較大，沖刷深度最大，堰塞壩下游出現(xiàn)明顯淤積;白格堰塞湖潰決過程中出現(xiàn)了明顯的溯源侵蝕現(xiàn)象，在泄流槽不斷下切的過程中，泄流槽跌坎不斷向上游移動(dòng)。模擬結(jié)果有助于進(jìn)一步深化對(duì)金沙江“10·11”白格滑坡堰塞壩沖刷潰決過程和機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)于堰塞湖應(yīng)急處置措施和科學(xué)避險(xiǎn)方案的制定具有一定的參考價(jià)值。

關(guān) 鍵 詞： 堰塞壩; 沖刷潰決; 洪峰流量; 潰口演變; 數(shù)值模擬; 白格堰塞湖

中圖法分類號(hào)： ?P642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.004

0 引 言

堰塞壩是山體滑坡、崩塌、泥石流等堵塞河道而形成的一種天然壩體[1]。堰塞壩由于形成時(shí)間短，壩體結(jié)構(gòu)較為松散，在水流的淘蝕和沖刷作用下容易出現(xiàn)突然潰決，這將導(dǎo)致堰塞湖內(nèi)大量蓄水迅速下泄而引發(fā)洪水災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著下游人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全[2-3]。堰塞壩潰決事件在世界各地時(shí)有發(fā)生，往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。據(jù)記載，1933年10月9日，四川疊溪地震形成的“海子”堰塞壩潰決，洪水傾瀉而下，水頭超過60 m，沖毀下游農(nóng)田超過3 300 hm2，沖沒房屋、牲畜不計(jì)其數(shù)，總死亡人數(shù)高達(dá)2 500余人[4]。1986年9月，巴布亞新幾內(nèi)亞貝拉曼河上的堰塞壩發(fā)生漫頂潰決，約1.2億m3的泥石流下泄39 km匯入所羅門海，導(dǎo)致入?？谒惠^正常水位高出8 m，貝拉曼村被淹沒[5]。2008年汶川地震共計(jì)誘發(fā)了256處滑坡堰塞湖，其中唐家山堰塞湖嚴(yán)重威脅下游綿陽市和遂寧市兩座城市城區(qū)的安全，綿竹市綿遠(yuǎn)河上的小崗劍堰塞湖對(duì)下游數(shù)萬人的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅[6]。

開展堰塞壩潰決過程及機(jī)理研究對(duì)于制定科學(xué)合理的應(yīng)急搶險(xiǎn)方案具有重大意義，可最大程度降低下游的災(zāi)害損失。目前，已有眾多研究者針對(duì)這一熱點(diǎn)問題開展了大量研究。張婧等[7]通過堰塞壩泄流沖刷水槽試驗(yàn)研究了潰壩過程，探討了不同內(nèi)坡坡度和不同壩體級(jí)配對(duì)洪峰流量的影響。王光謙等[8]建立了耦合邊界跟蹤技術(shù)的平面二維水沙數(shù)學(xué)模型，并考慮了河床變形對(duì)泄流的影響。朱勇輝等[9]將土石壩潰壩模型BRESZHU應(yīng)用于唐家山堰塞湖的泄流沖刷模擬，所計(jì)算的數(shù)十種工況結(jié)果為制定搶險(xiǎn)方案提供了技術(shù)支持。目前研究潰壩過程的數(shù)值模型大多為二維模型，忽略了河道、復(fù)雜地形的平面彎曲和橫截面的變化，且對(duì)潰口形狀做了一定的假設(shè)，無法較為真實(shí)地描述潰壩水流和潰口發(fā)展的復(fù)雜性。

