尾矿的特性、灾害及其资源潜力

尾矿是矿石磨细选别后残余的固体废弃物,尾矿物理化学特性及尾矿库的常规地表堆存共同导致尾矿库存在较大的安全与环境风险。低品位矿体高强度开采趋势下,我国尾矿年排放量维持在10亿t以上的高位,累计堆存规模超200亿t,细粒尾矿堆存方式、潜在灾害防治及综合利用面临新挑战,采选新技术装备及政策利好因素推动尾矿资源潜力亟待释放。因此,以尾矿物理化学特性、排放堆存方法、溃坝灾害、尾矿资源潜力为主线,综述了尾矿物理化学特性、尾矿堆存形式、尾矿溃坝灾害防治等方面的研究进展,系统梳理了尾矿空区充填、尾矿制备材料、尾矿二次利用、超积累植物提取金属元素、尾矿固碳等资源综合利用方法,可为研究者及工业界系统全面地重新审视尾矿废弃物特性、尾矿库灾害防治、矿产可持续开发利用提供启示。

加强水库安全管理的对策建议

为对标高质量发展新要求,顺应新质生产力发展方向,确保水库大坝安全稳定运行,对我国水库大坝的主要特点进行了梳理概括,通过分析我国水库安全管理面临的新形势新任务,提出要综合运用法律、技术、经济等手段,坚持治水思路、问题导向、底线思维、预防为主、系统观念、创新发展。结合当前水库安全管理存在的主要问题,提出相关对策建议,包括坚持“安全第一”方针、完善法规制度标准、构建运行管理矩阵、压实管理责任、加强库容管理、加强安全监测、加强应急管理、加强队伍能力建设等,为下一步加强水库安全管理提供参考。

关于加强水库大坝下游水位监测的认识与建议

下游水位监测是1级~5级水库大坝必设的安全监测项目,但在实际建设过程中常常被忽视或误解,不利于充分发挥监测系统作用。通过设置下游水位监测,可以确定准确完整的坝体浸润线位置,支撑智慧水利建设;定量分析监测断面的防渗效果与渗流安全性态,提高渗流安全监测资料分析深度;为大坝渗流计算提供可靠的重要边界条件参数,提升渗流计算成果可靠性与准确性。下游水位监测对大坝安全监测以及大坝安全管理至关重要,建议有条件的水库补充设置下游水位监测,进一步完善大坝安全监测系统。

城市水库溃坝耦合极端降雨前后模拟对比分析

以探究城市上游水库溃坝耦合极端降雨及仅溃坝两种工况下洪水灾害程度的变化为目标,确定郑州市二七区、中原区、金水区及惠济区为研究区域,结合芝加哥雨型公式及长历时暴雨强度公式推求设计暴雨,依托“7·20郑州特大暴雨”实测数据推求研究区域产汇流特征,建立极端降雨与洪水过程的响应关系。在此基础上,以郑州市二七区尖岗水库为研究对象,构建两种工况下二维溃坝洪水演进模型,对水情信息进行对比分析。结果表明:相比于仅溃坝,降雨耦合溃坝工况下淹没范围更大,其中增加的淹没范围内各点的最大水深、流速、洪水严重性程度均处于较低等级。在河道两侧,两种工况下各等级水深、流速及洪水严重性淹没范围大致相同;地势较低的区域降雨耦合溃坝工况下淹没水深和流速增大较多,易涝点水深增加约0.6 m,选取断面水面线升高约1 m。

我国水库保险制度初探

水库是支撑水安全保障的重要基础设施,在一定条件下也可能成为造成淹没损失的重大风险源,特别是在近年来极端天气频发强发的背景下,水库的社会风险、经济风险、生态风险备受关注。保险作为对冲经济风险的重要手段,是水库管理手段的重要补充,对保障水库安全具有重要意义。根据我国水库实际特点和运行环境,从水库面临的不确定性和经济损失风险出发,结合水库风险事件“低频高损”、累积性、突发性、相关方多等特点,探讨保险制度在对冲水库风险中的适用性;梳理了国内外有关政策和实践经验,分析当前水库保险存在的主要瓶颈和问题,提出进一步推进水库保险制度的对策建议。研究认为,目前我国水库保险存在缺乏有效制度、费率量算科学性不足、相关方重视程度不足等问题,建议建立财政支持为主的多方参与保险体系,构建水库保险政策制度体系,开展费率厘定科学研究和示范应用,鼓励保险公司参与水库运行管护和应急抢险。

