CN117272703B - 一种库区滑坡涌浪的动态分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种库区滑坡涌浪的动态分析方法及系统，属于水利工程技术领域，能够解决现有涌浪分析方法无法精细、量化分析不良地质体失稳可能引起的涌浪影响的问题。所述方法包括：S1、确定水位抬高梯度，并根据水位抬高梯度逐步抬高水库水位；S2、计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量；S3、对待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。本发明用于库区滑坡涌浪分析。

Description

一种库区滑坡涌浪的动态分析方法及系统

技术领域

本发明涉及一种库区滑坡涌浪的动态分析方法及系统，属于水利工程技术领域。

背景技术

水库库区不良地质体在水库运行过程中，一旦失稳将撞击水体引起规模不等的水库涌浪，涌浪传播到水库枢纽建筑物前，其浪高若超过相关建筑物顶高程，则可能威胁各类建筑物和人员安全。

国内外对涌浪的研究，始于20世纪初。传统涌浪分析受计算方法、计算手段和计算能力的限制，许多因素难以精确确定，需要对许多边界条件进行假设，计算分析规模往往趋于保守。目前常规的涌浪分析均采用库区不良地质体在某一水位（或某一工况）影响下最大可能失稳规模进行分析，从而导致计算结果与实际情况有一定偏离。此种办法计算成果偏保守，失稳规模一般取值偏大、计算基础水位偏高，对于精细、量化分析失稳可能引起的涌浪影响结果不利。

发明内容

本发明提供了一种库区滑坡涌浪的动态分析方法及系统，能够解决现有涌浪分析方法无法精细、量化分析不良地质体失稳可能引起的涌浪影响的问题。

一方面，本发明提供了一种库区滑坡涌浪的动态分析方法，所述方法包括：

S1、确定水位抬高梯度，并根据所述水位抬高梯度逐步抬高水库水位；

S2、计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量；

S3、对所述待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

可选的，在所述S2之后，所述方法还包括：

当所述待测地质体在相邻两个水库水位时的失稳变量的变化量满足预设阈值时，在所述相邻两个水库水位之间增设多个加密测试水位，并计算所述待测地质体在水库处于每个加密测试水位时的失稳变量。

可选的，所述S1中的确定水位抬高梯度，具体为：

获取水库正常蓄水位与天然河道水位总高差的1/10高度作为水位抬高梯度。

可选的，所述水位抬高梯度为5~10m。

可选的，在所述S2之前，所述方法还包括：

对库区的各地质体进行稳定性分析，得到每个地质体的稳定性参数，并将稳定性参数满足预设条件的地质体作为待测地质体。

可选的，所述S3具体包括：

获取所述待测地质体的分布信息和高程信息；

根据所述分布信息、所述高程信息、以及所述待测地质体的每个失稳变量，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

