范向偉，喬連朋，劉靜靜

（1.河南天泰工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

基于洪水計(jì)算與調(diào)洪演算評(píng)價(jià)尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)

范向偉1，喬連朋2，劉靜靜1

（1.河南天泰工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)是否能夠順利及時(shí)的將庫(kù)內(nèi)水排出是其發(fā)生安全事故的一個(gè)主要因素，因此尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)的排水能力對(duì)其安全運(yùn)行尤為重要。以DCG尾礦庫(kù)增容設(shè)計(jì)工程為例，對(duì)尾礦庫(kù)不同運(yùn)行工況下進(jìn)行洪水計(jì)算與調(diào)洪演算，并分析了不同運(yùn)行工況下尾礦庫(kù)擬定排水系統(tǒng)的排水能力，計(jì)算與分析結(jié)果表明：在不同運(yùn)行工況下，尾礦庫(kù)的排水系統(tǒng)均能將設(shè)計(jì)頻率下入庫(kù)內(nèi)洪水安全有序的排出，調(diào)洪所需庫(kù)容小于有效庫(kù)容，對(duì)應(yīng)工況下出現(xiàn)的最高洪水位低于相應(yīng)壩頂標(biāo)高，不會(huì)出現(xiàn)洪水漫壩現(xiàn)象，尾礦庫(kù)擬定的排水系統(tǒng)在不同運(yùn)行狀況下能夠滿足防洪排水要求。

尾礦庫(kù)；洪水計(jì)算；調(diào)洪演算；坡面匯流；排水系統(tǒng)

Abstract:Whether the drainage system of thetailings reservoir can dischargesmoothly and timely is a key factor for the occurrence of safety accidents,therefore,the drainage capacity of the tailings drainage system is particularly important for its safe operation.Taking the DCG tailings reservoir capacity design project as an example,the flood calculation and flooding calculation are carried out under different operating conditions of the tailings pond,and analyzesits drainage capacity.The results show that the drainage system of the tailings reservoir can safely and order the flooding in the reservoir by the design frequencyunder the different operating conditions,and the storage capacity of the flood control is less than the effective storage capacity,and the highest flood The slope is lower than the corresponding dam height,there will not be flood flooding phenomenon,the prepared drainage systemof the tailings reservoir in different operating conditions is able to meet the flood control and drainage requirements.

Keywords:Tailings reservoir,flood calculation,flood control calculation,slope concentration and the drainage system

尾礦庫(kù)是礦山生產(chǎn)配套設(shè)施中的一種特殊建筑物，屬于礦山三大控制工程之一[1]。多方面因素的影響下，我國(guó)尾礦庫(kù)安全事故時(shí)有發(fā)生，造成嚴(yán)重后果，已經(jīng)引起了各方的高度重視。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，造成尾礦庫(kù)事故發(fā)生的主要因素之一是庫(kù)內(nèi)水位過(guò)高將極大地降低尾礦壩壩體的穩(wěn)定性，尤其是山洪暴發(fā)時(shí)，庫(kù)內(nèi)洪水不能及時(shí)排出，可能會(huì)發(fā)生洪水漫頂、沖毀壩體等事故[2]，因此在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)洪水計(jì)算和調(diào)洪演算來(lái)保證尾礦庫(kù)安全運(yùn)行至關(guān)重要。本文以DCG尾礦庫(kù)增容設(shè)計(jì)為例研究尾礦庫(kù)洪水計(jì)算及調(diào)洪演算在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 尾礦庫(kù)增容設(shè)計(jì)工程概況

DCG尾礦庫(kù)原初期壩壩型為碾壓式透水堆石壩，子壩共為12級(jí)，總壩高48 m。擬建增容尾礦庫(kù)初期壩壩型為碾壓式透水堆石壩，壩址在原尾礦庫(kù)初期壩下游約493 m處，壩高21 m，堆積壩每級(jí)子壩高2 m，共堆積子壩25級(jí)，總高壩71 m，新增總庫(kù)容705.78萬(wàn)m3，新增有效庫(kù)容為450.14萬(wàn)m3，尾礦庫(kù)等別為三等庫(kù)。初期壩以上整個(gè)庫(kù)區(qū)總匯水面積約為1.336 km2，其中擬建初期壩至攔洪壩之間匯水面積為0.726 km2，攔洪壩以上匯水面積為0.61 km2。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及調(diào)洪演算方法

