三峡库首区蓄放水重力效应模型的构建与观测

通过高分遥感影像精确提取三峡库首区水体边界,对水体部分构建精密的离散化数值模型,模拟计算三峡库首区在不同蓄放水位产生的重力效应,并对秭归站2017年gPhone 101重力仪与茅坪站2019~2021年gPhone 113重力仪的连续观测数据进行精细预处理。结果表明,在145~175 m蓄水过程中,模拟得到不同蓄水高度(间隔5 m)对岸边的重力变化值分别为0~28μGal、0~47μGal、0~60μGal、0~97μGal、0~170μGal、0~210μGal。当蓄水位升高5 m时,离岸2 km范围内存在10~20μGal的影响;当蓄水位升高30 m时,离岸5 km范围内存在30~40μGal的影响。重力残差主要反映水文重力效应信息,秭归站重力残差记录到约40μGal的重力变化,茅坪站重力残差记录到约50μGal的重力变化,重力变化趋势和水位变化呈现非常好的一致性,验证了模型模拟结果的准确性,可为三峡库首区及其岸边稳定性监测提供参考。

基于Swin Transformer目标全景分割的三峡库首土质滑坡识别

【目的】滑坡识别是解决山区地质灾害隐患在哪里的关键。尤其人工智能是深度学习方法开始被广泛应用于目标识别领域,但对于多植被山区复杂环境下的滑坡隐患识别,存在着模型单一、精度较差等问题。【方法】故文章提出一种基于Swin Transformer(Shift Windows Transformer)作为骨干网络结合目标全景分割的智能识别方法,对三峡库首区域土质滑坡开展识别。将三峡库首的485处土质滑坡制作成样本集,并分为训练集和测试集。将训练集加载进Swin Transformer模型中进行训练,模型采用自注意力机制对训练集提取特征,构建特征图,测试集验证特征图的识别精度,保留识别精度最高的特征图。最终以此实现滑坡目标与背景区域的有效区分进而完成隐患识别,同时与DeepLab V3模型进行对比。【结果】结果显示:Swin Transformer模型在识别精度和识别速度上都要高于DeepLab V3模型,在三峡库首的试验中准确率可以达到83.55%,单张图片预测时间为0.18 s。【结论】结果表明:该方法能够在多植被山区复杂环境下快速识别土质滑坡,可为多植被山区的滑坡灾害调查提供参考。

三峡库首区蓄水前后构造应力场三维数值模拟研究

迄今为止,长江三峡库首区蓄水对上地壳构造应力场影响的数值模拟研究中存在的最大问题是未考虑地形“峡谷效应”和库水下渗导致“岩石弱化”的影响。利用高精度DEM图和135 m水位蓄水同期重力异常观测资料,首次建立包含地形单元、库水下渗因素等复杂条件下的三峡库首区上地壳三维数值模型。在Marc软件平台上,以优选加载方案进行数值模拟,揭示135 m水位、175 m水位蓄水条件下库首区上地壳构造应力场的动态变化,发现九湾溪、马鹿池、官渡口、牛口等断裂带挟持区出现最大3.5～5.0 MPa的最大主应力降等有利于高角度正断层失稳的应力场变化,预测175 m水位蓄水影响将呈“继承性”发展。首次提出“二次诱发地震”、“水库诱发地震潜在震源”、“叠加潜在震源”的思想,探讨了蓄水对秭归、巴东2个重点区域断裂稳定性、孕震环境及地震危险性的影响。

基于移民调查的三峡库首地区人口、耕地资源及生态环境状况分析

对三峡库首地区秭归、兴山、巴东等县人口、耕地资源和农业生产力状况进行了统计,并选择库区典型乡镇移民户作为调查对象,点面结合地分析了移民安置对三峡库首地区人口、耕地资源和生态环境状况的影响。结果表明,移民搬迁过程中,库首地区各县乡镇总人口降低,蓄水影响到的移民户基本都得到了妥善安置,农村劳动力资源未明显下降;三峡工程蓄水后,库首地区低海拔区域的耕地被淹没,农村可用耕地总量减少,人地资源矛盾比较突出;在耕地总量和人均耕地面积降低情况下,秭归县粮食、柑橘和蔬菜种植面积和产量仍稳步提高,库区农业生产保持稳步发展;移民搬迁以后,库首地区农村的居住环境、住宅条件、生活条件和交通条件均较移民前有明显改善,农户普遍评价较好,淹水对农村生态环境状况有一定影响,存在自然灾害和病虫害增多、农村废弃物处理设施不足等问题,库区生态环境问题应引起政府的足够重视。

