三峽庫(kù)區(qū)滑坡涌浪數(shù)值模擬及其可視化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.pdf

1、三峽大壩是我國(guó)重要的水利樞紐,三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境安全對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義,研究三峽庫(kù)區(qū)滑坡涌浪災(zāi)害及其可視化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)三峽庫(kù)區(qū)滑坡災(zāi)害及其衍生災(zāi)害應(yīng)急管理具有重要意義。本文運(yùn)用流體力學(xué)基本理論,以三峽庫(kù)區(qū)滑坡災(zāi)害為研究對(duì)象,研究滑坡涌浪災(zāi)害的形成和傳播規(guī)律,構(gòu)建三峽庫(kù)區(qū)滑坡涌浪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系,并進(jìn)行可視化分區(qū)。其主要研究工作如下:
　　(1)基于不可壓縮Navier-Stokes方程、有限體積法、VOF界面跟蹤技術(shù)、動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)

2、及其UDF編程,建立滑坡涌浪數(shù)值計(jì)算模型,模擬滑坡體入水后引起涌浪的動(dòng)態(tài)變化過程,數(shù)值分析滑坡涌浪的自由表面特性,動(dòng)壓場(chǎng)和速度場(chǎng)的變化規(guī)律,監(jiān)測(cè)涌浪形成傳播過程中對(duì)岸動(dòng)壓的變化。結(jié)果表明:涌浪沿河道斷面的傳播具有階段性,對(duì)岸動(dòng)壓隨時(shí)間呈非線性變化規(guī)律,涌浪形成傳播到對(duì)岸的過程中,動(dòng)壓呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),涌浪爬坡過程中,動(dòng)壓呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。
　　(2)基于數(shù)值模擬過程,分析了滑坡速度、滑坡體積、滑坡體入水角度、涌浪爬坡角度、水深這5個(gè)因素對(duì)

3、涌浪高度和動(dòng)壓的影響。結(jié)果表明,隨著滑坡體入水角度、爬坡角度的增加,最大動(dòng)壓呈非線性遞減規(guī)律,且隨著爬坡角度的增加,達(dá)到最大動(dòng)壓的時(shí)間向后推移。隨著滑坡初始速度、滑坡體積、水深的增加,涌浪高度和最大動(dòng)壓呈非線性遞增規(guī)律。
　　(3)運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)極差分析方法,基于滑坡涌浪數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,對(duì)影響涌浪高度和動(dòng)壓的因素進(jìn)行多因素耦合計(jì)算分析,得到影響涌浪高度和動(dòng)壓的因素敏感性。結(jié)果表明:滑坡速度是影響涌浪高度的最主要因素,滑坡體積影響次

4、之,入水角度對(duì)其影響最小;滑坡速度影響涌浪動(dòng)壓的最主要因素,水深對(duì)其影響其次,入水角度對(duì)其影響最小;綜合考慮兩個(gè)特性參數(shù),得到綜合分析的因素敏感性,從大到小依次為滑坡速度、滑坡體積、水深、涌浪爬坡角度、滑坡體入水角度。
　　(4)運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,采用滑坡涌浪高度和動(dòng)壓的數(shù)值模擬結(jié)果作為構(gòu)建模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),構(gòu)建了滑坡涌浪高度和動(dòng)壓的預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)不同影響因素下的涌浪高度和動(dòng)壓大小,將預(yù)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果對(duì)比分析。結(jié)果表明:基于B

5、P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的涌浪高度和動(dòng)壓的預(yù)測(cè)模型具有一定的可行性。
　　(5)分析三峽庫(kù)區(qū)滑坡災(zāi)害及其衍生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)因素,提出滑坡涌浪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系,構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,對(duì)研究區(qū)域滑坡災(zāi)害發(fā)生可能性,涌浪災(zāi)害的嚴(yán)重程度進(jìn)行危險(xiǎn)性分析,對(duì)研究區(qū)域承災(zāi)體進(jìn)行易損性分析。以三峽庫(kù)區(qū)云陽(yáng)縣為例,基于變權(quán)重法和降雨量對(duì)滑坡穩(wěn)定性的分析結(jié)果,計(jì)算不同月累計(jì)降雨量下的滑坡涌浪災(zāi)害危險(xiǎn)性權(quán)重大小?；谝蛩孛舾行苑治?運(yùn)用改進(jìn)的層次分析法,計(jì)算涌浪災(zāi)

6、害影響因素的權(quán)重值。結(jié)合庫(kù)區(qū)重點(diǎn)區(qū)縣的調(diào)研資料,運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色系統(tǒng)理論、預(yù)測(cè)最大降雨量可能月份,及其最大降雨量值?；诟倪M(jìn)的層次分析法,結(jié)合因素敏感性分析,計(jì)算各層指標(biāo)權(quán)重值,為風(fēng)險(xiǎn)可視化分區(qū)提供基礎(chǔ)。
　　(6)運(yùn)用GIS技術(shù),構(gòu)建滑坡涌浪災(zāi)害可視化分區(qū)技術(shù)流程,對(duì)云陽(yáng)縣滑坡涌浪災(zāi)害的危險(xiǎn)性和易損性進(jìn)行空間可視化分析,基于自然間斷點(diǎn)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分區(qū),統(tǒng)計(jì)分析風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)面積,結(jié)果表明:危險(xiǎn)性為0.6和0.7時(shí),Ⅴ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)均占