彭浩，朱光源，張邵祥，蔣水華，蔡木良，黃勁松

(1.南昌大學(xué)工程建設(shè)學(xué)院，江西 南昌 330031;2.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 310058)

尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)安全生產(chǎn)過(guò)程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，但同時(shí)也是礦山企業(yè)最大的危險(xiǎn)源。一旦尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故，高勢(shì)能下泄尾砂流將對(duì)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境造成巨大影響[1]。洪水漫頂潰壩是尾礦庫(kù)較為常見(jiàn)的潰壩模式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001—2013年我國(guó)發(fā)生尾礦庫(kù)潰壩事故共計(jì)65起，其中由洪水漫頂引起的潰壩事故占潰壩事故總數(shù)的36.9%[2]。因此，研究尾礦庫(kù)漫頂潰壩的發(fā)展過(guò)程，分析下泄尾砂流的演進(jìn)規(guī)律，科學(xué)預(yù)測(cè)尾礦庫(kù)失事后果和制定科學(xué)合理的避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案，具有非常重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，數(shù)值模擬方法因成本低、耗時(shí)少等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越多地被應(yīng)用于解決尾礦庫(kù)潰壩過(guò)程仿真難題。鄭欣[3]利用Fluent軟件模擬了金山尾礦庫(kù)潰壩尾砂演進(jìn)過(guò)程，得到了下泄砂流的影響范圍。阮德修等[4]結(jié)合Flo2D軟件和3DMine數(shù)字礦山軟件實(shí)現(xiàn)了湖南某尾礦庫(kù)潰壩過(guò)程數(shù)值模擬。Mahdi等[5]發(fā)展了考慮下泄尾砂流非牛頓性質(zhì)和黏塑性關(guān)系的尾礦庫(kù)潰壩數(shù)值模擬方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加拿大Alberta尾礦庫(kù)潰壩尾砂演進(jìn)過(guò)程的合理預(yù)測(cè)。

盡管這些研究工作為解決尾礦庫(kù)潰壩模擬問(wèn)題提供了有效途徑，但是目前的方法通常將潰壩尾砂流視作物理性質(zhì)恒定不變的非牛頓流體，并沒(méi)有考慮尾礦庫(kù)在發(fā)生漫頂潰壩過(guò)程中水對(duì)尾砂的沖刷作用以及下泄尾砂流含沙量的時(shí)變特征。為此，本文依托江西省永平銅礦燕倉(cāng)尾礦庫(kù)5號(hào)副壩，利用Civil-3D軟件建立尾礦庫(kù)及下游區(qū)域三維幾何模型，采用RNGk-ε湍流模型和泥沙沖刷模型構(gòu)建尾礦庫(kù)漫頂潰壩水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型，對(duì)尾礦庫(kù)漫頂潰壩過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化模擬，預(yù)測(cè)潰壩淹沒(méi)范圍及下游村莊的淹沒(méi)水深、泥沙淤積厚度、流速等關(guān)鍵信息。在此基礎(chǔ)上，制定避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案，為尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)管理與決策提供理論依據(jù)。

1 尾礦庫(kù)漫頂潰壩數(shù)值模擬

本文在Flow-3D軟件平臺(tái)上，采用RNGk-ε湍流模型和泥沙沖刷模型構(gòu)建尾礦庫(kù)漫頂潰壩水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型[6-8]。

1.1 水流控制方程

在笛卡爾坐標(biāo)系中，潰壩水流可視做不可壓縮流體，采用連續(xù)方程和Navier-Stokes動(dòng)量方程描述流體運(yùn)動(dòng)[9]，其中連續(xù)方程為

(1)

Navier-Stokes動(dòng)量方程[9]為

(2)

式中：u，v，w分別為流體在x，y，z3個(gè)方向的流速分量；Ax，Ay，Az分別為在計(jì)算單元中各截面流體所占面積與截面總面積的比值；VF為計(jì)算單元中的流體體積分?jǐn)?shù)；p為壓強(qiáng)；ρ為流體密度；gz，gy，gz分別為3個(gè)方向的重力加速度；fx，fy，fz分別為3個(gè)方向的黏滯力加速度。

