基于RAMMS数值模拟的短时强降雨型泥石流危险性评价

浙江省由短时强降雨诱发的泥石流灾害频发,严重威胁当地居民的生命财产安全,因此对此类泥石流进行危险性评价对浙江省“灾害智治”工作具有十分重要的理论与实际应用价值。为研究浙江短时强降雨诱发小型泥石流的危险性,选取武山坑泥石流为对象,通过现场调查、三维倾斜摄影与数值模拟等手段,查明了武山坑泥石流的地质环境与发育特征,揭示了由短时强降雨诱发的泥石流灾害链生过程特征,选用RAMMS软件对不同降雨频率下泥石流运动特征进行了模拟,获取了泥石流深度、流速、堆积范围等特征参数,并基于特征参数进行了泥石流危险性评价。研究结果表明:陡坡处松散岩土体在短时强降雨作用下发生浅层滑坡,随后在坡面与沟道地形控制下向沟口运移,运动过程中通过侵蚀作用扩大泥石流规模,最终在宽缓堆积区沉积。随着研究区降雨强度增大至50 a一遇及100 a一遇,泥石流冲出规模扩大,但受限于堆积区宽缓的地形条件,未能于沟口形成有效冲出;但堆积扇上游居民区泥石流深度、流速等强度指标显著增大,堆积区内高强度区域面积大小由7276 m^(2)增大至12660 m^(2)。结合泥石流活跃性分析结果,采取形成区雨量监测、主沟谷流通区构建刚性、柔性或狭缝拦挡坝以及堆积区设置导流渠相结合的治理措施,可有效保障居民生命财产安全。研究成果可为武山坑及浙江省此类泥石流危险性评价、防治工程设计提供参考。

基于RAMMS-AVALANCHE模型的雪崩模拟参数敏感性分析

以巩乃斯大陆性气候雪崩危险区为研究背景,建立三维数字地形模型对雪崩运动过程进行模拟。研究RAMMS雪崩数值模拟结果的影响因素,分析计算网格分辨率、雪层断裂深度、摩擦系数3种参数值对模拟结果的影响程度及敏感性。通过单因素分析法对比不同参数下模拟结果进而得出3种参数的影响程度,采用灰色关联法分析参数对模拟结果的敏感性。结果表明:选择合适的计算网格分辨率能提高模拟结果的准确性;雪层断裂深度每减少10%,流动高度变化率在5%~7%;流动速度变化率在1%~2%;冲击力变化率在2%~3%;而摩擦系数的大小主要对堆积区特征值和雪崩停止时间产生较大影响,对运动过程中的特征值影响较小。在此基础上进行敏感度计算,根据计算结果确定各特征值最大影响性时参数的主次关系。研究结果明晰了雪崩模拟各输入参数的敏感性,可有效提高雪崩数值模拟参数选取的合理性和计算结果的准确性,为雪崩灾害危险程度分析提供依据。

RAMMS在泥石流运动模拟中的应用——以白沙沟泥石流为例

以北川县坝底乡白沙沟泥石流为例,探讨RAMMS在泥石流模拟中的运用。2013年7月9日,强降雨引发的山洪携带大量碎块石及泥沙在白沙沟形成泥石流,在现场调查和泥石流形成机制综合分析的基础上,运用RAMMMS进行了数值模拟研究。研究表明白沙沟泥石流属暴雨沟谷型泥石流,沟域内相对高差大,地形陡峻,沟谷纵坡大,多迭水,短时集中降雨激发泥石流。根据现场调查所得数据和20年一遇泥石流流量,RAMMS数值模拟得出的最终冲出量为35 965.76 m^3,与雨洪法计算结果对比误差不超过6%,可信度较高。运用RAMMS可预测泥石流在不同洪水频率下的运动状况,对于研究白沙沟流域泥石流特征及其防治具有一定参考意义。

基于RAMMS锄头沟泥石流运动过程模拟

2013年7月,汶川县锄头沟受暴雨影响爆发泥石流灾害,对沟口居民区和交通干线造成严重破坏,造成巨大经济损失。通过对泥石流的发育特征分析和运动特征参数计算,利用RAMMS软件基于Voellmy模型和REK模型对泥石流运动堆积过程进行数值模拟,获得泥石流平均流速、泥深的运动变化特征。模拟结果表明,沟口处沟道泥深约2~6m,平均流速2~4m/s。对堆积范围进行校核,与实地调查结果基本吻合,模拟结果对泥石流运动特征分析及其防治具有积极意义。