水库和水电站工程建设对陆栖脊椎动物的影响

水库和水电站工程建设在很多国家已经成为导致生物多样性丧失的人为因素之一。其致使动物栖息地丧失和片段化,造成一系列负面生态效应,包括生物多样性丧失、种群破碎化、动物群落结构改变、边缘效应、生态竞争加剧、外来物种入侵等。大型水坝还会阻碍河狸(Castor fiber)、水獭(Lutra lutra)等半水生哺乳动物的季节性迁移和扩散,在水库蓄水过程中亦可能淹没栖息地,造成动物被困和溺水死亡。鉴于此,本文梳理了自1970年以来国内外发表的相关研究案例,归纳了缓解水库对陆栖脊椎动物生态影响的措施,包括在库区周边及上下游目标物种的适宜栖息地范围建立严格保护区域,在专业指导下用科学的方法对动物加以救助和转移,在水库淹没区建设大型的陆桥岛屿以维持更高的动物多样性,利用连续的小型岛屿设置“水上动物通道”等,以期为未来水库和水电站工程建设中的野生动物保护措施和环境影响评价、监测工作提供理论支撑。

洪水期小浪底水库排沙影响因素及规律研究

小浪底水库排沙主要集中在汛前调水调沙期和汛期洪水期。2000—2022年汛前调水调沙期和汛期洪水期小浪底水库累计排沙分别为4.840亿t和21.546亿t,分别占水库运用以来排沙总量的18.3%、81.5%。研究表明,入库水量与回水长度是影响汛前调水调沙期小浪底水库排沙效果的主要因素;入库水量越大,回水长度越短,排沙效果越好。通过多元回归得到了汛前调水调沙期小浪底水库排沙量与影响因素的关系。汛期洪水期小浪底水库排沙主要影响因素为壅水指标和进出库流量比,通过研究量化了汛期洪水期排沙比与影响因素的关系。

水库大坝自动化监测系统应用研究

为解决传统水库大坝人工监测方法效率低、监测成果存在滞后性等弊端,以物联网传感、云服务等技术方法为基础,设计开发水库大坝自动化监测系统。通过对系统框架结构、多方式通信组网进行设计建设,利用多类型监测子系统获取水库大坝安全监测数据,并通过监测云平台进行数据成果可视化展示。为验证监测系统的可靠性,以某大型水库监测项目为研究对象,对监测系统运行期间的稳定性进行分析验证,并将监测系统数据成果与测区气象站、人工复核数据进行对比分析,全方位验证了水库大坝自动化监测系统的运行稳定性及成果可靠性,为水利工程枢纽动态监测提供了便捷可靠的解决方案。

循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。

双峰寺水库大坝上游柔性防渗设计和施工要点分析

碾压混凝土大坝上游防渗设计和施工是这类坝型需要重视的关键环节,而碾压混凝土层面结合质量直接影响坝体的抗渗性,往往是碾压混凝土大坝防渗的薄弱环节。从碾压混凝土上游防渗设计、表面辅助防渗方案选择、原材料性能和施工要点等方面开展研究,最后选定双峰寺水库大坝上游防渗设计方案,明确施工要点,保证工程顺利实施。

渗流—应力耦合下隧道爆破开挖对邻近水坝影响因素分析

为研究隧道爆破施工作用下邻近水库大坝的安全性,以浙江义东高速公路防军隧道出口段麻车坑水库为研究对象,通过理论分析阐述了大坝的振动破坏过程,利用有限元软件MIDAS GTS NX数值模拟的手段,探讨了不同爆破炸药量、爆心距、坝前水位变化对水库大坝稳定性的影响,揭示了水库大坝应力与振速的变化规律,并进一步引入Morris筛选法对各因素的影响程度进行评价分析。研究结果表明,影响水库大坝稳定性控制变量因素的主次关系为炸药量>爆心距>坝前水位;水库大坝的应力峰值与振速峰值随着隧道炸药量的增大、坝前水位的增高、爆心距的减小而增大;隧道爆破施工时,可以采取提前排放库水、控制炸药量及爆心距等方式使水库大坝受到的损伤降到最低,研究结论可为邻近隧道爆破施工水库安全防护提供参考与借鉴。