2018年10月11日和11月3日，西藏江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格村與四川甘孜州白玉縣交界處先后發(fā)生兩次山體滑坡，滑體堵塞金沙江并形成堰塞湖。白格堰塞湖泄流時(shí)出現(xiàn)較大洪峰，堰塞壩下游在建的葉巴灘、蘇洼龍等大型水電站均遭受較大影響。災(zāi)害發(fā)生后，許多研究者對(duì)白格堰塞湖進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并開展了廣泛的研究。蔡耀軍等[10]基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)介紹分析了白格堰塞壩的成因、形態(tài)特征及潰流過程，研究表明白格堰塞湖庫容、來水量、堰塞體潰流段長(zhǎng)度及抗沖性是影響潰決特征值的關(guān)鍵因素。陳祖煜、侯精明等人[1112]運(yùn)用DB-IWHR潰壩洪水分析程序和GST洪水演進(jìn)模型比較準(zhǔn)確地反演了白格堰塞壩潰口流量過程曲線及洪水演進(jìn)過程。Zhang等[13]通過野外調(diào)查確定了白格堰塞壩壩體材料的可侵蝕性參數(shù)，并采用經(jīng)驗(yàn)方程和漫頂潰壩數(shù)值模型DABA對(duì)白格堰塞湖兩次潰決過程的庫水位變化、洪水流量以及潰口尺寸做出了快速合理的預(yù)測(cè)。Fan等[14]利用數(shù)值分析方法對(duì)白格堰塞湖的滑坡堵江過程及潰決洪水演進(jìn)過程進(jìn)行了模擬。

白格堰塞湖現(xiàn)有研究在模擬潰壩過程時(shí)均沒有采用實(shí)際地形，而是對(duì)壩體形態(tài)做了一定程度的概化，其采用的潰壩模型限定了潰口發(fā)展變化，不能較為真實(shí)地描述潰口變化的復(fù)雜性。本文基于無人機(jī)獲取的高精度地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建了“10·11”白格堰塞壩的三維數(shù)值模型，采用Flow-3D軟件模擬了白格滑坡堰塞壩自然泄流的沖刷潰決過程，深入分析了潰口處的流速特征及潰口沖刷情況，以期進(jìn)一步揭示潰口發(fā)展規(guī)律，為今后堰塞壩的應(yīng)急處置及下游避險(xiǎn)提供技術(shù)參考。

1 金沙江“10·11”白格滑坡堰塞湖概況

2018年10月11日凌晨，西藏江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格村與四川甘孜州白玉縣交界處金沙江河道右岸（西藏岸）發(fā)生大規(guī)模山體滑坡，滑體堵截金沙江干流，形成堰塞湖。白格滑坡屬高位高速基巖滑坡，滑源區(qū)頂部高程高達(dá)3 700 m左右，坡腳金沙江河床高程約2 900 m。破碎的巖體以巨大的勢(shì)能俯沖而下，沿途鏟刮斜坡表面的覆蓋層和巖體，并在滑入金沙江后繼續(xù)向左岸（四川側(cè)）沖擊，受左岸山體抵擋最終在河道里堆積，形成堰塞壩?；麦w瞬間滑入金沙江時(shí)激起巨大涌浪，涌浪挾帶河床砂卵石沖刷席卷左岸，大片植被和表土層被沖刷殆盡，形成涌浪鏟刮區(qū)[15]。白格堰塞壩順河道方向長(zhǎng)約1 100 m，寬約400～500 m，總體積約2 795萬m3，主要物質(zhì)組成為碎石土夾塊石，土石比約為7 ∶3。堰塞體地形起伏較大，總體呈左側(cè)高，右側(cè)低，左岸最高高程2 985.0 m，右岸埡口最低高程2 931.4 m，最小壩高61 m[16]。

堰塞體形成后，金沙江上游水位急劇壅高，迅速逼近埡口高程，至2018年10月12日17：15（北京時(shí)間），湖水開始漫頂溢流。10月13日00：45，堰塞體上游來水量和下泄流量達(dá)到平衡，水位達(dá)到最高值2 932.69 m，庫容達(dá)到最大值2.9億m3，此后水位逐漸消退。10月13日06：00，潰口流量達(dá)到峰值約10 000 m3/s，10月13日14：00，潰口流量降至與上游來水量持平[10]。堰塞體潰決后，在靠近右岸處形成寬約80～120 m的天然泄流槽，堰塞壩下游壩體附近出現(xiàn)明顯的泥沙淤積，在緊接左岸殘留壩體下方形成沖刷淤積區(qū)，如圖1所示。