三峡水库不同运行期库首水温分层特性及生态效应

为了解三峡水库库首2003—2018年的水温变化特征及其对生态环境的影响,基于庙河断面实测资料,采用LSTM-Logistic模型模拟分析了库首多年水温结构特性,并探讨了其变化对库区支流库湾水华的影响和对坝下鱼类产卵水温的影响。结果表明:LSTM-Logistic模型能较好地适用于三峡水库,准确地模拟水温的逐日变化过程;2006—2013年,三峡水库库首每年4—6月均出现了水温分层现象,从2014年开始,水温垂向差异变小,水温不分层,且春季、秋季和冬季水温升高,下泄水温进一步平坦化;三峡水库库首水温长期变暖的趋势,会使支流库湾倒灌异重流潜入深度上移,从而改变异重流倒灌形式,降低库湾水华风险;梯级水库蓄水缓解了春季下泄低温水的不利影响,但秋冬季水温的升高对中华鲟繁殖造成了进一步威胁。

孕灾机理与综合遥感结合的三峡库首顺层岩质滑坡隐患识别

隐患识别是实现地质灾害从注重灾后救助向注重灾前预防转变的重要技术工作。本文以三峡库首秭归沙镇溪镇周边岸坡段顺层岩质滑坡隐患识别为基础,提出基于孕灾机理与综合遥感相结合的地质灾害隐患识别方法。首先,借助资料整理分析、遥感调查和现场调查等查明孕灾环境,并建立孕灾指标体系;其次,针对典型灾害体开展地质结构与致灾机理分析,以揭示典型孕灾模式,并建立综合遥感判识标志;再次,采用易发性分区评价,结合高分光学卫星遥感与InSAR等天基遥感变化检测技术,圈定隐患识别的易发重点靶区;然后,针对高易发靶区,利用无人机摄影测量、LiDAR等空基遥感技术识别疑似隐患体;最后,通过地面核查与专家判识,确认并圈定地质灾害隐患。利用该套技术方法,在工作区内共识别出8处地质灾害隐患,其中5处为具备孕灾模式但尚未出现明显变形的顺层岩质滑坡隐患体。结果表明,该套技术方法以查明孕灾环境及建立孕灾模式为核心与前提、以综合遥感探测为重要技术支撑,可以弥补目前主要依赖遥感变化探测开展隐患识别易造成精度较低甚至失效的缺陷,尤其适合于山高坡陡、植被覆盖茂密地区的隐蔽性、突发性地质灾害的隐患识别。

三峡库首区重点断裂围限区蓄水的加卸载效应

通过对蓄水前后三峡库首区构造应力场进行三维数值模拟发现,相对于蓄水前,蓄水至135 m水位时,官渡口断裂-马鹿池断裂-牛口断裂围限区、秭归地理中心和九湾溪断裂带,出现了4个主应力下降区和共轭的主应力增长区,形成了差应力场;175 m水位与135 m水位相比,局部差应力场呈现逆向变化,即形成了加载效应与卸载效应的交替过程。这一过程,可能是水库诱发地震的诱震(或触震)因素。

三峡库首地区移民安置区不同利用方式土壤肥力和土地生产力调查

三峡工程蓄水、移民搬迁及土地利用方式改变将对库首地区土壤肥力、土地生产力和当地农业生产活动产生长期潜在影响。本研究对移民安置期间三峡库首地区秭归、兴山、巴东和夷陵等县区农田、果园和茶园3种利用方式的85个样点土壤的肥力状况进行了采样调查,并对当地土地生产力和移民经济收入状况等进行了统计分析。结果表明:三峡工程蓄水后,库首地区农田土壤肥力水平较高,果园土壤其次,而茶园土壤肥力水平偏低;在蓄水和移民搬迁同时,当地加大农业投入,尤其是加大果园和茶园的肥料投入,以保证农业生产发展需求;受蓄水和移民搬迁影响,库首地区3县粮食总产和单产均有所降低,其中秭归县受到影响较大,但库首各县的粮食生产在三峡蓄水后总体保持稳定;库首地区各县,尤其是秭归县的柑橘和蔬菜种植面积和产量保持逐年提高趋势,该地区的优势产业保持稳步发展,土地生产力未受到明显影响;柑橘经济效益显著高于茶园和农作物,移民安置期间,秭归、兴山县人均纯收入保持逐年上升态势,库首地区农村的经济水平保持稳步增长。

