金沙水电站坝区流域肖家沟泥石流的三维流场数值模拟及风险评价

金沙水电站坝区流域肖家沟泥石流的三维流场数值模拟及风险评价

作者:师大云端图书馆 时间:2020-12-27 分类:参考文献 喜欢:3760
师大云端图书馆

【摘要】泥石流灾害是一种发生频率高、分布范围广和活动时间长的地质灾害,在全球大约30%以上的国家和地区活动强烈,每年都有大量不同规模的泥石流灾害发生,随着山区经济的快速发展,对土体资源的需求越来越大,由于山区土地资源异常缺乏,泥石流活动形成的流通区和堆积区相对平缓,往往成为山区村庄和城镇建设的重要场所,泥石流的突然暴发会给人类生产生活带来严重灾害,造成巨大的生命财产损失。因此单沟泥石流灾害风险性分区不仅具重大的学术意义,而且更具有深远的社会意义。本文在国家自然科学基金重点项目(NO.41330636)和水利部公益性行业科研专项经费项目(NO.201001008)的资助下,在遥感影像解译和现场地质调查的基础上,对肖家沟发育的地质环境、泥石流发育特征、运动特征进行了分析。结合泥石流流变特征和流变动力学理论,采用Surfer、Gocad和ICEM建立三维地质模型,使用CFX流体模拟软件,泥石流流变特征用Bingham流变模型描述,并根据费俊祥公式来确定模型相关参数,在此基础上采用单相流k-ε湍流模型进行泥石流三维流场数值模拟。同时利用GIS具有强大的数据处理功能,以数值模拟结果为基础,根据流域承载体分布特征,对肖家沟流域进行风险破坏损失评价,主要得到以下结论:肖家沟泥石流属于山谷型泥石流,具有比较完整的分区特征,结合野外地质调查和室内分析,泥石流处于壮年期,单沟活动强,属于泥石型,并对泥石流易发等级进行了分析,在此基础上,采用雨洪法计算得到肖家沟泥石流不同频率下泥石流的流量和一次过程总量。首次尝试结合Surfer、Gocad和ICEM这三种软件建立三维地质模型,能取得比较好的效果。并使用CFX流体模拟软件,对无拦砂坝和有拦砂坝作用下,计算不同暴发频率下三维流场速度和压力的空间分布。不同情况下泥石流流体运动过程总体趋势比较一致,在靠近形成区,沟谷坡度相对较陡,宽度狭窄,泥石流速度较快,随着泥石流继续向下运动,沟谷坡度逐渐变缓,沟床宽度逐渐变宽,泥石流运动速度慢慢减小。第一道拦砂坝到上游,对于无拦砂坝和有拦砂坝,泥石流流场分布较为相似,从第一道拦砂坝到下游,流场则有明显变化,可以看到拦砂坝处泥石流速度明显减小,而泥石流压力则明显变大。利用GIS强大的数据处理功能,将数值模拟结果进行矢量化,结合前人研究和研究区自身特征,按照流速和泥深分布对肖家沟流域进行危险性分区,对于无拦砂坝作用和有拦砂坝作用两种不同情况,高危险性分区主要分布在拦砂坝到上游范围内,占据比例较为接近,而中危险性和低危险性分布则有明显不同。根据现场调查结合google遥感影像,将受泥石流灾害威胁的承载体主要分为耕地、林地、建筑用地和交通用地四大类,分析了受灾体的空间分布和价值分布。考虑到不同的受灾体在泥石流破坏作用下受损程度的差异,结合GIS平台,根据泥石流泥深和流速分布进行研究区域破坏损失率分区,在此基础上,主要对500年一遇情况下进行破坏风险损失评价,在拦砂坝作用下泥石流灾害破坏损失总价值下降了约40%,拦砂坝起到了较好的减灾防灾作用。
【作者】项良俊;
【导师】王清;陈剑平;
【作者基本信息】吉林大学,岩土工程,2014,硕士
【关键词】泥石流;流变特征;三维流场数值模拟;风险评价;CFX;GIS;

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