尾矿库溃坝运动特征模拟研究

尾矿库是一个具有高势能的人造危险源,一旦溃坝,将严重威胁下游人民生命财产安全和生态环境保护。由于尾矿库溃坝因素和条件的复杂性,以及溃坝体在下游沟道或场地运动及滞留特征的不确定性,导致尾矿库溃坝后的运动特征预测成为一个难点。本文基于连续介质和非连续介质力学理论,考虑当前流固耦合数值模拟能力和特征,运用Massflow和PFC3D软件,结合无人机精细测量、现场调查和验证分析等手段,开展了多手段相结合的尾矿库溃坝运动特征模拟研究。研究发现,基于PFC3D和Massflow两种数值方法模拟溃坝后的尾矿砂运动过程有所不同。Massflow模拟结果显示,大部分尾砂体沿着尾矿库下游的曲折沟道运移,在沟谷与张唐铁路交汇的涵洞处堆积;而PFC3D模拟结果显示,尾矿库溃坝后大部分尾矿砂沿着尾矿库主体朝向溃决漫流,少部分进入其下游曲折沟道。研究认为,考虑地质体和运动过程的不确定性,对于尾矿库溃坝的运动特征模拟宜结合两种不同理论基础的模拟方法,并结合实际尾矿库情况进行综合分析预测。     

时空过程网络可视化模拟与分析服务——以溃坝洪水为例

洪水溃坝等复杂灾害现象的时空过程模拟分析,是当前国际地理信息科学热点研究方向之一。随着网络的普及化,公众对GIS时空分析模型的网络实时集成和可视化分析提出了迫切的需求。本文以溃坝洪水为例开展了时空过程网络可视化模拟与分析服务研究,利用Web GL、HTML5、Ajax、Web Service、GPU并行计算等技术手段,通过探讨溃坝洪水时空模型计算优化、网络三维可视化模拟与动态交互分析等关键技术,研发了原型系统并进行应用实验。实验结果表明,本文研究成果有助于实现时空过程信息的网络发布,在线影响分析及动态可视化服务,可为分布式网络环境下溃坝洪水等时空过程信息管理和应急决策提供科学依据和技术支持。     

基于Godunov格式的溃坝水流数学模型

为了更好地把握溃坝洪水风险,减小因溃坝洪水而造成的人员生命和财产损失,建立了基于Godunov格式的一维、二维溃坝水流耦合数学模型。一维溃坝水流模型采用HLL格式的有限体积法求解,二维溃坝水流模型采用基于非结构网格的Roe格式离散求解,在一维、二维模型的链接处采用重叠计算区域的方法实现一维模型和二维模型之间的水力要素信息交换。经弯道溃坝算例和断面突变溃坝算例验证,该耦合模型具有良好的可靠性和适用性,验证后的耦合模型为大尺度的溃坝水流数值模拟打下了基础。     

金沙江上游雪隆囊古滑坡堰塞湖溃坝堆积体的发现及其环境与灾害意义

西藏芒康县金沙江上游雪隆囊河谷史前时期(全新世晚期)发生了一次明显的堰塞事件,形成了一个湖水体积约3.1×108 m3的大型堰塞湖。该堰塞湖形成后期发生溃决并引发异常大洪水,这一溃决事件发生在大约1 117 A.D.。地震诱发山体滑坡可能是金沙江发生堰塞的直接原因。在雪隆囊古堰塞坝体的下游一侧到其下游3.5 km的范围内,发现大量由砾石、砂和少量黏土组成的混杂堆积体,判定其为滑坡堰塞湖的溃坝堆积,是滑坡坝体及上游河床物质在坝体溃决后快速堆积形成。整套溃坝堆积体具有支撑-叠置构造、叠瓦构造和杂基构造等沉积特征,还具有一种特殊的沉积构造:即在垂向剖面上发育粗砾石层与细砂砾层的韵律互层,但剖面中缺少砾或砂的透镜体。这种沉积构造("互层构造")是溃坝堆积相区别于冲-洪积相、泥石流相等的一种重要判别标志。采用水力学模型反演确定雪隆囊古滑坡堰塞湖溃决洪水的平均流速为7.48 m/s,最大洪峰流量为10 786 m3/s。雪隆囊溃坝堆积体沉积特征及其环境的研究,不但有助于揭示古洪水事件发生的过程和机制,同时对于认识金沙江上游地区的环境演变也具有重要意义。     