三峡库首区非构造型水库地震的烈度衰减

非构造型水库地震具有震级小、震源浅、烈度高的特点,研究其烈度衰减对库区地震地质灾害的预测与防治具有重要的意义。根据三峡库首区近年地震实地科考原始烈度资料,选择椭圆衰减模型并对其进行二元回归分析,得到非构造型水库地震的烈度衰减关系。并与原有构造型水库地震烈度衰减关系进行比较。结果可供库区地震危险性分析与地震小区划使用。

震源联合定位方法在三峡库首区地震定位中的应用

利用三峡台网2001年1月1日至2011年9月9日的到时地震波形资料,采用震源联合定位方法,对三峡库首区7 011次地震重新定位,得到了不同蓄水阶段的台站校正值。结果显示:①地震主要分布在长江沿岸,并集中于郭家坝—屈原镇、泄滩、巴东—巫山一带;②三峡库首区存在地震波速横向不均匀性,速度分布与地质构造、蓄水等因素密切相关;③蓄水前地震波速分布情况主要受地质构造影响,而蓄水阶段三峡库首区的地震波速分布情况除受地质构造影响外,还受库区渗水影响。该方法在三峡库首区地震定位中取得了很好的应用效果。

三峡库首区河长坡降指标及其地质构造意义

利用数字高程数据和空间分析方法,提取三峡库首区长江支流的河长坡降指标(SL)以及标准化坡降指标(SL/K),对该区构造活动进行分析。结果显示,研究区水系发育主要受断裂构造、地层岩性和新构造运动的影响,在空间上存在一定差异性,说明研究区构造活动存在区域性差异。在不同岩性地区,特别是三叠系地层区,水系响应较为明显,这与地层的抗水流侵蚀强度有关。该区水系发育受断裂构造控制作用较小,但受新构造抬升影响较大。

长江三峡工程库首区仙女山断裂构造变形分析

本文运用磁组构及显微构造方法对仙女山断裂构造变形进行分析,进而为仙女山断裂的延仲发展问题提供了理论参考依据。

三峡工程库首区地震监测

三峡工程库首区地震监测至今已有46年,在世界水电史上也是罕见的。46年的地震监测资料综合分析表明,蓄水前库首区是一个典型的低频度、强度小的弱震区熏其震中在空间上主要分布于秭归盆地的东西两侧,其成因大部分属于天然构造地震。蓄水后,地震活动频度大幅增加,强度保持在蓄水前的本底水平,最大地震仅为ML2.4级。地震活动的空间分布与水库蓄水前相比,有较大的变化,其地震活动主要分布于巴东牛口至巫山培石库段。

杨家园水电站右岸库首渗漏研究与防渗设计及施工效果评价

针对杨家园水电站右岸库首渗漏的相关内容,提出杨家园水电站右岸库首渗漏的防渗设计思路,其中重点为防渗帷幕设计,并分析了杨家园水电站右岸库首渗漏的施工效果。

三峡水库库首区地壳深部构造环境与地震成因研究

利用地震P波层析成像结果和三峡水库蓄水前的地震,研究三峡坝址及邻近区域的地壳深部构造环境与地震关系,探讨地震成因。结论如下:三峡地区蓄水前地震与地壳深部构造环境密切相关,地震基本发生在地壳深部高速异常构造与低速异常构造接壤处形成的速度梯度带上或附近,这表明,速度梯度带是地壳深部构造运动最活跃的地方,具有隐伏断裂的特征。三峡地区在现今区域构造应力场作用下,以及受上地幔部分熔融物质变形、膨胀、垂直向上的扰动场与伸张应力和热应力作用,导致地壳中断裂和隐伏断裂活动或产生新破裂,发生地震。