汉源县工业园区硝厂沟泥石流成灾机理及其堆积范围分析

受2013年“4·20”芦山地震影响,汉源县白岩河沿岸地质灾害频发。目前硝厂沟流域内存有大量松散物源,具备暴发较大规模泥石流风险,严重威胁沟口汉源工业园区厂矿企业,因此,查明其成灾机理及危害性对今后泥石流预测预警和防治工程设计具有重要意义。文章结合现场勘察、无人机航拍、遥感解译及RAMMS软件,分析了硝厂沟泥石流发育特征,模拟了泥石流运动堆积过程,并在此基础上揭示了其成灾机理。调查研究发现硝厂沟现阶段物源动储量达37×10^(4)m^(3),其中游发育一段宽缓沟道(长900 m、平均宽度60 m),为天然停淤场,对于小规模泥石流具有拦截作用。数值模拟分析表明在降雨频率小于20年一遇时,泥石流冲出物主要在形成区中游宽缓沟道处停淤堆积,不会对沟口工业园区产生直接危害;在降雨频率达到50年一遇时,硝厂沟将暴发大规模泥石流并冲击淤埋沟口工业园区。

藏东南多依弄巴流域冰湖溃决危险性评价

冰湖溃决灾害是指冰湖坝体突然破坏引发溃决洪水或溃决泥石流的现象,对下游人类活动和自然环境造成严重影响。近年来,藏东南地区冰川快速退缩,冰湖数量和规模显著增加,冰湖溃决事件广泛发生。基于1995-2021年多时相Landsat系列遥感影像、Sentinel-2A遥感影像,结合RAMMS水文动力学模型方法,对藏东南地区多依弄巴流域内冰湖、冰川进行动态变化分析,模拟冰崩危险体触发冰湖溃决和冰湖溃决泥石流的演进过程,根据泥石流模拟中的流速和流深对冰湖溃决可能影响的区域进行危险性分区。结果表明:流域内冰川面积由1995年的14.05 km^(2)退缩为2021年的9.43 km^(2),年均退缩率约为0.15 km^(2)/a。流域内共发育3处冰崩危险体,均可能触发冰湖溃决。潜在危险冰湖在全溃情况下,溃决泥石流会冲出沟口堵塞然乌湖湖口和帕隆藏布主河道,对下游居民和道路造成影响,影响范围约4.05 km^(2),其中高危险性区域约2.55 km^(2)。危险性评价结果可为多依弄巴流域未来土地利用规划和防灾减灾提供依据,也能为藏东南地区冰湖溃决型泥石流危险评估提供参考。

雷布大箐“9·17”泥石流灾害发育特征及运动过程模拟分析

2016年9月17日,云南省元谋县黄瓜园镇暴发特大山洪泥石流灾害,尤其是雷布大箐暴发力最强、波及面最广、损毁最严重,并在龙川江堆积区形成堰塞体,致使龙川江干流堵塞19 h,严重威胁上游黄瓜园镇的生命财产安全。以雷布大箐泥石流沟为研究对象,通过实地调查和资料整理,分析了泥石流灾害的地质背景及形成条件,采用RAMMS模拟软件进行数值模拟研究,重现泥石流运动过程;根据运动过程模拟结果,对泥石流进行危险性分区,并将模拟结果与实地调查结果对比,两者差异较小,表明模拟分析较为客观,符合实际。

小木岭泥石流堵江风险数值模拟

利用RAMMS对泥石流在不同暴雨频率下进行模拟,可对泥石流堵河风险做出预测。小木岭泥石流在10 a一遇、20 a一遇、50 a一遇、100 a一遇暴雨频率下发生泥石流的可能较大,均会将绵远河主河道局部堵塞甚至是完全堵断,出现堵江的可能性极高。应根据实际情况加强沟道内的水土保持和周边区域的降雨监测,以期达到防患于未然的目的,减小其带来的破坏。