堰塞坝溃坝模型实验研究综述

堰塞坝是天然形成的坝体,结构比较松散、稳定性差、渗透作用强,发生溃决危险性大、概率高、突发性强,而且破坏可能性高及产生的洪水威胁人们的生命和财产安全,因此需要系统、全面的研究。作者从单坝溃坝、级联溃坝及堰塞坝处置的溃坝试验进行详细的回顾,总结及分析了国内外学者在堰塞坝溃坝模型实验取得的成果及局限性,进一步分析了单坝溃决的颗粒级配、密实度、含水率、沟床坡度等因素,最后讨论了溃坝因素与溃决模式、溃决特征、溃决流量、溃口演化的关系。基于模型实验相似理论及模型比尺、实验测试手段、堰塞坝处置三个方面,提出了今后的研究重点。     

易贡滑坡-碎屑流-堰塞坝溃坝链生灾害全过程模拟与动态特征分析

为研究易贡滑坡-堰塞坝溃坝链生灾害的动力学特征,基于遥感影像数据建立三维数值模型,运用DAN3D和FLOW3D对易贡滑坡-碎屑流-堰塞坝溃坝全过程进行模拟研究。运用DAN3D模拟滑坡-碎屑流过程,得到滑坡碎屑堆积分布特征及速度变化规律,滑坡持续时间300 s,平均速度35 m/s。基于DAN3D获得的滑坡碎屑堆积分布建立等比例堰塞坝模型,运用FLOW3D模拟溃坝后洪水演进过程,得到洪水演进过程水流特征变化规律,通麦大桥处洪峰流量130 000 m3/s与实测值接近。对易贡滑坡灾害链全过程的模拟和动态特征分析可为高山峡谷区类似的滑坡-堰塞坝溃坝链生灾害风险评价提供参考。     

滑坡导致的溃坝型洪水研究

１９８７年７月１５日，奎屯河发生了由滑坡堵塞河谷引发的溃坝型洪水，造成了重大的财产损失及人员伤亡。本文依据灾后调查及有关资料，对洪水及滑坡的形成、滑坡运动机制及溃坝洪水水文特征进行了研究。     

金沙江上游特米古滑坡堰塞湖成因与演化

金沙江上游巴塘—中咱河段位于青藏高原东南缘,该河段两岸岸坡发育众多的大型古滑坡,且部分古滑坡曾堵塞金沙江形成了堰塞湖,特米大型古滑坡堰塞湖是其中之一。关于特米古滑坡堰塞湖的形成与演化过程目前尚未见有过详细的报道。本文在野外调查的基础上,结合遥感影像解译和年代学测试,对特米古滑坡堰塞湖的地貌和沉积特征进行了详细研究,并对其形成与演化过程进行了分析。研究结果表明,特米古滑坡堰塞湖很可能是由该地区的古地震活动触发大型滑坡并堵塞金沙江形成的,最大湖面面积约为1.42×10⁷ m²,库容蓄水量约为1.46×10⁹ m³。该古堰塞湖的形成时间约为1.8 ka BP,其溃决消亡的时间约为1.4 ka BP,溃决洪峰流量约为55 858 m³/s,该滑坡堰塞湖持续稳定了约400年的时间。     

汶川县绵虒镇板子沟“8·20”大型泥石流堵河特征及危害性预测

汶川地震后,板子沟曾发生过多次大规模泥石流,尤其是2019年“8·20”泥石流对沟口的道路桥梁以及村寨造成了严重的破坏,将主河道向对岸严重挤压,今后仍存在较大堵河的风险。文章在野外调查以及对泥石流基本特征和形成条件综合分析的基础上,分析了堵河特征,计算了不同频率下泥石流的堵河参数,并预测了各频率下溃决洪水对绵虒镇可能产生的影响。计算结果表明,频率为2％、5％和10％的泥石流造成岷江堵塞的可能性较小,假设发生堵河事件,绵虒镇也不会受到溃坝洪水的危害。频率为1％的泥石流很可能造成主河堵塞。体积约57.38×104 m3的泥石流物质可以到达岷江,形成高度约为51.61 m的堰塞坝。在主河洪水的作用下,堰塞坝发生溃坝,溃坝洪水的峰值流量为5 935.49 m3/s,到达绵虒镇后降至2 312.25 m3/s。由于相应的洪水深度（4.00 m）大于防护堤的高度（3.50 m）,因此溃坝洪水很可能会对绵虒镇防护堤附近民房造成破坏。为今后大型泥石流堵河特征的分析,以及溃决洪水对下游城镇可能造成的影响提供了参考。