2 數(shù)值模擬方案

Flow-3D是一款功能強(qiáng)大的計(jì)算流體力學(xué)軟件，它以連續(xù)性方程和Navier-Stokes方程作為控制方程，采用基于結(jié)構(gòu)化矩形網(wǎng)格的有限差分法和有限體積法進(jìn)行求解。Flow-3D運(yùn)用FAVORTM技術(shù)解決復(fù)雜幾何問題，采用VOF方法追蹤自由表面，具有模擬復(fù)雜地形、精確處理干濕邊界和急緩流交替水流運(yùn)動(dòng)的能力，可以較為真實(shí)地模擬流體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和計(jì)算流場(chǎng)的各種性質(zhì)。

當(dāng)上游河道水位不斷增高，堰塞體逐漸開始過流，水流會(huì)不斷沖蝕松散的堰塞堆積體，導(dǎo)致堰塞體發(fā)生潰決，堰塞體的潰決過程實(shí)質(zhì)上是潰壩水流對(duì)堆積物顆粒的沖刷過程。Flow-3D自帶的泥沙沖刷模型通過計(jì)算泥沙顆粒的起動(dòng)、沉降以及推移質(zhì)和懸移質(zhì)的運(yùn)輸來描述泥沙運(yùn)動(dòng)，這一模型與堰塞壩潰決機(jī)理相適應(yīng)，即每層堰塞體材料的沖蝕具體表現(xiàn)為該層泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)情況。此算法對(duì)潰口發(fā)展過程不作任何限制，堰塞體是否沖刷完全取決于泥沙輸移規(guī)律，以計(jì)算時(shí)間中止為最終沖刷結(jié)果，使模擬更加合理。此外，F(xiàn)low-3D自帶的RNG k-ε模型能精細(xì)地模擬低強(qiáng)度紊流和具有強(qiáng)剪切應(yīng)力區(qū)域的水流流動(dòng)，在計(jì)算復(fù)雜地形的泥沙沖刷問題時(shí)具有良好的適用性，因此能較好地模擬潰壩水流的復(fù)雜流態(tài)。

本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)無人機(jī)勘測(cè)地形數(shù)據(jù)，按實(shí)際地形1 ∶1比例建立三維實(shí)體模型，并導(dǎo)入Flow-3D軟件中。為了在不影響研究區(qū)范圍的前提下提高計(jì)算效率，本文計(jì)算域選取包含堰塞體在內(nèi)的長(zhǎng)約1 170 m，寬約830 m，高約240 m的計(jì)算范圍，如圖2所示。本文采用結(jié)構(gòu)化正交網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分，網(wǎng)格尺寸為5 m×5 m×5 m，在潰口局部區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，加密網(wǎng)格尺寸為2.5 m×2.5 m×2.5 m，計(jì)算網(wǎng)格總數(shù)約為360萬個(gè)。

上游來水量、堰塞壩的庫容和潰口發(fā)展情況是影響潰壩洪水過程線的重要因素，本文通過嚴(yán)格控制上游水位來消除前兩個(gè)因素的影響。模型中將入口邊界設(shè)定為壓力邊界，水位下降過程的設(shè)置參考現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)如下：10月13日0：45，上游水位達(dá)到最大值2 932.69 m;02：45，上游水位下降0.88 m;06：30，水位累計(jì)下降8.51 m;08：00，上游水位累計(jì)下降12.26 m;09：00，水位累計(jì)下降20 m[10]。出口邊界設(shè)定為自由出流邊界，壁面和底面邊界均采用固壁邊界，自由液面上方設(shè)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。堰塞體上游初始水位設(shè)為2 932.69 m。堰塞體物質(zhì)組成直接影響了壩體的抗沖性和潰口發(fā)展過程，目前尚無“10·11”堆積物顆粒的詳細(xì)資料，但由于“10·11”與“11·3”兩次滑坡堰塞體堆積材料物質(zhì)組成接近，本文參考“11·3”堰塞體顆粒級(jí)配曲線（見圖3），據(jù)此確定數(shù)值計(jì)算模型的相關(guān)參數(shù)[10]。本文設(shè)定堰塞堆積體為泥沙區(qū)域，設(shè)置泥沙顆粒密度為1 980 kg/m3，臨界Shields數(shù)為0.35，挾帶系數(shù)為0.013，其他參數(shù)如表1所列。

