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长白山火山泥石流启动运移机理及灾害预测

长白山；火山泥石流；数值模拟；灾害预测

长白山天池火山坐落于中朝边境，是一座由碱性岩构成的大型复式火山。火山顶部存在一个体积为2.04 km³的火山口湖，周围分布着大量的火山碎屑沉积物。长白山景区作为国家5A级旅游景区，不仅是重要的自然与文化遗产，也是生态环境、水利水电及矿产等资源的聚集区。然而，由于其特殊的地质构造和活跃的地质过程，该区域潜藏着重大灾害风险。火山喷发、湖底隆起及滑坡等地质活动可能导致火山口湖溃决，进而引发大规模火山泥石流灾害。这种灾害链效应不仅会严重威胁下游地区居民的生命财产安全，还可能对松花江、鸭绿江和图们江中上游的梯级水电站引发连锁性破坏，导致沿江两岸遭受严重灾害，造成重大人员伤亡和经济损失。

本文综合运用现场调查、历史资料分析及室内试验等方法，系统分析历史火山泥石流沉积相模式，揭示长白山火山喷发诱发火山泥石流的形成机理与演化过程；基于火山泥石流的复杂物源特征，建立流体输运过程的水动力模型；并重建了千年喷发后发生的灾难性火山泥石流的水文过程；基于构建的火山泥石流灾害危险性评估框架，实现了长白山地区火山泥石流灾害的危险性评估，并提出了针对性的防灾减灾对策与建议。

取得的主要研究结果概括如下：

1、基于火山泥石流野外调查及历史资料分析，系统总结了长白山地区历史火山泥石流的空间分布、沉积序列及粒度特征。结合二道白河流域火山泥石流沉积单元的特征，构建了一套长白山火山ME后火山泥石流的演化阶段图，揭示了火山下游沉积物是由多次高强度水文事件和低强度地表径流共同作用的形成机制。同时，研究指出三道白河、图们江和鸭绿江流域的小规模火山泥石流事件也同步发生。

2、针对火山松散堆积物中颗粒成分的异质性，提出了一种基于深度平均理论的数值模型，用于模拟多组分火山泥石流的传播过程。

3、基于Qt框架开发了一套跨平台火山泥石流数值模拟系统。通过实时获取流体与泥沙输运的瞬态信息，能够预测火山泥石流的流经区域、抵达时间及流动特征，实现了长白山火山泥石流的动态可视化模拟。基于假设情景的未来事件模拟结果，提供了淹没范围及运动特征的分析。

4、针对ME后火山口湖溃决的火山泥石流事件，建立了一个重建历史火山泥石流的系统模型。通过提出一种参数拟合框架，用于匹配下游流域的地质记录。

5、基于长白山火山口的特征及全球火山泥石流灾害案例，归纳了四种典型的火山泥石流灾害链模式：模式一：溢流式喷发（湖底隆起）-湖水漫溢（洪水）-火山泥石流灾害链；模式二：爆炸式喷发-湖水漫溢（洪水）-火山泥石流灾害链；模式三：爆炸式喷发-垂直/径向射流-火山口外径流-火山泥石流灾害链；模式四：火山伴生地震-滑坡-湖水漫溢（洪水）-火山泥石流灾害链。

6、根据数值模拟及评估结果，火山北侧流域的危险性等级显著高于其他区域，其中二道白河镇直接面临火山泥石流威胁。研究成果为灾害预警、风险管理及国土空间规划和灾害韧性防控提供了科学依据。