金沙江沃达潜在滑坡诱发灾害链成灾过程数值模拟

在青藏高原及其周边山区,滑坡通常具有规模大、流动性强、危害严重等特点,并以灾害链的形式形成巨灾,灾害链通过时间和空间上的大幅延拓极大地增加灾害的危害性。针对滑坡-堰塞湖-溃决洪水灾害链成灾特点,根据其运动演进物理过程划分为三个阶段：滑坡运动阶段、滑坡堵江阶段、堰塞湖溃决阶段,分别研究各演进阶段物理机理、动力学模型与高效算法,各阶段之间通过数据链进行传递,进而实现滑坡-堰塞湖-溃决洪水运动演进全程计算模拟和预测。最后以金沙江沃达滑坡潜在灾害链为案例,实现了灾害链成灾全过程模拟与预测评价,研究成果对灾害链防灾减灾具有重要支撑作用。     

沟谷灾害链演化模式与风险防控对策（特约稿）

沟谷灾害链是近期才引起学界关注的灾害类型,也是川藏铁路交通廊道建设和运营中面临的巨大挑战。本研究提出了沟谷灾害链的定义及组成要素,通过分析大量已发生沟谷灾害链事件,总结了沟谷灾害链的特性与类型、归纳出常见沟谷灾害链的演化模式、探讨了影响沟谷灾害链的关键物理过程,提出了沟谷灾害链的风险评估及防控对策新思路,取得了以下结论：1）沟谷灾害链由潜在孕灾体、原生灾害、次生灾害（系列）和承灾体构成,具有时间相接、空间相连、因果关联、链式演进的典型特性;根据原生灾害类型可将沟谷灾害链分为滑坡灾害链、泥石流灾害链和冰湖灾害链3个大类和11个小类,这些演化模式可以通过三个关键过程（崩塌/滑坡-碎屑流/泥石流、滑坡/泥石流堵江-堰塞湖、堰塞湖/冰湖溃决）组合得到;2）沟谷灾害链的形成包含两种模式,一是原生灾害体的物理力学性质在运动中发生改变而形成次生灾害,二是原生灾害改变次生灾害体的形成条件进而诱发次生灾害;3) 沟谷灾害链的风险评估要同时关注原生灾害的起动机制和次生灾害的链生机制,要强化潜在灾害链物源的准确识别,加强对灾种转化过程的科学认识,量化灾种转化机制和临界条件,构建灾害链全过程数值模拟评估方法,开展未来情景下沟谷灾害链的演进过程和风险评估;4）沟谷灾害链的防控研究在目前仍处于起步阶段,应在提高对沟谷灾害链科学认识的基础上,建立完善的沟谷灾害链早期识别、监测预警、模拟评估、应急处置、工程治理、应急避险和风险管理综合治理体系。     

滑坡涌浪诱发冰湖溃决灾害链过程分析与模拟

近年来滑坡诱发冰湖溃决灾害链发生频率日趋增加,对下游居民及工程设施安全造成严重威胁。为定量描述滑坡诱发冰湖溃决灾害链危害,通过系统分析该灾害链的演化过程及阶段特征,将其划分为四个子阶段：滑坡运动、涌浪传播、冰湖溃决、洪水传播;分别研究各子阶段演化的物理机理及关键因子,建立了相应的数学模型与计算方法,如滑坡运动采用Savage-Hutter模型、涌浪及洪水传播采用浅水波方程等;通过确定各子阶段之间的衔接因子,如滑坡运动特征、涌浪传播特征、坝体溃决特征等,实现了各子阶段的过程耦合与数据传递,建立了滑坡-涌浪-冰湖溃决-洪水灾害链的全过程物理模型,最终完成了该灾害链的过程模拟与危险分析。为验证所建立模型与计算方法的可行性,以四川省甘孜藏族自治州雅拉乡木格措冰湖潜在灾害链为案例,结合现场勘查与卫星影像数据,开展不同情境如暴雨或上下游级联溃决等条件下灾害链的过程模拟与危险分析,且将模拟结果与经验公式计算数据进行对比。结果表明,本文所提方法可较好的完成滑坡诱发冰湖溃决灾害链过程模拟,模型模拟数据与经验公式计算数据较为吻合,且考虑暴雨或上下游级联溃决条件时下游洪水流量呈显著增加趋势。本文研究成果提供了一种新的滑坡诱发冰湖溃决灾害链研究思路,对该灾害链的防灾减灾技术具有重要支撑作用。     