3 計(jì)算結(jié)果分析

本文在堰塞壩下游設(shè)置流量監(jiān)測(cè)斷面，如圖2所示。計(jì)算結(jié)果顯示10月13日凌晨5：10達(dá)到了洪峰流量9 719 m3/s，野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示潰口在10月13日6：00達(dá)到了洪峰流量10 000 m3/s，模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)相比洪峰提前了50 min，峰值流量相差較小，相對(duì)誤差小于3%，表明本文數(shù)值計(jì)算的可靠性和合理性。數(shù)值計(jì)算得到的潰決洪峰流量與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比如表2所列。

白格堰塞壩自然泄流漫頂沖刷是個(gè)非常復(fù)雜的過程，如圖4所示。根據(jù)地面高程變化率及過流量大小可以將其劃分為潰決沖刷前、潰口快速拓展階段、洪峰時(shí)刻、潰口穩(wěn)定發(fā)展階段4個(gè)時(shí)間段。本文地面高程變化率指單位時(shí)間內(nèi)河床高程的絕對(duì)變化，負(fù)值表示高程降低，反之表示高程增加，是一個(gè)定量表征洪水對(duì)河床沖刷效應(yīng)的指標(biāo)。從開始泄流到洪峰時(shí)刻，這一階段的泥沙沖刷率較高，地形變化快，潰口快速拓展。洪峰過后，隨著時(shí)間的推移，水位和流量逐漸降低，水流沖刷能力降低，潰口發(fā)展速度緩慢，地形逐漸趨于穩(wěn)定。本文的計(jì)算由于模擬時(shí)長(zhǎng)限制雖未能達(dá)到?jīng)_淤平衡，但仍為揭示堰塞壩的漫頂沖刷規(guī)律提供了參考。

3.1 流速分布

圖5為不同時(shí)期漫壩水流的流速分布圖。如圖5所示，在形成新的流道后流速一直保持在較高的水平，在流道末段流速最大，最大值約為16 m/s。因流速較快，水流沖刷能力較強(qiáng)，導(dǎo)致潰口不斷下切。潰口快速拓展階段流道內(nèi)潰決洪水流速最大值與洪峰時(shí)刻流道內(nèi)最大值接近。洪峰過后，流道被顯著下切變窄，且流道坡降變小，與此同時(shí)，隨著泄流過程的持續(xù)，堰塞壩上游水位大幅下降，流速呈逐漸減小趨勢(shì)，在這一階段流速最大值約為13 m/s，流速最大值出現(xiàn)在流道中段和末段。

從圖5可以看出，不同時(shí)期的流速分布規(guī)律具有一定的相似性：潰決水流在進(jìn)入流道前，流速為0，整個(gè)庫區(qū)處于靜壓平衡狀態(tài);水流進(jìn)入流道后，泄流槽進(jìn)口水流在自重作用下流速呈現(xiàn)明顯遞增。在潰口快速拓展階段和洪峰時(shí)刻，泄流槽中段流速分布不均勻，流速值相對(duì)較小，水流挾沙能力較弱。在泄流槽末段，泄流槽斜坡道的水流在自重作用下速度急劇增大，水流沖刷能力強(qiáng)，挾帶著該區(qū)域的泥沙形成高含沙水流下泄，泄流槽不斷被侵蝕下切，至潰口穩(wěn)定發(fā)展階段，泄流槽寬度顯著降低。在泄流槽不斷下切的過程中，泄流槽跌坎不斷向上游移動(dòng)，泄流槽的中段和末段泄流洪水流速均較快。

