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尾矿库溃坝灾害应急响应时间短、潜在威胁巨大,往往造成惨重人员伤亡与巨额财产损失。尽管我国大力推进尾矿回收利用,2016年统计数据显示尾矿库总数仍高达8869座,其中1425座被列为高危险性“头顶库”(系指下游一公里内有居民区、工业厂房或其他重要设施的尾矿库)。本文以溃坝泥浆演进模拟研究这一议题为主线贯穿全文,主要利用了光滑无网格粒子法(SPH)、无人机摄影测量、全生命周期分析(LCA)等学科交叉新方法,研究溃坝泥浆在下游真实地形上演进的模拟预测方法,消除传统溃坝模拟中因忽略地形、相似比、大变形网格畸变而带来的误差,并列举出溃坝灾害防控改进措施,利用LCA计算揭示出尾矿湿排与干排工艺全生命周期环境影响差异,指明工艺改进主攻方向。研究结论总结如下:(1)通过实验室缩尺物理模拟与溃坝事故案例验证,表明SPH方法能够胜任此类问题计算。修改开源SPH求解代码,结合卫星遥感数字表面模型(DSM)数据在高性能计算集簇上实现了尾矿库溃坝泥浆向下游演进的大规模模拟计算与验证。(2)DSM结合SPH的尾矿库溃坝演进模拟方法的提出与应用。超前预测“头顶库”设计库容下溃坝泥浆在下游真实地形上的演进过程,并揭示了坝高、溃口宽度、泥浆黏度影响因素对于溃坝演进后果的影响规律,分析了不同布置类型拦挡坝防护效果。(3)尾矿库无人机摄影测量及其与SPH模拟融合的实现。利用无人机摄影测量重建得到高精度正射影像与DSM模型,实现库区及周边区域的全方位监测巡查,精度最高达到2.63cm/pixel,并结合SPH算法实现了更高分辨率的溃坝演进预测。(4)提出溃坝灾害防控改进措施,揭示不同排放工艺实施过程的环境负担。以华北某铁矿为工程背景,利用LCA计算工艺流程全生命周期环境指标差异,并据此分别指出工艺改进的重点方向。SPH数值计算是一种强大且先进的方法,适合尾矿库溃坝泥浆演进的模拟研究,建议推广于国内外尾矿库溃坝灾害防控与应急管理中。