尾矿库溃坝事故风险因素分析

针对尾矿库溃坝事故,选用国内外历史尾矿库溃坝事故数据,利用非线性回归分析方法,通过建立一系列的关系函数,对影响尾矿库溃坝后果的主要因素进行分析,确定了尾矿库溃坝事故的风险因素为尾矿库的坝高和容积.在尾矿库的建设、运行过程中,要重点加强对尾矿库的坝高和容积的限制,减少尾矿库潜在溃坝风险.     

基于GIS技术的尾矿库溃坝事故模拟研究

文章以危害极为严重的尾矿库溃坝事故为研究对象,利用地理信息系统（Geographic Information System,简称GIS）技术与尾矿库溃坝事故模型相结合,建立了基于GIS技术的尾矿库溃坝事故二维模拟方法。本方法可以模拟任意条件下的尾矿库溃坝事故,确定事故可能的影响范围,并将结果在地图上显示出来,使安全管理部门迅速做出决策,展开应急救援。为了证明方法的有效可行性,笔者以襄汾尾矿库溃坝事故为例,对溃坝事故可能影响范围进行了模拟分析,模拟结果与实际结果基本一致。     

土石坝渗透破坏溃决机理及数值模拟

提出了一个能正确反映土石坝渗透破坏溃决机理,合理描述土石坝从渗透通道发展坝体坍塌和漫顶溃决全过程数值模拟方法.该方法通过分析土体颗粒在渗透通道中受力情况,出了渗透破坏发生时临界起动流速;分别建议了可合理反映筑坝材料颗粒级配、密度、强度、渗透通道倾角和坝坡、摩阻流速水流速度对冲量影响计算渗透通道扩展大坝漫顶溃决后溃口发展过程坝体冲公式.应用该方法对两座因渗透破坏溃决典型土石坝溃坝过程进行了反馈计算分析,计算出溃口发展规律、溃口流量过程与溃坝洪峰流量值与测结果接近,验证了其合理性.该方法可用于土石坝渗透破坏溃决致灾后果评估和溃坝防洪应预案制定.     

尾矿库溃坝砂流在下游的演进运动规律

 尾矿库溃坝灾害会造成尾矿大量泄漏,溃坝砂流会淹没农田、污染环境、危害生命财产安全。为研究溃坝砂流演进运动及规律,基于尾矿库溃坝砂流的流变特性,构建了尾矿坝溃坝砂流在下游演进运动的数学模型;采用4 次抛物线概化尾矿库溃坝下泄砂流流量过程线,该方法确定了泄砂总量、溃坝口平均宽度、坝址最大砂流量、坝址流量过程线等溃坝的重要参数;以某失事尾矿库为例,利用该数学模型,从平面堆积范围、堆积纵剖面、堆积横剖面3 个方面揭示了溃坝砂流在下游演进运动规律。     

基于二维浅水方程的溃坝水流数值模拟

针对溃坝水流的特点, 提出了一种基于二维浅水方程的数学模型, 对溃坝水流进行数值模拟研究. 模型采用二阶leap-frog格式和一阶迎风格式相结合的有限差分格式进行数值离散, 计算网格采用时间和空间交错网格. 在模型建立完善的基础上, 对模型进行一维和二维的数值验证, 主要算例包括:下游有水的溃坝洪水理论解, 带有三角形障碍物的一维溃坝模型试验以及二维溃坝数值模型试验. 通过与理论解和实测值比较, 结果表明模型具有良好的稳定性以及模拟间断水流和处理动边界问题的能力.     

溃坝洪水演进的数值模拟

开发了溃坝洪水演进数值模型,对模型控制方程采用有限体积法进行空间离散,采用具有总变差减小特性的MacCormack预测-校正格式进行时间离散.采用非规则局部不连续网格划分计算区域,增强了模型对复杂地形的适应能力;具有总变差减小特性的数值格式使模型具备了强大的间断波捕捉能力,并消除了模型稳定性对人工黏性的依赖;基于单元属性与基于界面属性的动边界处理技术使模型能合理地模拟非恒定性强、干湿变动剧烈的水陆边界.实际算例表明：模型在强非恒定流状态下具有稳定性及守恒性,可作为溃坝洪水预报及其灾害防范的有力工具.     