1.2 RNG k-ε湍流模型

RNGk-ε湍流模型由Yakhot等[10]于1986年提出。該模型基于嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，在傳統(tǒng)k-ε湍流模型的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，能夠有效地解決低雷諾數(shù)和具有強(qiáng)剪切區(qū)的湍流流動(dòng)問(wèn)題，計(jì)算精度高，適用范圍廣。其控制方程包括紊動(dòng)能k方程和耗散率ε方程如下：

(3)

(4)

式中：k為紊動(dòng)能；ε為紊動(dòng)能耗散率；μ為流體動(dòng)力黏滯系數(shù)；μt為流體湍動(dòng)黏度；Gk為紊動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；αk，αε，C1ε，C2ε為無(wú)量綱系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，這些參數(shù)取值為αk=αε=1.39，C1ε=1.42，C2ε=1.68。

1.3 泥沙沖刷模型

泥沙沖刷模型[9,11]通過(guò)以下4個(gè)方面的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)泥沙沖刷、淤積和運(yùn)移的精細(xì)化模擬：(1)泥沙起動(dòng)計(jì)算；(2)泥沙沉降計(jì)算；(3)懸浮泥沙隨流體運(yùn)移計(jì)算；(4)推移質(zhì)泥沙運(yùn)移計(jì)算。

泥沙起動(dòng)指的是水流的拖拽使得沉積在河床上的泥沙被水流帶走，成為懸浮泥沙；沉降指的是水流中的懸浮泥沙在重力作用下沉積。泥沙的挾帶和沉降需依據(jù)水流速度而定，當(dāng)水流速度大于泥沙起動(dòng)速度時(shí)，泥沙將懸浮在水流中運(yùn)動(dòng)；當(dāng)水流速度小于泥沙沉降速度時(shí)，泥沙將逐漸沉積或沿河床推移運(yùn)動(dòng)。

1.4 邊界條件

數(shù)值模型所涉及的邊界條件主要包括入流邊界、壁面邊界、出流邊界和對(duì)稱邊界四大類。

(1) 入流邊界。主要包括壓力邊界、流速邊界、流量邊界。由于水深和壓力具有相關(guān)性，壓力邊界主要約束了邊界處的壓力和水深；流速邊界和流量邊界主要通過(guò)約束邊界處的流速和流量來(lái)控制入流條件。

(2) 壁面邊界。Flow-3D中常用固壁邊界來(lái)模擬壁面約束，在邊界處應(yīng)用無(wú)滑移條件以及垂直于邊界的零速度條件來(lái)模擬在流體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中的固體邊壁約束。

(3) 出流邊界。出流邊界包括連續(xù)邊界和自由出流邊界。連續(xù)邊界流速梯度和壓力梯度為0，即流體流經(jīng)邊界時(shí)各個(gè)物理參數(shù)恒定不變，該邊界對(duì)計(jì)算結(jié)果干擾較大。自由出流邊界假設(shè)邊界符合Sommerfeld Radiation條件，流體在流經(jīng)該邊界時(shí)的擾動(dòng)和波動(dòng)是平順的，較為符合實(shí)際情況。

(4) 對(duì)稱邊界。對(duì)稱邊界條件在邊界處應(yīng)用零梯度條件以及垂直于邊界的零速度條件。對(duì)于具有對(duì)稱性的計(jì)算模型，可運(yùn)用對(duì)稱邊界減小計(jì)算量。另外，若在建模時(shí)劃分了多個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，則網(wǎng)格區(qū)域的邊界重合處需要設(shè)置為對(duì)稱邊界條件以進(jìn)行網(wǎng)格區(qū)域間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格區(qū)域的連接。

2 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所建立的尾礦庫(kù)漫頂潰壩水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型的有效性，首先選取文獻(xiàn)[12]中漫頂潰壩水槽試驗(yàn)為典型算例進(jìn)行模型驗(yàn)證。

2.1 計(jì)算模型

該試驗(yàn)在一長(zhǎng)17 m，寬1.2 m的水槽中進(jìn)行，如圖1所示[12]。槽頂距地面2.4 m，槽深1.5 m，坡度為0。水槽上端為一個(gè)5.0 m×5.0 m蓄水池，池深2.4 m。試驗(yàn)中壩高設(shè)置為1.2 m，頂寬0.2 m，上游壩坡為1:1.25，下游壩坡為1:1.2。為保證下游坡面沖刷均勻，試驗(yàn)開(kāi)始前在壩頂布置一塊高0.1 m的擋板，之后供水水箱持續(xù)向蓄水池內(nèi)供水。當(dāng)壩前水位與擋板上緣平齊時(shí)，迅速提起擋板，潰壩開(kāi)始。潰壩試驗(yàn)過(guò)程中供水水箱的供水流量恒定為20 L·s-1。

