三峽庫區(qū)滑坡涌浪數(shù)值模擬及其可視化風險評估.pdf

1、三峽大壩是我國重要的水利樞紐,三峽庫區(qū)水環(huán)境安全對國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義,研究三峽庫區(qū)滑坡涌浪災害及其可視化風險評估對三峽庫區(qū)滑坡災害及其衍生災害應急管理具有重要意義。本文運用流體力學基本理論,以三峽庫區(qū)滑坡災害為研究對象,研究滑坡涌浪災害的形成和傳播規(guī)律,構建三峽庫區(qū)滑坡涌浪災害風險評估體系,并進行可視化分區(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、動網(wǎng)格技術

2、及其UDF編程,建立滑坡涌浪數(shù)值計算模型,模擬滑坡體入水后引起涌浪的動態(tài)變化過程,數(shù)值分析滑坡涌浪的自由表面特性,動壓場和速度場的變化規(guī)律,監(jiān)測涌浪形成傳播過程中對岸動壓的變化。結果表明:涌浪沿河道斷面的傳播具有階段性,對岸動壓隨時間呈非線性變化規(guī)律,涌浪形成傳播到對岸的過程中,動壓呈現(xiàn)遞增趨勢,涌浪爬坡過程中,動壓呈現(xiàn)遞減趨勢。
　　(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個因素對

3、涌浪高度和動壓的影響。結果表明,隨著滑坡體入水角度、爬坡角度的增加,最大動壓呈非線性遞減規(guī)律,且隨著爬坡角度的增加,達到最大動壓的時間向后推移。隨著滑坡初始速度、滑坡體積、水深的增加,涌浪高度和最大動壓呈非線性遞增規(guī)律。
　　(3)運用正交實驗極差分析方法,基于滑坡涌浪數(shù)值模擬計算結果,對影響涌浪高度和動壓的因素進行多因素耦合計算分析,得到影響涌浪高度和動壓的因素敏感性。結果表明: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,入水角度對其影響最小;滑坡速度影響涌浪動壓的最主要因素,水深對其影響其次,入水角度對其影響最小;綜合考慮兩個特性參數(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)運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡方法,采用滑坡涌浪高度和動壓的數(shù)值模擬結果作為構建模型的基礎數(shù)據(jù),構建了滑坡涌浪高度和動壓的預測模型,預測不同影響因素下的涌浪高度和動壓大小,將預測結果和模擬結果對比分析。結果表明:基于B

5、P神經(jīng)網(wǎng)絡建立的涌浪高度和動壓的預測模型具有一定的可行性。
　　(5)分析三峽庫區(qū)滑坡災害及其衍生災害的風險因素,提出滑坡涌浪災害的風險評估指標體系,構建風險評估模型,對研究區(qū)域滑坡災害發(fā)生可能性,涌浪災害的嚴重程度進行危險性分析,對研究區(qū)域承災體進行易損性分析。以三峽庫區(qū)云陽縣為例,基于變權重法和降雨量對滑坡穩(wěn)定性的分析結果,計算不同月累計降雨量下的滑坡涌浪災害危險性權重大小?；谝蛩孛舾行苑治?運用改進的層次分析法,計算涌浪災

6、害影響因素的權重值。結合庫區(qū)重點區(qū)縣的調研資料,運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色系統(tǒng)理論、預測最大降雨量可能月份,及其最大降雨量值。基于改進的層次分析法,結合因素敏感性分析,計算各層指標權重值,為風險可視化分區(qū)提供基礎。
　　(6)運用GIS技術,構建滑坡涌浪災害可視化分區(qū)技術流程,對云陽縣滑坡涌浪災害的危險性和易損性進行空間可視化分析,基于自然間斷點法進行風險分區(qū),統(tǒng)計分析風險分區(qū)面積,結果表明:危險性為0.6和0.7時,Ⅴ級風險分區(qū)均占