3.2 潰口拓展過程

3.2.1 沖刷深度變化

水流沿泄流槽流動(dòng)時(shí)對(duì)河床上的泥沙顆粒產(chǎn)生拖曳和上舉作用，當(dāng)水流強(qiáng)度超過泥沙臨界起動(dòng)條件時(shí)，泥沙開始運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沖刷現(xiàn)象，堰塞體堆積高程隨之減小，如圖6所示。圖6中，沖淤深度為正表示淤積，沖淤深度為負(fù)表示沖刷下切。隨著沖刷過程的持續(xù)，整個(gè)堆積體的沖刷深度不斷增加，沖刷深度大于10 m的范圍也逐步增大。在潰口快速拓展階段，流道連通并不斷擴(kuò)展，水流挾沙力強(qiáng)且含沙量大，該過程堰塞體的沖刷深度增幅大，沖刷速度快，流道底部下切和側(cè)向侵蝕明顯。潰口穩(wěn)定發(fā)展階段，泄洪流量較小，泄流槽內(nèi)水面寬度和流深均大幅減小，堰塞體的沖刷深度增長(zhǎng)較慢，流道底部和側(cè)壁處于均勻沖刷態(tài)勢(shì)，該現(xiàn)象與流速變化趨勢(shì)相吻合。這一階段泄流槽兩側(cè)已形成具有一定高度和坡度的側(cè)壁，新流道河谷呈“U”型。泄流槽不同位置處的沖刷情況也有差異，流經(jīng)泄流槽入口和中部的水流流速小，該區(qū)域河床出現(xiàn)了緩慢的沖刷。泄流槽斜坡道上的水流流速大，水流帶動(dòng)泥沙形成高含沙水流沖向下游，導(dǎo)致該區(qū)域的沖刷深度最大，堆積體高程顯著降低。

在堰塞壩下游，地形坡度減緩，地勢(shì)平坦開闊，被沖起的部分泥沙由于自重和床面摩擦力作用而沉降，出現(xiàn)泥沙淤積。在泄流初期，水流攜著槽內(nèi)泥沙顆粒輸移到下游，且由于流速較小泥沙顆粒堆積在近堰塞體河段。如圖6所示，發(fā)展至潰口快速拓展階段，泄流槽一側(cè)流出的水流擴(kuò)散覆蓋了整個(gè)河道，河道內(nèi)有大范圍的泥沙淤積，淤積深度達(dá)11 m。隨著潰口和水流條件的不斷變化，近堰塞體河段也會(huì)遭受沖刷，初期堆積的泥沙顆粒被沖向下游，河道的底坡更加平直，水流更加通暢。如圖6所示，洪峰時(shí)刻較前一階段的淤積范圍更小，淤積深度變淺，沖刷程度更強(qiáng)。泄流后期，形成了較為穩(wěn)定的新流道，流道內(nèi)泥沙沖淤變化不明顯，回水區(qū)泥沙不斷淤積。白格堰塞體的泄流槽位于堰塞壩右側(cè)，在堰塞壩下游河道左側(cè)，潰決洪水形成渦旋，流速降低，洪水?dāng)y帶的大量泥沙逐漸沉降淤積，導(dǎo)致這一區(qū)域的河床明顯抬高，最大淤積深度達(dá)到27.52 m。

3.2.2 潰口斷面歷時(shí)變化

為了探究白格堰塞體潰決過程，本文截取了泄流槽的縱、橫剖面，以進(jìn)一步揭示漫頂水流的沖刷規(guī)律。選取的截面位置如圖7所示，其中A-A′截面與泄流槽中心截面大致重合，縱坐標(biāo)為y=269 m;B-B′截面位于泄流槽斜坡道上，橫坐標(biāo)為x=709 m。

圖8展示了堰塞體縱剖面（A-A′截面）不同時(shí)期的形態(tài)變化過程。如前文所述，堰塞壩整體范圍內(nèi)均有不同程度的沖刷，其中泄流槽斜坡道的沖刷現(xiàn)象最為顯著。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，白格堰塞湖第一次潰決過程中出現(xiàn)了明顯的溯源侵蝕現(xiàn)象。漫頂水流對(duì)斜坡道沖蝕形成跌坎，水流流經(jīng)跌坎處，一部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，流速突然增大，水流挾沙力增大，導(dǎo)致跌坎處的潰決速度加快，泄流槽斷面突增，泄流槽深度和寬度都較上游斷面更大，在三維空間上形成一個(gè)朝向下游側(cè)的喇叭狀形態(tài)。跌坎上游，流態(tài)穩(wěn)定，流速較小，沖刷強(qiáng)度低;跌坎下游，水流呈復(fù)雜的湍流形式，流速較大，水流對(duì)跌坎沖刷強(qiáng)烈，跌坎處砂石輸移效率大，物質(zhì)不斷流失，在視覺上跌坎不斷向上游區(qū)域推進(jìn)。