三峡蓄水进程中库首区地震活动与库水位的关联性研究

利用三峡数字遥测地震台网产出的地震观测资料,基于互相关-重排实验技术系统分析三峡工程在蓄水进程中地震活动与库水位的相关性及不确定度,探讨三峡水库地震的成因机制。结果表明:1)蓄水进程中库首区地壳经历了“持续加载-渗透饱水-回弹与再平衡”的复杂过程,库区地震活动的时空分布特征与库水位的时序变化关系密切;2)从开始蓄水到175 m实验性蓄水阶段,巨量的直接库水荷载导致沿江近库岸10 km范围内的矿洞、溶洞、浅表性岩层、断层等失稳而诱发地震,震源深度5 km范围内的浅震活动明显与库水位快速上升产生的弹性加载有关,对库水位上涨呈“瞬时”响应;3)随着175 m实验性蓄水阶段稳定运行,渗透作用逐渐成为库区地震活动的主要影响因素,断层软化等作用可能是接连触发2014-03秭归M4.5、M4.9等构造型水库地震的原因,震源深度大于5 km的深震活动开始呈现对库水位的“滞后”响应特征。长江香溪库段作为仙女山、九畹溪断裂与长江交会的三角形构造部位,其周缘或存在发生中等强度地震的危险性。

三峡库首区现今构造应力场的形成体制分析

本文从地质、地震、形变、地应力测量等方面对三峡库首区现今构造应力场进行了系统的分析和论证,并用数值模拟进行了验证,认为三峡库首区现今构造应力场属于纯剪切变形体制,即:在来自西部NE—SW方向主压应力挤压的基础上,同时叠加有因江汉—洞庭盆地拉张而引起的NWW—SEE向主张应力的作用,这两种力源近于直交,可以分别作为研究区现今构造应力场的主压应力(1σ)和主张应力(σ3)。

三峡库首典型区2001—2010年局地气象因子变化趋势分析

三峡工程对库区气候变化的影响一直是备受关注的科学问题，通过对库首秭归典型区2001-2010年10年期间地气象因子的连续观测，分析各气象要素的动态变化趋势。根据现有观测资料，三峡库首典型区蓄水前后的温度、降水、气压日照等主要气象因子虽有一定程度年际波动，但未见较大显著变化。与蓄水前棚比，秭归典型区在蓄水后年平均气温降低了0．3℃，年均最高气温降低了约0．7℃，年均最低气温升高了约013℃；蓄水后的4月、5月和12月平均气温升幅约为0．8℃～1．0℃，其余月份降幅约为0．4℃～2．0℃；蓄水后，多年平均≥10℃有效积温降低幅度约为116．6℃。10年期间，除极端最高地断温度有一定降低外，平均地面温度、平均最高最低地面温度和极端最低地温均无明显变化：每年4—8月份为雨日最集中时期，10年期间平均降雨量为939．7mm，其中以2008年的降雨量最高为1148．7mm，而2009年降雨量最低为742．8mm；10年平均年蒸发量为937．0mm，各年份中5—9月份平均蒸发量为668．5mm，占年度蒸发量的71．3％；10年期间平均气压有升高趋势，其中2010年平均气压为101．0kPa，比2001年平均气压升高了约1．2％；10年期间，日照时数存在波动，但总体有降低趋势，其中2004年日照时数最长达1384．9h，2005年日照时数最短为981．8h。

基于流固耦合理论的三峡库首区蓄水后附加应力场研究

首先在Rhino软件中导出三峡库首区的DEM地形图,再将地形面数据文件导入FLAC 3D软件中并建立实体模型,设置好模型相关的力学参数和计算模式,得到在145 m和175 m蓄水位时三峡库首区的流固耦合计算结果。根据结果讨论三峡库首区孔隙水压场和等效应力场的特点发现,孔隙水压从地表至地下3 km范围内产生的影响不容忽视。

仙女山断裂与三峡库首诱发地震和滑坡的相关性

仙女山活动断裂诱发地震及其对滑坡的控制是三峡库首区重大地质问题。野外地层剖面记录表明,仙女山活动断裂经历了两次强烈抬升,为滑坡形成提供了物质基础;依据地震与滑坡在时间和空间上的相关性分析,仙女山断裂可能对新滩滑坡的产生具有控制作用;引入摩尔-库仑准则对仙女山断裂活动性进行分析后认为,库水位涨落引起断裂三维应力状态变化,且诱发地震在高低两极水位和蓄水回落阶段高发。该研究可为揭示仙女山活动断裂与地震和滑坡的相关性提供依据。