Главная дренажная система была извлечена на эмпирической основе из ДТМ с применением метода пороговых значений площади для извлечения синтетической сети, соответствующей наличию постоянных дренажных линий, из полевых данных. Основная сеть постоянного дренажа была выбрана в качестве цели для анализа ИК.
Модель клеточных автоматов
Моделирование распространения и осаждения мусорного потока осуществлялось с помощью трехмерного численного кода, основанного на методе Cellular Automata (Segre and Deangeli, 1995; Deangeli, 2008). В этом коде вычислительная область дискретизирована в элементарные квадратные ячейки. Каждая ячейка характеризуется столбцами из жесткого субстрата и мобильного мусорного материала. Объем мусорного материала характеризуется реологическими параметрами в зависимости от выбранного конститутивного закона. Реализуются два конститутивных закона: закон трения/коллизии (Segre and Deangeli, 1995), основанный на поведении дилатантной жидкости Bagnold (Takahashi, 1978, 1991), и закон вязкопластики (Deangeli et al., 2013; Tiranti and Deangeli, 2015), основанный на поведении жидкости Bingham. Твердо-жидкая смесь рассматривается как однофазная жидкость.
Уравнение сохранения линейного импульса, баланс массы и конститутивный закон объединены и интегрированы для получения скорости потока. Средняя скорость потока используется для расчета скорости потока в каждой ячейке.
Эволюция системы происходит в дискретных временных интервалах на основе критерия Куранта. На каждом временном шаге в каждой ячейке проверяется правило инициирования, зависящее от реологии потока. Если правило инициации выполняется для ячейки, то рассчитывается и сохраняется скорость потока осадков, пропорциональная этапу времени. Когда все ячейки проверяются, система обновляется одновременно, в конце временного шага. Осаждение и ремобилизация мусора могут происходить на каждом временном интервале, и когда ни одна из ячеек не может принять или поставить скорость смеси твердых и жидких веществ, моделирование заканчивается. Этот численный инструмент был успешно применен для анализа экспериментов с лопастями (Deangeli, 2008) и эволюционного поведения фактических потоков, происходящих в различных условиях и контекстах (Deangeli and Grasso, 1996; Deangeli and Giani, 1998; Deangeli et al., 2013, 2015; Tiranti and Deangeli, 2015).
Цифровой анализ для определения сценариев осаждения был проведен для каждого подконвейера в вископластическом режиме (жидкость Бингхэма), так как бассейн был классифицирован как отличный глинопроизводитель. Реологические параметры, т.е. предел текучести и вязкость флюида, используемые в числовых прогонах, основаны на исследовании Тиранти и Дианджели (2015). В данной работе авторы проанализировали стили и сценарии осаждения различных бассейнов, а также основного канала Рио Фрежуса. Они оценили предел текучести от среднего напряжения базального сдвига в момент осаждения и вязкость от максимальной скорости селевого потока. Тиранти и Деанджели (2015) установили, что предел текучести равен τy = 1400 Па, а вязкость равна μ = 80 Па*с, предполагая концентрацию твердых тел, равную c = 0,4. Анализ чувствительности стиля осаждения к предельному значению предела текучести и вязкости показал, что в Рио-Фрежус модель осаждения не сильно отличалась в диапазоне τy = 1400-2000 Па и μ = 80-100 Па*с. На основании этого вывода в наших числовых прогонах мы использовали следующие значения предела текучести и вязкости: τy = 1400 Па, μ = 80 Па*с.
Результаты и обсуждение
В этом разделе представлены результаты комплексного исследования, представленные поэтапно, чтобы подчеркнуть единый вклад каждого метода и то, как они могут дать некоторые более исчерпывающие результаты по сравнению с результатами, полученными в результате применения более классических подходов, основанных только на выходе модели маршрутизации селевых потоков, калиброванной по событиям селевых потоков прошлого (например, Bertolo and Bottino, 2008; Pirulli and Marco, 2010), применявшихся в аналогичном геологическом и геоморфологическом конкурсе.