2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

增容后的尾礦庫(kù)運(yùn)行時(shí)期防洪標(biāo)準(zhǔn)均按照1000年一遇即洪水頻率進(jìn)行設(shè)防。

2.2 洪水計(jì)算的方法

該尾礦庫(kù)的匯水面積較小，屬于小流域洪水計(jì)算[3]庫(kù)區(qū)內(nèi)洪水來(lái)源主要為降水和尾礦礦漿排水，洪水的形成主要是坡面匯流[4]，故本文采用坡面匯流進(jìn)行洪水計(jì)算。坡面匯流計(jì)算公式如下：

式中，△t為計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)，h；N0為山坡糙率；l為支流長(zhǎng)度，km；L為流域長(zhǎng)度，自分水嶺起，k；F為流域匯水面積，km2；P為一條等高線長(zhǎng)度，km；d為相鄰等高線的高差，m；

術(shù)后復(fù)發(fā)與年齡、腫瘤直徑、血管包裹程度、手術(shù)切除程度等有關(guān)(P<0.05)，與性別、腫瘤質(zhì)地、病理分級(jí)、腫瘤形態(tài)、是否腦干水腫及術(shù)前KPS評(píng)分無(wú)關(guān)(P>0.05)，見(jiàn)表1。

2.3 調(diào)洪演算的方法

本文調(diào)洪演算采用水量平衡法，尾礦庫(kù)內(nèi)任一時(shí)段的水量平衡方程式如以下公式所示：

式中，Qs、Qz為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)來(lái)洪流量，m3/s；qs、qz為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)泄洪流量，m3/s；Vs、Vz為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的蓄洪量，m3。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與調(diào)洪演算

根據(jù)尾礦庫(kù)運(yùn)行情況，對(duì)不同運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算分析。工況I：尾礦庫(kù)運(yùn)行至850 m標(biāo)高前主支溝共同排水；工況II：尾礦庫(kù)在850～856 m標(biāo)高運(yùn)行時(shí)主、支溝分別排水（尾礦庫(kù)在850～885 m標(biāo)高運(yùn)行工況與尾礦庫(kù)在850～856 m標(biāo)高運(yùn)行時(shí)相同，故只截取了部分運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算分析）；工況III：尾礦庫(kù)在885～889 m標(biāo)高運(yùn)行時(shí)，主溝單獨(dú)排水。

3.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與調(diào)洪演算計(jì)算參數(shù)

根據(jù)尾礦庫(kù)所在地區(qū)的水文資料獲得的相關(guān)參數(shù)取值，見(jiàn)表1。

表1 水文資料參數(shù)

根據(jù)尾礦庫(kù)的工程資料可得不同標(biāo)高情況下的匯流計(jì)算參數(shù)值，見(jiàn)表2。

表2 匯流參數(shù)計(jì)算

3.2 計(jì)算結(jié)果與分析

該尾礦庫(kù)的排水設(shè)施擬采用排水井-排水支隧洞-排水主隧洞-消力池型式排水。該尾礦庫(kù)排水過(guò)程形成自由泄流，排水井過(guò)水能力計(jì)算采用以下公式計(jì)算泄流量。

式中：Hy為溢流堰泄流水頭，m；bc為一個(gè)排水口的寬度，m；nc為同一個(gè)橫斷面上排水口的個(gè)數(shù)；

其中，bc=1.17；nc=8

表3 工況I運(yùn)行下庫(kù)水位、泄流量、庫(kù)容表

根據(jù)地形圖結(jié)合理論計(jì)算，可得在不同運(yùn)行工況下的調(diào)洪庫(kù)容與泄流量，三種運(yùn)行工況下的洪水計(jì)算與調(diào)洪演算結(jié)果見(jiàn)表 3～表 8。