基于未确知测度模型的尾矿库溃坝风险评价

针对尾矿库溃坝风险分级预测评价中诸多因素不确定性问题,应用未确知测度理论与尾矿库溃坝风险评价标准并结合工程实际,根据尾矿库溃坝的特点及成因,选取防洪设计标准等16项未确知测度函数评价指标,建立尾矿库溃坝风险分级预测的未确知测度评价模型.根据广东省大宝山矿业有限公司槽对坑尾矿库的实际情况建立各评价因子的未确知测度函数,对其进行定量分析,并利用信息熵计算各评价指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得出尾矿库溃坝风险评价分级预测的评价结果.研究结果表明:该方法不仅能给出尾矿库运行期的安全等级,并且能够更客观地反映尾矿库工程运行危险源的情况,为尾矿库溃坝危险性的评价提供了一种新的评价方法.     

基于HEC-RAS的千河流域宝鸡段溃坝洪水风险评估

水库是大量蓄水的水利工程,对生产生活提供便利,但同时溃坝洪水一般具有极高伤害性,进行洪水溃坝风险评估对保障下游居民安全有重要意义.以千河流域宝鸡段的冯家山水库为例,利用HEC-RAS模型,模拟了溃坝洪水淹没进程,并对淹没范围和流速分布进行分析.洪水演进数据结合灾害系统理论构建风险评估模型,从危险性、易损性角度,通过GIS方法实现风险评估并分为五个等级.结果表明：(1)100年一遇洪水淹没总面积为274.581 km2,危险水深占全部水深93%,河道最高流速可达到14.34 m/s.(2)洪水危险性自西向东逐渐降低,整体危险性中度偏下.(3)易损性在河道附近两侧较低,距离河道较远的部分易损性提高,整体是处于中低水平.(4)溃坝洪水风险水平中等,对淹没区各乡镇风险划分,危险区明显集中,主要在贾村镇、长青镇、千河镇以及揉谷镇.研究成果对千河流域宝鸡段下游洪水避难预警系统建设和人口转移有一定参考意义.     

二维溃坝波传播的数值模拟

采用附加人工粘性的显式Maccormack格式求解二维浅水方程,并对人工粘性加上开关函数,建立了模拟大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。用该模型预测了矩形河道中堤坝瞬间局部溃倒后8 min的洪水演进过程,得出了水面线和流场分布,并对溃坝洪峰到达时间和最大淹没水位的沿程分布作了分析。     

尾矿库溃坝灾害防控现状及发展

尾矿库溃坝灾害应急响应时间短、潜在威胁巨大,往往造成惨重人员伤亡与巨额财产损失.近些年尾矿库安全事故发生数量的总体下降趋势充分体现出现代化技术及安全管理方面的进步,然而重大事故发生频次却不减反增,2015年巴西Samarco铁矿与2014年加拿大Mount Polley重大溃坝事故及其惨重后果,再次为尾矿库安全敲响警钟.我国现存尾矿库8869座,含"头顶库"1425座,安全形势复杂.本文在收集大量相关领域文献的基础上,聚焦尾矿库溃坝灾害防控体系中的安全监测、灾害预警与应急准备、安全管理与标准规范这三大方面核心内容,分别综述对比国内外现状及前沿进展,探讨分析我国当前所面临的问题并尝试提出改进建议,为尾矿库防灾减灾理论研究与技术革新提供参考.结果表明:(1)我国尾矿库安全监测标准更高,但仪器耐久性、可靠度与实用性不足,专用监测器件与新技术的研发应用势在必行;(2)灾害预警方法单一且可信度不高,而信息技术融合应用成为发展趋势;(3)应急管理与预警决策需以充分的科学论证为基础,当前研究在试验手段与计算方法上存在局限;(4)我国拥有完善的安全管理标准规范体系,但在安全等别划分、全生命周期管理、主体变更、事故总结等方面相对欠缺.