隧道爆破施工对邻近水坝安全性影响分析

以义东高速防军隧道项目为依托,针对隧道爆破施工对邻近麻车坑水库坝体安全性影响进行研究。从混凝土损伤理论阐述了坝体的破坏过程,采用有限元软件MIDAS GTS NX建立隧道-水坝三维数值模型,通过分析坝体监测点的振速峰值、应力、位移及坝体边坡动安全系数,对其整体稳定性进行评估。结果表明,爆心距为100 m时,所产生的拉应力为0.1 kPa,此时隧道爆破对大坝的损伤几乎忽略不计;隧道爆破振动会导致坝体发生微小沉降变形,最大位移点在坝体中部,爆心距为70 m时,最小Y向位移约0.42 mm;水库大坝现场监测振速峰值为5.65 cm/s,模拟结果中振速峰值最大为2.6 cm/s,坝体边坡动安全系数最小值为1.034,结果均在安全范围内,这表明隧道出口段爆破施工结束后邻近水库坝体仍处于相对稳定状态,研究方法可为今后类似工程提供参考。

Dynamic dam-reservoir interaction analysis including effect of reservoir boundary absorption

Based on the scaled boundary finite-element method, the governing equations for the analysis of dam-reservoir interaction including the reservoir boundary absorption are developed. Coupling with the equation of dam-unbounded foundation interaction, it can effectively carry out the earthquake response analysis of dameservoir-foundation system. The proposed approach has the advantages that the effect of compressibility of reservoir water as well as the energy absorption of reservoir boundary on the earthquake response of arch dams and gravity dams can be efficiently evaluated and higher accuracy can be achieved. In comparison with the methods available in the literature, the computational cost can be reduced to a great extent. It facilitates the application of earthquake response analysis of dam-reservoir-foundation system including reservoir boundary absorption to the engineering practice.

水库近坝高位滑坡滑带抗剪强度参数综合确定研究

滑坡滑带的抗剪强度参数是进行滑坡稳定性评价和滑坡涌浪等灾害链研究必需的数据基础,科学合理确定滑带物理力学参数至关重要.本研究以澜沧江GS水电站MLS滑坡为依托,采用现场调查、大型原位剪切试验、室内重塑样剪切试验、室内原状样剪切试验、工程地质类比法及参数反分析法,综合确定滑带抗剪强度参数.采用数值模拟软件运用所得参数对滑坡进行变形破坏分析.数值计算结果与现场滑坡监测变形数据相吻合,验证了采用多方法综合选取滑带抗剪强度参数的准确性和合理性.研究成果可为MLS滑坡稳定评估和防治工程设计等提供技术支撑和参考借鉴依据.

滑坡堰塞坝漫顶溃决对外部动力条件的响应机制

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验,系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化,以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明:库容和入库流量通过控制溃决初始阶段堰塞湖水位变化速率,影响溯源冲刷效率,对初始阶段溃决历时产生显著影响;库容和入库流量通过控制溃口侧向侵蚀速率、影响加速冲蚀阶段溃口侧向展宽效率,对溃决峰值流量产生影响;加速冲蚀阶段溃口垂向侵蚀和侧向侵蚀对外部动力条件变化响应不一致,垂向侵蚀过程受到显著抑制。研究成果有助于深入认识堰塞坝漫顶溃决机制,并为相关防洪减灾工作提供参考。