模型试验及数值模拟下尾矿库溃坝尾砂流演变预测

尾矿库溃坝所产生的尾砂流类似于地质灾害中的泥石流,具有发展迅速、破坏性强、影响范围广和预警时间不足等特点,研究溃坝尾砂流的演变规律及其影响范围对防灾减灾具有重要的意义。该研究利用RAMMS碎屑流软件建立了数值三维模型进行数值仿真溃坝模拟,通过物理模型(1∶150)试验研究了溃坝的尾砂流对下游的演变进程和影响范围,并将其试验数据与数值计算结果对比分析,验证了数值模拟在溃坝仿真上的可靠性和有效性。结果表明:以漫顶水流到达拦砂坝底开始计时,尾矿坝溃坝9 min尾砂流开始冲击距尾矿坝0.7 km处的下游村庄;随着溃坝的持续,溃坝泥砂淤积逐步加深,水位继续升高,并在18 min对下游造成全面淹没,影响范围达0.558 km ^(2),库内尾砂的溃泄总量可达1.3×10^(7) m ^(3)。建议在尾矿库的设计、管理和风险评估过程中,结合潜在的危险范围,合理的增加防灾减灾的措施。

梅里雪山1991年和2019年雪崩事件重建及影响因素分析

梅里雪山雪崩多发,但缺乏系统监测和研究。1991年1月3日梅里雪山发生了造成中日联合登山队17名队员遇难的巨大雪崩事件。2019年安装在明永冰川末端附近的物候相机拍摄到临近梅里雪山明永冰川的一次雪崩事件。两次事件类型不同,这对我们进行雪崩预测预警有良好的指示作用。本研究以RAMMS(Rapid Mass Movement System)模型为手段,利用经验值和经验公式确定影响模拟结果的主要模型参数和积雪可能断裂深度,在优化分析的基础上,对两次雪崩事件进行重建,定量分析雪崩堆积量、堆积范围等。结果显示:1991年雪崩共持续了192s,雪崩体从海拔5730m处断裂,沿坡面崩塌而下最终堆积在海拔约5000m的冰川粒雪盆地区,形成面积为0.6km^(2),体积约67×10^(4)m^(3)的堆积体。2019年雪崩共持续了158s,雪崩流最大高度35.91m,最大速度79.34m·s,堆积量76.2×10^(4)m^(3),雪崩堆积范围与野外观测到的一致。两次雪崩事件发生地位于雪崩极高危险区和高危险区,在一定程度上验证了风险评估的准确性。研究结果可为梅里雪山地区未来潜在雪崩灾害的风险评估提供依据,为雪崩预测预警提供良好的参考。

喜马拉雅北麓郭如错冰湖泥石流沟发育特征及对拟建中国至尼泊尔铁路的影响研究

拟建中国至尼泊尔铁路首次穿越全球冰湖分布最为集中的喜马拉雅区域,最为典型的是郭如错冰湖,铁路桥梁位于其溃决通道上,如何计算桥梁净空设置和墩台防护所需参数,国内外标准、规范未见针对线性工程的冰湖溃决特征值计算。通过地质调查,结合1984年至今多期历史卫星遥感影像、SBAS-InSAR差分干涉图形变分析、雨洪法、RAMMS数值模拟等技术手段,圈定物源的储量和分布特征,分析郭如错冰湖库容、面积的变化趋势,评价终碛垄、后缘冰川的结构和稳定性。雨洪法计算结果:流速3.51 m/s,泥深1.26 m,整体冲击力29.30 kN/m^(2);RAMMS计算结果:流速3.54 m/s,泥深1.28 m,整体冲击力19.00 kN/m^(2)。对比雨洪法与RAMMS数值模拟计算结果,在铁路桥梁位置断面处,雨洪法与数值模拟结果接近,采用雨洪法计算的结果具备合理性。因此,郭如错冰湖溃决通道上的铁路桥梁净空建议采用7.89 m。该方法对冰湖发育区的线性工程如何开展冰湖溃决型泥石流特征值计算工作进行了初步探索,在喜马拉雅山区等区域的选线中可供借鉴。

Ramm积分方程的数值解(Ⅱ)

本文提出了解如下三维的Ramm积分方程的一种新的数值方法:采用带滤子的奇异值分解方法计算上述方程的近似解,并取得了令人满意的数值结果。此外,本文还讨论了解这类积分方程的吉洪诺夫正则方法.