圖1 水槽模型試驗(yàn)平面布置圖[12]

根據(jù)漫頂潰壩水槽試驗(yàn)建立三維數(shù)值模型并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，數(shù)值模型尺寸與室內(nèi)試驗(yàn)裝置尺寸相同，如圖2所示。整個(gè)壩體由無(wú)黏性砂組成，中值粒徑為3.77 mm，密度為2 650 kg·m-3，臨界希爾茲系數(shù)采用Soulsby-Whitehouse公式計(jì)算[11]。為了模擬室內(nèi)潰壩試驗(yàn)初始條件，上游水深設(shè)為1.3 m(高出壩頂0.1 m)。

圖2 水槽模型網(wǎng)格剖分

采用正六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分。根據(jù)該模型幾何特征，設(shè)置了兩個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，這兩個(gè)網(wǎng)格區(qū)域的網(wǎng)格尺寸均為0.1 m×0.1 m×0.1m。網(wǎng)格區(qū)域2的上游側(cè)設(shè)置為流量邊界(Q)，用于模擬試驗(yàn)過(guò)程中的上游來(lái)水；網(wǎng)格區(qū)域1和區(qū)域2重合邊界處定義為對(duì)稱邊界(S)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格區(qū)域連接；模型上方設(shè)置為壓力邊界(P)，模擬大氣壓條件，壓力設(shè)置為101.325 kPa；網(wǎng)格區(qū)域1的下游側(cè)設(shè)置為自由出流邊界(O)；其余部分定義為無(wú)滑移固壁邊界(W)，如表1所示。為與文獻(xiàn)[12]中物理試驗(yàn)時(shí)間保持一致，數(shù)值模擬時(shí)間也設(shè)為250 s。

表1 水槽模型邊界條件

2.2 潰口流量分析

圖3給出了水槽模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬獲得的潰口流量qV隨時(shí)間t的變化關(guān)系曲線。可知，潰壩發(fā)生以后，潰口流量短時(shí)間內(nèi)迅速增大，到達(dá)峰值后開(kāi)始下降，并逐漸趨近于上游來(lái)流流量，這顯然符合漫頂潰壩潰口流量發(fā)展的一般規(guī)律[13]。本文通過(guò)數(shù)值模擬得到的各個(gè)時(shí)刻潰口流量變化規(guī)律與實(shí)測(cè)值基本吻合，表明本文所建立的尾礦庫(kù)漫頂潰壩水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型有效、可行。

t/s

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

本文以江西省永平銅礦燕倉(cāng)尾礦庫(kù)5號(hào)副壩[7]為例，進(jìn)行漫頂潰壩尾礦演進(jìn)過(guò)程模擬。該副壩初期壩為均質(zhì)黏土壩，軸線底部高程為129.5 m，初期壩頂高程為135.0 m，設(shè)計(jì)外坡比為1:2，設(shè)計(jì)內(nèi)坡比為1:2.5，壩頂寬為3 m；堆積壩采用上游法進(jìn)行分散管放礦堆筑，最終堆積壩頂高程為150 m。正常蓄水位為146.5 m，設(shè)計(jì)外坡比為1:5，設(shè)計(jì)干灘坡度為1:167。尾礦壩下游約2 km范圍內(nèi)有兩個(gè)村莊以及多條公路和大面積農(nóng)田，如圖4所示。

圖4 尾礦庫(kù)下游衛(wèi)星圖

3.2 潰壩模型

根據(jù)尾礦庫(kù)實(shí)際尺寸以及下游地形圖，基于地形等高線和高程點(diǎn)信息，采用Civil-3D軟件建立尾礦庫(kù)及下游2 km范圍內(nèi)地形和房屋的實(shí)體幾何模型。為提高計(jì)算效率，本數(shù)值模擬洪水重現(xiàn)期取規(guī)范上限1 000年，根據(jù)《江西省暴雨洪水查算手冊(cè)》推薦方法，計(jì)算出千年一遇洪水總量為6.15×105m3，與庫(kù)區(qū)內(nèi)能容納水量(6.19×105m3)相差不大。故可在模擬開(kāi)始時(shí)預(yù)先在庫(kù)區(qū)內(nèi)充滿水體，保持庫(kù)水位與壩頂高程相等。尾礦庫(kù)遭遇洪水漫頂時(shí)，壩頂最薄弱部位一般先形成主潰口，但是數(shù)值模擬無(wú)法模擬壩頂最薄弱部位。故本文按照文獻(xiàn)[8]的做法，在尾礦壩中部位置預(yù)先設(shè)置一個(gè)寬30 m和深3 m的矩形斷面初始潰口，將漫頂過(guò)程逐漸導(dǎo)向最危險(xiǎn)工況發(fā)展。