水库大坝突发事件应急演练技术研究与实践综述

水库大坝突发事件应急演练是熟悉和校正应急预案、提升应急响应能力的重要手段,目前应急演练多关注险情应急处置工程措施,而对应急响应与处置过程中的洪水预报、险情捕捉与报告、信息流转、应急决策、现场处置、应急撤离等离散性环节缺少演练,演练效果评估方法缺失,开展应急演练新技术研究十分必要。在分析水库突发事件特点基础上,对国内外应急演练技术研究与实践现状进行了系统梳理,提出了考虑应急响应与处置离散性过程的水库突发事件应急演练技术路线。研究认为,水库突发事件应急演练技术可分角色、灾害类型、响应等级、预警时间和处置形式解析应急响应与处置机制;以时间为主线、角色为主体、事件发展为驱动力,建立应急演练框架体系;构建应急演练评价方法和技术标准,形成标准化的应急演练和评估模型;基于BPMN技术、可视化等技术开发信息化平台,对应急管理各主要环节模拟现实设定阻碍,输出角色和应急演练整体定量评估结果,从而达到有效应急演练目的。

区间水优先的水库群引供水调度规则研究

【目的】随着跨流域调水工程不断地发展与完善,没有调节能力的闸坝逐渐与水库共同参与到调度中来,对需要考虑多流域丰枯特性和多水库调节能力的调度规则制订提出了更大的挑战。【方法】为此,提出在调水中相对于水库优先利用区间水的原则,以此构建系统总弃水量最小的调度模型,利用改进的遗传算法求解得到调度规则。并且,以石湖-龙湾-碧流河水库与黑鱼汀闸坝联合的引洋入连引调水工程作为研究实例进行对比。【结果】结果显示,相比于常规调度,优先利用区间水的调度规则方案规避了系统深度破坏,满足95%保证率的城市供水需求,多年平均引水量增加了0.79亿m^(3),系统年均弃水量减少了2.1亿m^(3)。【结论】该研究方法较好地提高了区间水的利用率及系统的用水效率,可为有闸坝参与的跨流域调水系统的调度提供科学参考和技术支撑。

水库与水电站大坝安全评价体系对比研究

当前中国水库与水电站大坝采用不同的安全评价体系,为借鉴水电站大坝安全定检有关经验做法,查找水库大坝安全鉴定工作短板,主要从组织体系与技术体系两方面横向对比分析了水库与水电站大坝安全评价体系。水库与水电站大坝安全评价组织体系虽差别较大,但基本符合水利与能源系统大坝实际情况与特点;技术体系均以现场检查与监测资料分析为基础,分别按隐患类型、工程部位展开分项安全评价。建议从修订《水库大坝安全鉴定办法》、规范水库大坝安全监测工作、完善安全评价技术规范等方面进一步改进水库大坝安全鉴定工作。

基于COMSOL的不同库水位条件下土石坝坝坡稳定性分析

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一,坝体滑坡极易诱发地质灾害,严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响,以某均质土坝为研究背景,借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳状态下的塑性区和水平位移变化,基于有限元强度折减法分析正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下的坝坡稳定性。结果表明:随着库水位上升,土石坝内部浸润线位置提高,坝体的最大塑性应变和水平位移呈线性增大趋势,且最大值均出现在坝脚位置。坝脚处塑性区随折减系数SRF的增大逐渐向坝顶贯通,坝坡变形行为以剪切滑移为主。3种工况下稳定安全系数FOS分别为1.894、1.855和1.831,坝体稳定性不断降低,但均高于临界最小安全系数。

高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力研究综述

库坝区滑坡体入水激起的涌浪灾害链对水工建筑物构成安全威胁.本文对高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力相关研究成果和发展趋势进行综述,概述了国内外典型滑坡涌浪实例及其危害,基于规范推荐公式、物理模型试验和数值模拟方法对库区滑坡涌浪对大坝坝体冲击压力相关研究成果进行总结归纳,提出应关注涌浪二次冲击阶段对水工结构的影响、开展坝前涌浪回落对坝面构筑物结构产生拖曳力的相关研究.总结了涌浪对通航建筑物作用力的相关研究,分析表明,现有关于涌浪对通航建筑物作用力的研究并不完全适用于库区滑坡涌浪对高坝水工结构作用,需开展专题研究.在现状分析的基础上,对高坝大库滑坡涌·浪对水工建筑结构作用的进一步研究提出了建议与展望.