泄流槽斜坡道的天然地形是產(chǎn)生溯源沖刷的有利條件，斜坡道的水面比降大，水位突然下降導(dǎo)致流速和紊動(dòng)強(qiáng)度增大，水流侵蝕作用加強(qiáng)，對(duì)河床侵蝕并不斷向上游發(fā)展。溯源侵蝕在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷，一旦發(fā)生則發(fā)展迅速。相關(guān)研究表明，溯源侵蝕是堰塞體潰決的重要沖刷模式，是流道下切和拓展的主要形式[17]。

圖9展示了潰口橫斷面（B-B′截面）不同時(shí)期的形態(tài)變化過程。在水流作用下，潰口處的沖刷深度不斷增加。潰口快速拓展階段的水位較高，流速較大，水流沖刷能力強(qiáng)，在潰口快速拓展階段的末段，沖刷深度達(dá)19.9 m，潰口形態(tài)基本穩(wěn)定。之后，潰口側(cè)壁和底面呈均勻沖刷態(tài)勢(shì)，流道發(fā)展緩慢。

白格堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，10月13日堰塞體潰決后形成新的流道，新流道位于堰塞體右側(cè)凹槽處，緊貼右岸坡腳，寬約80～120 m[10]。如圖9（d）所示，本文模擬的流道位置、寬度與實(shí)際情況相符。本文模擬中未考慮流道下切過程中兩側(cè)側(cè)壁的垮塌，潰口發(fā)展以表面侵蝕、沖刷掏深為主，泥沙床面較為平整，橫向變化不明顯，而實(shí)際潰壩過程中，水流在卷起、攜帶砂石向下游運(yùn)動(dòng)的同時(shí)不斷掏蝕泄流槽坡腳，泄流槽側(cè)壁出現(xiàn)坍塌，坍塌體又被水流沖走，泄流槽寬度因此不斷擴(kuò)展。側(cè)向侵蝕和側(cè)壁坍塌是引起泄流槽橫向拓寬的主要原因（圖10，11）。

4 結(jié) 論

本文基于Flow-3D軟件對(duì)金沙江“10·11”白格堰塞湖自然泄流潰決過程進(jìn)行了重演和分析，復(fù)演了白格堰塞壩的第一次潰決過程，模擬的洪峰流量過程和潰口橫斷面形態(tài)與實(shí)測(cè)值較為符合。本文研究取得如下結(jié)論。

（1） 金沙江“10·11”白格堰塞壩漫頂沖刷是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)空變化過程，可以劃分為潰決沖刷前、潰口快速拓展階段、洪峰時(shí)刻、潰口穩(wěn)定發(fā)展階段4個(gè)時(shí)間段。

（2） 潰決泄流過程中，泄流槽斜坡道上的水流流速大，沖刷深度最大，堰塞壩下游出現(xiàn)明顯淤積。

（3） 金沙江“10·11”白格堰塞湖潰決過程中出現(xiàn)了明顯的溯源侵蝕現(xiàn)象，在泄流槽不斷下切的過程中，泄流槽跌坎不斷向上游移動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?任強(qiáng)，陳生水，鐘啟明，等.堰塞壩的形成機(jī)理與潰決風(fēng)險(xiǎn)[J].水利水電科技進(jìn)展，2011，31（5）：30-34.

[2] 王楊科，孫歡，代嬌嬌.我國(guó)堰塞湖潰壩特點(diǎn)及其防治[J].科技信息，2013（19）：485-486，514.

[3] 匡尚富，汪小剛，黃金池，等.堰塞湖潰壩風(fēng)險(xiǎn)及其影響分析評(píng)估[J].中國(guó)水利，2008（16）：17-21.

[4] 高繼宗.歷史回顧：1933年四川疊溪地震[J].中國(guó)減災(zāi)，2008（6）：58-59.

[5] 徐方軍，韓麗宇.部分國(guó)家和地區(qū)地震誘發(fā)堰塞湖及其搶險(xiǎn)概況[J].水利發(fā)展研究，2008（6）：7-9.

[6] 崔鵬，陳曉清，張建強(qiáng)，等.“4.20”蘆山7.0 級(jí)地震次生山地災(zāi)害活動(dòng)特征與趨勢(shì)[J].山地學(xué)報(bào)，2013，31（3）：257-265.