為了分析潰壩尾砂流演進(jìn)過(guò)程及其對(duì)下游村莊的影響，在尾礦庫(kù)下游設(shè)置了若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)以獲取下游關(guān)鍵區(qū)域的淹沒(méi)信息。如圖5所示，在新巖前村內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)1，其高程為107.12 m；因塘棣源村面積較大，房屋分布較廣，設(shè)置了2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別是位于村口的監(jiān)測(cè)點(diǎn)2和位于村內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)3，其高程分別為90，92.69 m。

圖5 尾礦庫(kù)及下游地形三維模型

為了保證數(shù)值模擬精度和效率，將研究區(qū)域劃分為兩個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，如圖6所示。其計(jì)算網(wǎng)格尺寸均為3 m×3 m×3 m，總有效網(wǎng)格數(shù)約為450萬(wàn)。模型上方設(shè)置為壓力邊界(P)，模擬大氣壓條件，壓力值為101.325 kPa；網(wǎng)格區(qū)域1和區(qū)域2重合邊界處定義為對(duì)稱邊界(S)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格區(qū)域連接；模型下游出口處設(shè)置為自由出流邊界(O)；其余部分有山體阻擋或者為地面，定義為無(wú)滑移固壁邊界(W)。具體邊界條件設(shè)置見(jiàn)表2。此外，泥沙模型參數(shù)設(shè)置如下：平均粒徑為0.112 mm，密度為2 940 kg·m-3，臨界希爾茲系數(shù)為0.05；挾帶系數(shù)為0.01，推移質(zhì)系數(shù)為8，休止角為34.7°。經(jīng)多次試算確定漫頂潰壩數(shù)值模擬時(shí)間為3 200 s。

表2 尾礦庫(kù)三維模型邊界條件設(shè)定

圖6 三維數(shù)值模型網(wǎng)格剖分

3.3 潰壩尾砂流演進(jìn)過(guò)程及流速

為分析潰壩尾砂流演進(jìn)過(guò)程及流速變化規(guī)律，圖7給出了不同時(shí)刻的潰壩尾砂流流速變化云圖。

漫頂發(fā)生后100 s，見(jiàn)圖7(a)，潰口水流通過(guò)初始潰口向下游演進(jìn)并逐漸沖刷壩體，形成的挾砂水流演進(jìn)至尾礦庫(kù)下游約200 m處，潰口流速約為7 m·s-1。潰壩發(fā)生后500 s，見(jiàn)圖7(b)，潰口繼續(xù)擴(kuò)寬并向上游發(fā)展，潰壩尾砂流已經(jīng)演進(jìn)至尾礦庫(kù)下游約1 000 m處，其流速約為5 m·s-1，即將對(duì)塘棣源村造成影響。相比之下，新巖前村地勢(shì)較高，只有少量潰壩尾砂流越過(guò)山地，進(jìn)入新巖前村。潰壩發(fā)生后1 000 s，見(jiàn)圖7(c)，在水流的沖刷作用下潰口持續(xù)向上游發(fā)展，此時(shí)潰壩尾砂流一部分已經(jīng)進(jìn)入新巖前村內(nèi)，村內(nèi)尾砂流流速在0～3 m·s-1范圍內(nèi)變化，但是由于新巖前村內(nèi)建筑物地勢(shì)較高，潰壩尾砂流并沒(méi)有對(duì)其產(chǎn)生影響。另一方面，潰壩尾砂流已經(jīng)演進(jìn)至塘棣源村，靠近房屋處尾砂流流速約為5 m·s-1。潰壩發(fā)生后1 500 s，見(jiàn)圖7(d)，由于庫(kù)水較少，庫(kù)內(nèi)尾砂的沖刷和侵蝕作用較小，因而下泄尾砂流也較少，但是溝谷中和新巖前村內(nèi)的尾砂流仍然持續(xù)向下游演進(jìn)，導(dǎo)致下游地勢(shì)較低的塘棣源村的尾砂流流速并未明顯減弱，維持在4 m·s-1左右。潰壩發(fā)生后2 000 s，見(jiàn)圖7(e)，庫(kù)水已經(jīng)下泄完畢，下游區(qū)域僅剩塘棣源村前還有潰壩尾砂流以較低的流速演進(jìn)。潰壩發(fā)生后3 200 s，見(jiàn)圖7(f)，尾礦庫(kù)下游區(qū)域已無(wú)尾砂流演進(jìn)，大量泥沙已經(jīng)沿程淤積。

