某尾礦庫(kù)基于洪水計(jì)算及調(diào)洪演算的防洪安全分析

林加偉

（廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510080）

1 工程案例

某山谷型尾礦庫(kù)采用上游式尾砂筑壩法堆筑而成。尾礦壩由透水堆石初期壩+尾砂堆積壩組成，初期壩壩底標(biāo)高425.0m，堆積壩壩頂標(biāo)高500.59m，尾礦壩總壩高75.59m，庫(kù)內(nèi)已堆存尾砂1300.0×104m3。根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50863—2013）》，尾礦庫(kù)等別屬于三等庫(kù)[1]。尾礦庫(kù)正常水位494.66m，干灘長(zhǎng)度533.0m，干灘坡度1.25%。尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)匯水面積3.5km2，流域長(zhǎng)度2.18km，平均坡降0.137，排洪設(shè)施采用排水井+排洪隧洞排洪。

尾礦庫(kù)是礦山的重要設(shè)施之一，屬于一種高勢(shì)能危險(xiǎn)源，其防洪安全一直被視為礦山的“生命線”，尾礦庫(kù)一旦發(fā)生洪水漫頂或潰壩事故，將會(huì)嚴(yán)重危害尾礦庫(kù)下游的人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，且對(duì)環(huán)境造成極大的污染[2]。因此，在汛期前，需要對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行洪水計(jì)算及調(diào)洪演算，復(fù)核尾礦庫(kù)防洪安全性，熟悉掌握防洪控制指標(biāo)，為尾礦庫(kù)安全度汛提供數(shù)據(jù)支持。

2 洪水計(jì)算

本尾礦庫(kù)等別為三等庫(kù)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用三等尾礦庫(kù)最高防洪標(biāo)準(zhǔn)500年一遇設(shè)防。根據(jù)尾礦庫(kù)所在區(qū)域的水文手冊(cè)、水文圖集，采用簡(jiǎn)化推理公式法進(jìn)行尾礦庫(kù)洪水計(jì)算[3]。尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

表1 設(shè)計(jì)洪水成果

3 調(diào)洪演算

3.1 調(diào)洪庫(kù)容計(jì)算

根據(jù)尾礦庫(kù)現(xiàn)狀地形圖，按尾礦庫(kù)正常水位494.66m，量測(cè)計(jì)算尾礦庫(kù)494.66m標(biāo)高以上的調(diào)洪庫(kù)容。尾礦庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，尾礦庫(kù)水位-調(diào)洪庫(kù)容曲線見(jiàn)圖2。

圖2 水位-調(diào)洪庫(kù)容曲線

表2 調(diào)洪庫(kù)容計(jì)算成果

3.2 排洪設(shè)施泄流能力計(jì)算

尾礦庫(kù)采用排水井+排水隧洞進(jìn)行排洪。排水井采用框架式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，井徑為4m，井高27m，排水井頂標(biāo)高510m，底標(biāo)高483m，排水井進(jìn)水口標(biāo)高494.66m，故本次調(diào)洪演算的起調(diào)水位確定為494.66m。排水隧洞斷面尺寸為城門(mén)洞型，凈斷面尺寸為1.5m×1.8m，隧洞總長(zhǎng)度1004m，坡降0.5%。

對(duì)于排水井+排水隧洞式排水系統(tǒng)，其工作狀態(tài)隨泄流水頭的大小而異。當(dāng)水頭較低時(shí)，排水井內(nèi)水位低于最低工作窗口的下緣，此時(shí)為自由泄流；當(dāng)水頭增大，井內(nèi)被水充滿(mǎn)，但隧洞尚未呈滿(mǎn)管流，泄流量受隧洞的入口控制，此時(shí)為半壓力流；當(dāng)水頭繼續(xù)增大，隧洞呈滿(mǎn)管流時(shí)，即為壓力流。按照《尾礦壩設(shè)計(jì)手冊(cè)》提供的方法計(jì)算[4]。

經(jīng)計(jì)算，排水井+排水隧洞泄流能力見(jiàn)表3，排水井+排水隧洞水位-泄流能力曲線見(jiàn)圖3。

表3 排水井+排水隧洞泄流能力

圖3 水位-泄流能力曲線

3.3 調(diào)洪計(jì)算

采用水量平衡法進(jìn)行調(diào)洪演算，即根據(jù)尾礦庫(kù)洪水過(guò)程線，排洪設(shè)施的水位-泄流能力曲線以及尾礦庫(kù)的水位-調(diào)洪庫(kù)容曲線，通過(guò)水量平衡計(jì)算出泄洪過(guò)程線，從而定出排洪設(shè)施最大泄流能力，調(diào)洪水深，調(diào)洪庫(kù)容及安全超高等。尾礦庫(kù)內(nèi)任一時(shí)段Δt的水量平衡方程式如式（1）：

式中：QS、QZ-時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的來(lái)洪流量，m3/s；qS、qZ-時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的泄洪流量，m3/s；VZ、VS-時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的蓄洪量，m3。

經(jīng)計(jì)算，尾礦庫(kù)調(diào)洪演算成果見(jiàn)表4，尾礦庫(kù)泄洪過(guò)程線見(jiàn)圖4。

表4 尾礦庫(kù)調(diào)洪演算成果

圖4 尾礦庫(kù)泄洪過(guò)程線

4 防洪安全分析

尾礦庫(kù)經(jīng)洪水計(jì)算及調(diào)洪演算，由表4及圖4可知，尾礦庫(kù)在500年一遇的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)下，尾礦庫(kù)安全超高4.08m，最小干灘長(zhǎng)度326.50m，均遠(yuǎn)大于《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50863—2013）》要求的三等庫(kù)最小安全超高0.7m，最小干灘長(zhǎng)度70m的要求；尾礦庫(kù)洪水泄流由排水井+排水隧洞控制流量，一次洪水可在72h內(nèi)排出。因此，尾礦庫(kù)現(xiàn)狀防洪安全符合規(guī)范的要求，而且尾礦庫(kù)的防洪安全余裕度較高，只要做好排洪設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)管理，保證排洪設(shè)施水流通暢，不發(fā)生淤堵?lián)p壞現(xiàn)象，尾礦庫(kù)即可安全度汛，不會(huì)發(fā)生洪水漫頂?shù)那闆r。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)在運(yùn)行使用的尾礦庫(kù)進(jìn)行洪水計(jì)算及調(diào)洪演算，復(fù)核尾礦庫(kù)的防洪安全性；并且以尾礦庫(kù)調(diào)洪演算得出的防洪控制指標(biāo)作為依據(jù)，為尾礦庫(kù)安全度汛和防洪安全管理提供數(shù)據(jù)支持。對(duì)于類(lèi)似尾礦庫(kù)的防洪安全分析，具有一定的參考價(jià)值。