[7] 張婧，曹叔尤，楊奉廣，等.堰塞壩泄流沖刷試驗(yàn)研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2010，42（5）：191-196.

[8] 王光謙，鐘德鈺，張紅武，等.汶川地震唐家山堰塞湖泄流過程的數(shù)值模擬[J].科學(xué)通報(bào)，2008（24）：3130-3136.

[9] 朱勇輝，范北林，盧金友，等.唐家山堰塞湖潰壩洪水分析及泄流沖刷模擬[J].人民長(zhǎng)江，2008，39（22）：79-82.

[10] ?蔡耀軍，欒約生，楊啟貴，等.金沙江白格堰塞體結(jié)構(gòu)形態(tài)與潰決特征研究[J].人民長(zhǎng)江，2019，50（3）：15-22.

[11] 陳祖煜，張強(qiáng)，侯精明，等.金沙江“10·10”白格堰塞湖潰壩洪水反演分析[J].人民長(zhǎng)江，2019，50（5）：1-4，19.

[12] 侯精明，馬利平，陳祖煜，等.金沙江白格堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)高性能數(shù)值模擬[J].人民長(zhǎng)江，2019，50（4）：8-11，70.

[13] ZHANG L M，XIAO T，HE J，et al.Erosion-based analysis of breaching of Baige landslide dams on the Jinsha River，China，in 2018[J].Landslides，2019，16：1965-1979.

[14] FAN X M，YANG F，SUBRAMANIAN S S，et al.Prediction of a multi-hazard chain by an integrated numerical simulation approach：the Baige landslide，Jinsha River，China[J].Landslides，2019，19：1313-1317.

[15] 許強(qiáng)，鄭光，李為樂，等.2018年10月和11月金沙江白格兩次滑坡-堰塞堵江事件分析研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2018，26（6）：1534-1551.

[16] LI H B，QI S C，CHEN H，et al.Mass movement and formation process analysis of the two sequential landslide dam events in Jinsha River，southwest China[J].Landslides，2019，16：2247-2258.

[17] 牛志攀，許唯臨，張建民，等.堰塞湖沖刷及潰決試驗(yàn)研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2009，41（3）：90-95.

（編輯：鄭 毅）

引用本文：

謝忱，陳骎，侯奇東，等.

金沙江白格堰塞壩自然泄流沖刷潰決過程數(shù)值模擬

[J].人民長(zhǎng)江，2021，52（8）：22-29.

Numerical simulation of natural erosion and breaching process

of “10·11” Baige landslide dam on Jinsha River

XIE Chen1，CHEN Qin1，HOU Qidong1，HU Yuxiang1，ZHOU Jiawen1，2，F(xiàn)AN Gang1，2

（ 1.College of Water Resource and Hydropower，Sichuan University，Chengdu 610065，China; 2.State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China ）

Abstract：

Outburst flood of the landslide dam poses a great threat to the life and property of the people downstream.Also，the processes of dam erosion and flood evolution are very complicated.Thus，using numerical methods simulate and repeat the typical landslide dam breaching has a great significance for disaster prevention and mitigation in the downstream.This study focuses on the “10·11” Baige landslide dam on the Jinsha River in 2018.A three-dimensional numerical model of the Baige landslide dam is established with the terrain data acquired by UAV，and the processes of dam discharge，scour and breaching are simulated using the Flow-3D software.The velocity and sediment scour in the natural spillway are analyzed，and the peak discharge process at the downstream is measured.The results show that overtopping and scouring of the Baige landslide dam can be divided into four phases，i.e.before the outburst，rapid expansion phase，peak discharge phase and breach steadily-developing phase.The velocity of flow on the ramp of spillway was large during the releasing period，which led to a maximum scour depth，while deposition occurred at the downstream of the dam body.There was an obvious headward erosion in the breaching process，the spillway bed was incised continuously which led channel bed drop-off moving to the upstream.This study is significant for understanding the process and mechanism of the “10·11” Baige landslide dammed breaching，which could provide references to the emergency treatment and rescue plan formulation.

Key words：

landslide dam;erosion and breaching;peak discharge;breach evolution;numerical simulation;Baige landslide dammed lake