尾矿库溃坝重金属大尺度迁移机理及其水污染风险快速评估

The dam bursting flood, induce by the tailings dam failure, will lead to fast heavy metal pollution and bring secondary potential pollution risks to the waters. Previous studies pay much more attention to tailings dam failure flood than the heavy metal pollution. With selecting a typical antimony mine tailings pond as an investigation target, a scaled physical model has been made for laboratory experiments. The experiment for evolution of tailings pond dam failure, the secondary starting of sedimentary sand and the rerelease of antimony will be carried out to explore the main mechanism and key impact factors of heavy metals in migration, deposition and release process. Additionally, the critical dynamic condition and dynamic process of deposited tailings’ secondary starting and heavy metals’ rereleasing will be analyzed. Further, based on the water sand coupling numerical model and the kinetic equations of these processes, high performance dynamic model of heavy metal migration after tailings dam failure will be developed. Which will be used for fast water pollution risk and long-term cumulative effects of heavy metal assessment. The achievement of this study will provide useful knowledge for fully understand the tailings dam failure induced heavy metals migration and pollution, support the quick and accurate tailings dam failure risk evaluation and emergency disposal, and protect the water safety in the downstream regional.

尾矿库溃坝重金属的大尺度迁移会带来严重的水环境污染，以往尾矿库溃坝研究多关注洪水安全问题而忽略重金属污染。本项目选择典型锑矿尾矿库为调研对象，构建等比例缩放的物理模型，开展尾矿库溃坝尾砂迁移演进、沉积态尾砂二次起动与锑的再释放实验，以明确溃坝后重金属在下游沟道和河道中迁移、沉积、释放的主要过程和影响因素，分析影响沟道中堆积态尾砂起动和河流中沉积态底泥的二次起动和重金属再释放的临界动力条件，揭示其时空分布和动态过程。基于水沙耦合数值模型，通过拟合溃坝重金属快速迁移与二次释放的动力学方程式，引入并行计算技术，构建溃坝重金属迁移演进的高性能动力学模型，以快速评估溃坝重金属的突发污染风险和中长期潜在污染风险。本项目的研究能为全面认知溃坝重金属迁移污染过程提供有用的理论知识，为溃坝重金属污染评估提供技术支撑，对辅助尾矿库溃坝应急决策、保障水安全具有重要的意义。

尾矿库溃坝重金属的大尺度迁移会带来严重的水环境污染，是应急管理和防灾减灾的重点。本项目采用物理实验、数值模型等多种研究方法相结合，开展了尾矿库溃坝重金属污染预测预警研究。项目发明了一种尾矿库溃坝模拟系统和方法，开展了尾矿库溃坝后重金属在沟道中的迁移实验，研究了溃坝泥流的大尺度迁移的机理；项目还开展了不同水力条件下，沉积重金属的二次起动和释放过程实验，明确了溃坝重金属沉积后的二次起动与释放的水动力特性，并通过数值模型将其概括为沉积相的悬浮过程。基于实验结果和机理研究成果，构建了尾矿库溃坝后重金属迁移转化快速模拟技术，提出了陆地模型和水体模型之间的耦合方法，形成了重金属在水体中迁移演进的水沙模型和重金属三相模型，并研究了基于LSTM-Sqe2sqe的突发水污染事故快速预警技术。研究成果在涪江尾矿库溃坝事故应急处置中进行了应用，模拟了溃坝后重金属锰的迁移变化过程，评估了事故带来的涪江的锰污染风险。研究成果还在沱江流域污染源对控制断面贡献、污染修复项目效果评估以及三峡库区上游流域水质管理与预警系统中进行了应用。本项目取得了预期研究成果，揭示了尾矿库溃决下重金属在沟道中和汇入水体后不同的迁移行为特性与不同物理演进过程的长距离、大尺度的迁移规律，构建了突发尾矿库溃坝事故风险应急的快速评估工具，为认识尾矿库溃坝重金属的洪流下泄过程、重金属迁移演进提供了新的认识，对水污染防治攻坚战中突发事故的应急决策具有重要的意义。