(a) 100 s

3.4 淹沒(méi)深度

圖8給出了3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的淹沒(méi)水深h隨時(shí)間t的變化關(guān)系曲線。可知，潰壩尾砂流在漫頂后約750 s到達(dá)新巖前村口監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處，約1 190 s達(dá)到峰值，峰值水深為3.42 m；潰壩尾砂流在漫頂后約570 s到達(dá)位于塘棣源村口的監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處，約1 330 s達(dá)到峰值，峰值水深為4.56 m；潰壩尾砂流在漫頂后約860 s到達(dá)位于塘棣源村內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)3處，約970 s達(dá)到峰值，峰值水深為1.77 m。由于潰壩尾砂流在沿下游溝谷演進(jìn)過(guò)程中遭遇了山體地形阻攔被分為了兩股(見(jiàn)圖7)，其中一股在分岔口跨過(guò)地形直接演進(jìn)至塘棣源村，導(dǎo)致布置于該村的監(jiān)測(cè)點(diǎn)2和監(jiān)測(cè)點(diǎn)3處的水位上升，隨著該股尾砂流持續(xù)向下游演進(jìn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2和監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的水位逐漸達(dá)到局部峰值后開(kāi)始下降；另一股尾砂流越過(guò)地形演進(jìn)至新巖前村，隨后繼續(xù)演進(jìn)至塘棣源村，到達(dá)塘棣源村的時(shí)間較晚，這便造成了塘棣源村監(jiān)測(cè)點(diǎn)2的水位第2次上升至局部峰值而后再次下降。此外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3由于地勢(shì)較高，當(dāng)?shù)?股尾砂流消散后，第2股尾砂流還未到達(dá)，故該監(jiān)測(cè)點(diǎn)水深在潰壩后1 000 s驟減至0。

t/s

結(jié)合布置于村莊內(nèi)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程和峰值水深信息可知，新巖前村內(nèi)底部高程低于110.5 m的房屋建筑物將會(huì)受到潰壩尾砂流影響；而塘棣源村內(nèi)底部高程低于94.5 m的房屋建筑物將會(huì)受到潰壩尾砂流影響。

3.5 最大淹沒(méi)范圍及尾砂淤積情況

由上述潰壩尾砂流演進(jìn)分析可知，新巖前村和塘棣源村出現(xiàn)最大淹沒(méi)的時(shí)刻分別是在漫頂發(fā)生后1 160，1 280 s，見(jiàn)圖9。潰壩尾砂流進(jìn)入新巖前村后主要聚集于村內(nèi)低洼處，但村內(nèi)房屋總體地勢(shì)較高，房屋最低高程為112.12 m，高于110.5 m，故該村房屋均不受潰壩尾砂流的影響。塘棣源村內(nèi)部分房屋低于94.5 m，存在被尾砂流沖擊和淹沒(méi)的可能性，故該村受到潰壩的影響較大。

(a) 新巖前村

下泄尾砂總量約為4.82×105m3，大量淤積于尾礦庫(kù)下游溝谷和兩個(gè)村莊中，掩埋或損壞村內(nèi)的房屋、道路等設(shè)施。圖10為潰壩結(jié)束后下游尾砂淤積云圖。可以清楚看出，潰壩后的泥沙淤積分布情況。尾砂在新巖前村淤積較輕，并且由于該村房屋建筑物地勢(shì)較高，淤積尾砂并未對(duì)其造成影響。大量尾砂淤積于塘棣源村以及塘棣源村前農(nóng)田處，地勢(shì)低洼處尾砂淤積厚度達(dá)到10 m左右，部分地勢(shì)較低的房屋建筑物將受到較為嚴(yán)重的淤積尾砂的影響，甚至存在被尾砂完全掩埋的可能性。