表4 工況I運(yùn)行下調(diào)洪演算部分計(jì)算結(jié)果表

表5 工況II運(yùn)行下庫(kù)水位、泄流量、庫(kù)容表

表6 工況II運(yùn)行下調(diào)洪演算部分計(jì)算結(jié)果表

表7 工況III運(yùn)行下庫(kù)水位、泄流量、庫(kù)容表

表8 工況III運(yùn)行下調(diào)洪演算部分計(jì)算結(jié)果表

3.2.2 工況I運(yùn)行下洪水計(jì)算與調(diào)洪演算分析

由以上計(jì)算結(jié)果可得，該尾礦庫(kù)最大泄流量為6.48 m3/s，所需調(diào)洪庫(kù)容為23971 m3＜64357 m3（有效庫(kù)容），最高洪水位為848.95 m＜850 m（壩頂標(biāo)高），故此該工況防洪、排水設(shè)施能夠滿足其的防洪排水要求。

3.2.3 洪水計(jì)算與調(diào)洪演算分析

工況II運(yùn)行下，左側(cè)支溝與主溝的排水系統(tǒng)進(jìn)入獨(dú)立工作階段，所以主溝和支溝要分別進(jìn)行洪水計(jì)算與調(diào)洪演算。

由以上計(jì)算結(jié)果可得，該工況下主溝內(nèi)與支溝內(nèi)的最大泄流量分別為5.21 m3/s和5.09 m3/s，所需調(diào)洪庫(kù)容分別為10164 m3＜51465 m3（有效庫(kù)容）和5679 m3＜38356 m3（有效庫(kù)容），出現(xiàn)的最高洪水位分別為854.5 m＜856 m（壩頂標(biāo)高）和854.1 m＜856 m（壩頂標(biāo)高），故此該工況防洪、排水設(shè)施能夠滿足其的防洪排水要求。

3.2.4 工況III運(yùn)行下洪水計(jì)算與調(diào)洪演算分析

工況III運(yùn)行下，左側(cè)支溝退出工作，主溝正常運(yùn)行，由以上計(jì)算結(jié)果可得，該工況下主溝內(nèi)的最大泄流量為7.53 m3/s，所需調(diào)洪庫(kù)容為29325 m3＜178914 m3（有效庫(kù)容），出現(xiàn)的最高洪水位為885.5 m＜889 m（壩頂標(biāo)高），故此工況條件下防洪、排水設(shè)施能夠滿足尾礦庫(kù)的防洪排水要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)尾礦庫(kù)不同運(yùn)行工況下進(jìn)行洪水計(jì)算與調(diào)洪演算結(jié)果可知，在不同運(yùn)行工況下，尾礦庫(kù)的排水系統(tǒng)均能將設(shè)計(jì)頻率下入庫(kù)內(nèi)洪水安全有序的排水出，調(diào)洪所需庫(kù)容小于有效庫(kù)容，對(duì)應(yīng)工況下出現(xiàn)的最高洪水位低于相應(yīng)壩頂標(biāo)高，不會(huì)出現(xiàn)洪水漫壩現(xiàn)象，尾礦庫(kù)不會(huì)因排水系統(tǒng)的排水能力問(wèn)題引起安全事故，尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)能夠滿足尾礦庫(kù)的防洪排水要求。

[1]魏勇，許開(kāi)立，鄭欣.尾礦壩防洪計(jì)算方法研究[J].金屬礦山，2009（4）:26-28.

[2]韋歡文，王政錦，劉凱等.尾礦庫(kù)加高擴(kuò)容防洪能力安全可靠性分析[J].礦山機(jī)械，2012（12）：86-89.

[3]陳家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計(jì)算[M].北京:水利電力出版社，1985.

[4]尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料．尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1980：275-318.

Evaluation of Tailings Drainage System Based on Flood Calculation and Flood Regulating Calculation

Fan Xiangwei,QiaoLianpeng,Liu Jingjing

（Henan Tiantai EngineeringTechnologyCo.,Ltd，Zhengzhou 450000,Henan Henan Water Conservancyand Environmental Vocational College Zhengzhou 450000,Henan）

TV122+.5

A

1673-9000（2017）05-0014-04

2017-04-16

河南省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（ZJB16267）；河南省水利科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（GG201533）。

范向偉（1982-），男，河南開(kāi)封人，工程師，主攻方向：尾礦庫(kù)及水利水電工程設(shè)計(jì)研究。

喬連朋（1986-），男，河南安陽(yáng)人，碩士研究生，助理講師，主攻方向：水利工程設(shè)計(jì)與施工。