可选的，所述待测地质体在平面上包含多个分区；

所述S2中的计算所述待测地质体在每个水库水位时的失稳变量，具体为：

计算所述待测地质体的各分区在每个水库水位时的失稳变量。

可选的，所述待测地质体在剖面上包含多个分带；

所述S2中的计算所述待测地质体在每个水库水位时的失稳变量，具体为：

计算所述待测地质体的各分带在每个水库水位时的失稳变量。

可选的，所述失稳变量包括失稳区域和失稳规模。

另一方面，本发明提供了一种库区滑坡涌浪的动态分析系统，所述系统包括：

水位确定模块，用于确定水位抬高梯度，并根据所述水位抬高梯度逐步抬高水库水位；

稳定性分析模块，用于计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量；

涌浪分析模块，用于对所述待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明提供的库区滑坡涌浪的动态分析方法，通过进行不同水位和工况（如施工期洪水、蓄水期抬升过程、运行期短暂或偶然工况等）对待测地质体的稳定性分析，通过水位抬高梯度逐级增加蓄水位来模拟水库蓄水过程，分析在不同水位情况下待测地质体失稳区域和失稳规模，针对不同区域、不同规模的失稳坡体物质开展涌浪计算，并评价其传播至相关水工建筑物前时可能造成的影响。本发明将传统的一次性最大规模失稳涌浪影响精细化分解在蓄水过程中进行动态评价，大大降低了单次失稳规模影响，从而降低了单次失稳规模引起的涌浪，进而降低了涌浪对相关水工建筑物可能造成的不利影响，为更科学合理评价库区待测地质体对相关水工建筑物的影响提供了更精确的办法。同时，结合工程处理措施的分析，可大幅度降低所需的工程量和投资，具有显著经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例提供的库区滑坡涌浪的动态分析方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种库区滑坡涌浪的动态分析方法，如图1所示，所述方法包括：

S1、确定水位抬高梯度，并根据水位抬高梯度逐步抬高水库水位。

S2、计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量。

在实际应用中，计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量之前，首先需要确定库区的待测地质体。

具体为：对库区的各地质体进行稳定性分析，得到每个地质体的稳定性参数，并将稳定性参数满足预设条件的地质体作为待测地质体。待测地质体也可称为不良地质体。

其中，预设条件为预先设置的条件，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。

首先针对库区各不良地质体进行稳定性分析，判断其在天然状态、施工期、蓄水后各运行工况下的稳定性，结合其自身总体规模、分布高程、与相关水工建筑物距离等，作为是否选择其进行下一步动态分析的判别依据。

接着，确定水位抬高梯度。

在本发明实施例中，不同蓄水高程的选择可以采用正常蓄水位与天然河道水位总高差的1/10高度作为水位抬高梯度，或选择每5~10m作为一个水位抬高梯度。本发明实施例对此不做限定。

在确定了水位抬高梯度后，可以根据水位抬高梯度逐步抬高水库水位；并计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量。

其中，失稳变量可以包括失稳区域和失稳规模。

本发明还可以根据蓄水过程对局部时段的水位进行加密分析，具体的，当待测地质体在相邻两个水库水位时的失稳变量的变化量满足预设阈值时，在相邻两个水库水位之间增设多个加密测试水位，并计算待测地质体在水库处于每个加密测试水位时的失稳变量。

其中，预设阈值为预先设置的阈值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。

当待测地质体在相邻两个水库水位时的失稳变量发生较大变化时，为了更加精细的分析失稳变化过程，可以在相邻两个水库水位之间增设多个加密测试水位（如水位抬高梯度为10m，当水库水位从50m上升为60m时，待测地质体发生了较大的失稳变化，此时可以在50m~60m的水位之间按2m一个阶梯，设置52m、54m、56m、58m这几个加密测试水位），并计算待测地质体在水库处于每个加密测试水位时的失稳变量。

在本发明中，当待测地质体在平面上包含多个分区时，可以计算待测地质体的各分区在每个水库水位时的失稳变量。

当待测地质体在剖面上包含多个分带时，可以计算待测地质体的各分带在每个水库水位时的失稳变量。

针对在施工期洪水、蓄水过程中及蓄水后遭遇短暂或偶然工况影响，稳定性发生变化并可能失稳的待测地质体（不良地质体），开展模拟水库蓄水过程的稳定性分析。

将施工期洪水位、水库蓄水过程以水库抬升到不同蓄水高程进行模拟，分析库水位施工期及蓄水期不断抬升过程中，各水位时不良地质体的稳定性情况。针对在平面上分区、剖面上分带的不利地质体，应结合各区各带的分布分别进行稳定性计算，同时应分析局部坡体不稳定体的情况。

在不同蓄水位影响下，统计不同的失稳规模、分布、高程等，作为涌浪计算的基础数据。

S3、对待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

具体包括：获取待测地质体的分布信息和高程信息；并根据分布信息、高程信息、以及待测地质体的每个失稳变量，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