堰塞体状态相关剪胀理论与坝体溃决演化规律研究构想（特约稿）

堰塞体一般在自然力作用下瞬间形成,堆积体具有空间结构复杂、坝料级配宽泛、稳定性差、易在水流冲刷下发生溃决等特点。堰塞体作为一种重大的水旱自然灾害,其安全评价和灾害预测是国内外学者关注的焦点,目前尚有很多问题需要解决,包括：（1）堆积体由天然宽级配土石料构成,表现出显著的状态相关性,缺乏正确描述这种宽级配堆石料的状态相关剪胀理论与本构模型;（2）堰塞体形成后,会受上游堰塞湖水位抬升、持续非稳定渗流、湖区滑坡涌浪、后期地震等外荷载作用的影响,缺乏稳定性评判的标准和方法;（3）堰塞体缺乏必要的洪水溢流设施,容易发生溃决,且溃决水流冲蚀过程呈明显的非线性特点,溃口水力要素指标呈强非恒定流特征,缺乏反映宽级配堰塞体材料冲蚀机理的溃决过程数学模型。为此,有必要采取现场勘查、多尺度物理模型试验、数值仿真等综合手段开展研究,揭示堰塞体外观形态、内部结构和材料宏观力学特性及其时空变异规律,提出状态相关（级配、孔隙比、应力水平）的宽级配堰塞体材料剪胀方程,建立能适应复杂应力路径的广义弹塑性本构模型与坝体极限平衡分析方法;开展大型水工模型试验和溃坝离心模型试验研究,揭示非恒定流作用下堰塞体材料的动态冲蚀特性与堰塞体溃口演化规律,建立非恒定流作用时溃口动边界条件下的挟砂水流冲蚀方程,提出考虑流固耦合的堰塞体溃决过程数学模型,实现堰塞体漫顶或渗透破坏溃坝全过程水流运动特征、坝料输移规律、溃口演化过程及结构失稳的数值模拟。综合可靠度理论与溃坝过程数值模拟方法,提出能考虑流固耦合的堰塞体渗流、变形、稳定和溃决过程的一体化数值仿真平台,构建堰塞体全生命周期安全评价与灾变模拟理论体系与方法,为提升我国堰塞体防灾减灾决策水平提供科学的理论与技术支撑。     

干旱灾害成灾过程数值模拟研究

以有限区域大气运动模式和土壤水热传导模式为基础,采用地表水分蒸发、地表水渗透、植被的蒸腾作用与根系吸水作用、地面风场4种过程作为模型的耦合方案,建立了用于干旱灾害成灾过程数值模拟的数学耦合模型.利用该数学模型模拟计算了1995年7月1～30日发生在长江中下游地区的干旱灾害,其干旱过程可分为土壤可供水量满足农作物需水量阶段、根系层土壤供水量小于农作物需水量阶段、农作物干旱阶段3个阶段,实践证明该模型对干旱灾害的发生发展过程具有很好的模拟能力.     

堰塞湖风险评估快速检测与应急抢险技术和装备研发研究构想与成果展望

我国堰塞湖灾害发生频率高、分布范围广、受灾群众多、经济损失大,提升堰塞湖灾害防灾减灾救灾能力是国家重大需求。目前,我国堰塞湖风险快速评估与应急抢险技术和装备研究尚处于起步和探索阶段：在理论方面对堰塞坝成生机制及溃决机理尚认识不清；在技术方面目前已有的堰塞湖风险快速评估方法及应急处置装备尚不能满足堰塞湖高效应急抢险的需求。针对堰塞湖风险快速评估与应急处置这一国家重大需求,拟运用现代地质学、水沙动力学与信息学等多学科综合交叉与融合的手段,旨在解决“基于岸坡地质和运动过程分析的堰塞体形成机理、不同结构及变化环境下的堰塞体溃决机理”两大科学问题,突破“堰塞湖多源信息快速感知与动态识别和结构探测技术、基于携砂水流的堰塞体溃决过程模拟技术、考虑结构形态要素的堰塞湖致灾风险评估技术、堰塞湖高效排水疏通及堰塞体流道控制技术”四大关键技术,形成完善的堰塞湖风险评估体系及应急抢险成套技术和装备。通过开展堰塞体形成与溃决机理及溃决过程、多源信息快速感知与探测、险情应急监控与预警、致灾风险评估、高风险堰塞湖应急处置技术及应急抢险关键装备研发等六个方面的系统研究工作,破解堰塞湖成生及溃决难题,构建堰塞湖风险评估理论体系,最终形成成套堰塞湖应急处置技术和装备并进行示范应用,以期通过协作攻关研究进而提升我国堰塞湖应急处置与抢险水平并为保障人民生命财产安全提供科技支撑。