圖10 尾砂淤積云圖

4 避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案

由上述尾砂流演進(jìn)分析結(jié)果可知，永平銅礦燕倉(cāng)尾礦庫(kù)發(fā)生漫頂潰壩后，新巖前村房屋均不受潰壩尾砂流的影響，而塘棣源村內(nèi)高程低于94.5 m的房屋建筑物將受到尾砂流沖擊或掩埋，故需要提前制定受災(zāi)人員的疏散、撤離和避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案。轉(zhuǎn)移方案的制定步驟主要如下：(1)根據(jù)區(qū)域地形、交通以及事故影響范圍等信息，選取合適的應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所中心點(diǎn)；(2)根據(jù)需轉(zhuǎn)移人數(shù)確定應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所，可以按步驟(1)確定的中心點(diǎn)為圓心規(guī)劃一個(gè)平面圓形區(qū)域作為應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所[14]；(3)計(jì)算受災(zāi)人員到達(dá)應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所的時(shí)間。

應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所中心點(diǎn)的選取一方面應(yīng)遵循安全性的原則，即此地不會(huì)被潰壩尾砂流沖擊或掩埋。在能夠保證本身安全的前提下，盡可能考慮能夠容納較多的人口，并遠(yuǎn)離災(zāi)害源，選擇地勢(shì)相對(duì)較高的地方；另一方面應(yīng)考慮可達(dá)性，即受災(zāi)人員能否快速到達(dá)事先安置好的應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所。在遵循上述兩個(gè)原則的前提下，還應(yīng)確保所選地點(diǎn)盡可能靠近道路，便于人員迅速撤離至應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，塘棣源村共計(jì)15戶61人將受到尾砂流威脅，根據(jù)《避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移圖編制技術(shù)要求(試行)》[15]規(guī)定，應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所人均面積不小于3 m2，由此可確定應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所面積應(yīng)不小于183 m2。故應(yīng)急避險(xiǎn)圓形場(chǎng)所半徑擬定為8 m，總面積約為200 m2，可以滿足受災(zāi)人員安置要求。

塘棣源村內(nèi)道路縱橫，撤離最短路線總路程與受災(zāi)房屋到應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所中心點(diǎn)的直線距離相差不大，故選取受災(zāi)房屋到應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所中心點(diǎn)的直線作為轉(zhuǎn)移路線，以此來(lái)估算人員撤離時(shí)間。人員撤離速度取4 m·s-1[14]。經(jīng)計(jì)算，各受災(zāi)居民的轉(zhuǎn)移距離在181.26～289.32 m范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)移時(shí)間在45.32～72.33 s內(nèi)。由3.4節(jié)可知，潰壩尾砂流在漫頂發(fā)生后570 s到達(dá)塘棣源村。這表明，按照上述方法制定的避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案(圖11)，可在確保預(yù)警工作有效的前提下，塘棣源村可能受災(zāi)的居民有充足的時(shí)間完成疏散、撤離和避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。

圖11 塘棣源村居民避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案示意圖

5 結(jié)論

(1) 從尾砂流流速、流深、淹沒(méi)范圍、泥沙淤積厚度等方面調(diào)查了尾砂流對(duì)下游居民、村莊公路和農(nóng)田等造成的影響。燕倉(cāng)尾礦庫(kù)漫頂潰壩下泄尾砂共計(jì)4.82×105m3，大部分尾砂沿程淤積，其中一部分會(huì)尾砂淹沒(méi)村莊公路和農(nóng)田。其中，新巖前村淹沒(méi)高度為110.5 m，但因新巖前村房屋建筑物高程均高于110.5 m，故該村基本沒(méi)有受到潰壩尾砂流影響；相比之下，塘棣源村淹沒(méi)高度為94.5 m，因該村部分房屋高程低于94.5 m，故受到了潰壩尾砂流沖擊或淤埋等嚴(yán)重影響。

(2)在潰壩尾砂流演進(jìn)模擬的基礎(chǔ)上制定了塘棣源村居民的避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案。潰壩尾砂流到達(dá)塘棣源村時(shí)間為570 s，該村居民轉(zhuǎn)移時(shí)間為45.32～72.33 s。在保證預(yù)警工作有效的前提下，該村居民有充足的時(shí)間按照制定的方案完成避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。