根据不同蓄水位时待测地质体稳定性分析计算得出的区域和规模，分别进行涌浪分析计算，分析方法可采用国内外常用的经验公式法（如水科院法、潘家铮法等）、物理模型法、数值计算法等。根据需要选择其中的分析方法，结合计算所得涌浪高度评价对相关水工建筑物的影响。

本发明提供的库区滑坡涌浪的动态分析方法，通过进行不同水位和工况（如施工期洪水、蓄水期抬升过程、运行期短暂或偶然工况等）对待测地质体的稳定性分析，通过水位抬高梯度逐级增加蓄水位来模拟水库蓄水过程，分析在不同水位情况下待测地质体失稳区域和失稳规模，针对不同区域、不同规模的失稳坡体物质开展涌浪计算，并评价其传播至相关水工建筑物前时可能造成的影响。本发明将传统的一次性最大规模失稳涌浪影响精细化分解在蓄水过程中进行动态评价，大大降低了单次失稳规模影响，从而降低了单次失稳规模引起的涌浪，进而降低了涌浪对相关水工建筑物可能造成的不利影响，为更科学合理评价库区待测地质体对相关水工建筑物的影响提供了更精确的办法。同时，结合工程处理措施的分析，可大幅度降低所需的工程量和投资，具有显著经济效益。

本发明另一实施例提供了一种库区滑坡涌浪的动态分析系统，所述系统包括：

水位确定模块，用于确定水位抬高梯度，并根据水位抬高梯度逐步抬高水库水位；

稳定性分析模块，用于计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量；

涌浪分析模块，用于对待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

上述分析系统中各个模块的具体描述可以参考分析方法中对每个步骤的描述，在此不再赘述，上述分析系统可以实现与分析方法侧同样的功能。

本发明更加精细、准确、切合水库建设、运行等实际情况，将传统一次性最大规模的评估影响分解为多个阶段、多个部位、多种规模，为更准确评估各类库区不良地质体对相关水工建筑物的影响提供了新的解决办法。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种库区滑坡涌浪的动态分析方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、确定水位抬高梯度，并根据所述水位抬高梯度逐步抬高水库水位；

S2、计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量；

S3、对所述待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度；

在所述S2之前，所述方法还包括：

对库区的各地质体进行稳定性分析，得到每个地质体的稳定性参数，并将稳定性参数满足预设条件的地质体作为待测地质体；

所述S3具体包括：

获取所述待测地质体的分布信息和高程信息；

根据所述分布信息、所述高程信息、以及所述待测地质体的每个失稳变量，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S2之后，所述方法还包括：

当所述待测地质体在相邻两个水库水位时的失稳变量的变化量满足预设阈值时，在所述相邻两个水库水位之间增设多个加密测试水位，并计算所述待测地质体在水库处于每个加密测试水位时的失稳变量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中的确定水位抬高梯度，具体为：

获取水库正常蓄水位与天然河道水位总高差的1/10高度作为水位抬高梯度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水位抬高梯度为5~10m。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测地质体在平面上包含多个分区；

所述S2中的计算所述待测地质体在每个水库水位时的失稳变量，具体为：

计算所述待测地质体的各分区在每个水库水位时的失稳变量。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述待测地质体在剖面上包含多个分带；

所述S2中的计算所述待测地质体在每个水库水位时的失稳变量，具体为：

计算所述待测地质体的各分带在每个水库水位时的失稳变量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述失稳变量包括失稳区域和失稳规模。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的方法的库区滑坡涌浪的动态分析系统，其特征在于，所述系统包括：

水位确定模块，用于确定水位抬高梯度，并根据所述水位抬高梯度逐步抬高水库水位；

稳定性分析模块，用于计算待测地质体在每个水库水位时的失稳变量；

涌浪分析模块，用于对所述待测地质体的每个失稳变量进行涌浪分析，得到每个失稳变量对应的涌浪高度。