李典庆教授团队破解黄河上游重大水电工程滑坡-涌浪防灾难题

滑坡涌浪灾害链演化过程涉及滑坡体大变形运动、水体剧烈扰动、涌浪传播以及冲击坝体等多个环节，具有突发性强、传播速度快、能量集中、波及范围广等特点。现有研究通常将滑坡启滑大变形、涌浪生成与传播以及坝体动力响应等过程进行分阶段独立计算。例如，滑坡启滑过程多采用有限元方法模拟，滑坡涌浪多依赖经验公式或流体动力学模型，而涌浪冲击大坝过程通常将坝体简化为固定边界或刚性结构。此类方法虽然能够分别描述各阶段的力学行为，但难以实现滑坡体大变形入水、水体强非线性扰动、涌浪传播演化与坝体动力响应之间的全过程耦合分析。

图2  库岸滑坡涌浪研究

针对这一难题，李典庆教授团队采用光滑粒子流体动力学方法耦合离散单元法（SPH-DEM），研发了库岸滑坡涌浪灾害链全过程数值模拟技术，实现了滑坡启动入水、涌浪形成与传播、坝前爬高、冲击大坝及坝体损伤演化的全过程模拟。该技术的主要创新包括：

图3  库岸滑坡-涌浪流固耦合算法

对于重大水电工程而言，仅仅“算出涌浪”还不够，更重要的是回答工程运行和安全管理中最关心的问题：

围绕上述工程问题，团队采用提出的滑坡-涌浪全过程模拟方法，开展滑坡入水、涌浪传播及致灾后果分析，并结合边坡失稳概率评价，建立了滑坡-涌浪风险的综合风险评估框架。基于该方法，可对不同库水位、不同滑动方量、不同滑坡位置等工况下的致灾效应进行对比分析，评估坝体冲击、漫顶风险以及库岸滑坡连锁失稳风险，为工程安全评价提供量化依据。

该技术已在黄河ED水电站工程中开展应用。ED水电站位于黄河上游，是流域梯级开发中的重要水电工程。工程区库岸地质条件复杂，滑坡体发育，部分滑坡在极端暴雨、地震或库水位骤变等条件下存在失稳风险，对工程建设与运行安全提出了更高要求。

图4  库岸8号滑坡诱发涌浪计算结果

针对工程实际需求，团队重点分析了库区典型滑坡体失稳入水后诱发涌浪的传播过程，以及涌浪对大坝和邻近岸坡的影响。结果表明，滑坡启动方量、库水位和滑坡体距坝距离等因素对坝前浪高和冲击作用具有显著影响。在特定滑坡方量与库水位组合工况下，涌浪可能引发坝前水位明显抬升，诱发漫顶风险，并对邻近岸坡稳定产生不利影响。相关分析结果为ED水电站库岸滑坡风险分区、重点风险源识别和运行期安全管理提供了重要支撑。

风险评估的最终目标是把计算结果转化为工程可用的防控措施。在“算得出、评得准”的基础上，团队进一步梳理了重点风险情景、重点影响部位和优先防控对象。研究表明，在涌浪作用下，9号滑体部分区域为重点高风险组合。其中，9号滑体纵2剖面在低水位运行条件下局部失稳风险较高；纵4剖面因距涌浪源区较近，受浪蚀冲刷影响明显，后续发生变形扩展的可能性较大。针对上述结果，团队提出了针对性的分区分级防控建议，为工程运行期监测预警、调度管理和加固治理提供了技术方案，推动滑坡涌浪灾害由风险识别向主动防控转变。

图5  库岸滑坡针对性加固方案

从理论方法基础研究到工程应用技术突破，为重大水电工程滑坡涌浪风险防控提供了技术支撑。

图6  项目结题汇报

针对工程实际需求，团队重点分析了库区典型滑坡体失稳入水后诱发涌浪的传播过程，以及涌浪对大坝和邻近岸坡的影响。相关分析结果为ED水电站库岸滑坡风险分区、重点风险源识别和运行期安全管理提供了重要支撑。

滑坡涌浪灾害链防控，关键在于提前识别风险、准确预测过程、科学评估后果。李典庆教授团队面向重大水电工程安全运行需求，构建了滑坡涌浪全过程模拟、风险评估与防控成套技术体系，包括：

从灾害过程模拟到工程安全风险评价，再到防控措施落地，团队将继续面向重大工程安全需求，推进滑坡涌浪模拟算法、风险评估方法和工程应用深度融合，让滑坡涌浪灾害链实现“可预测、可评估、可防控”，为水电工程安全运行和库区地质灾害防治提供关键技术支撑。