礦區排土場周邊排水計算

阿不都艾尼·阿不里 肉孜婉古麗·吐爾洪

(1.新疆大學資源與環境科學學院,新疆烏魯木齊 830046;2.華中師范大學數學與統計科學學院,湖北武漢 430079)

礦區排土場周邊排水計算

阿不都艾尼·阿不里1肉孜婉古麗·吐爾洪2

(1.新疆大學資源與環境科學學院,新疆烏魯木齊 830046;2.華中師范大學數學與統計科學學院,湖北武漢 430079)

考慮礦區安全問題時,周圍排土場的排水量大小也是礦區防洪設計過程中需要考慮的問題。礦區排土場周邊排水設施的設計和洪水頻率計算與礦區的防洪標準不匹配對礦區造成一定的威脅,影響程度的大小影響到擬定礦區的防洪標準以及排土場周邊的截水溝的設計尺寸。以新疆伊犁自治州伊寧縣喀拉亞尕奇鄉一帶的伊寧礦區七號礦井露天采區作為一個例子進行分析,位于礦區兩邊的排土場正常降雨徑流量與采掘場暴雨徑流量進行了計算,所設計的截水溝斷面和縱坡是否能滿足防洪要求進行了評價。

排土場 排水 截水溝

1 工程概況

本文中的伊犁慶華能源開發有限公司伊寧礦區七號礦井露天采區位于伊寧盆地北部伊寧縣喀拉亞尕奇鄉一帶,皮里青河在露天采區中部流過,采區總體呈不規則多邊形,南北寬約1.68km,東西長約2.03km,采區面積約3.41km2。行政區劃屬新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣管轄。

為防止露天礦采掘場受西側地面徑流威脅,設計防洪標準采用50年一遇[1]一日暴雨形成的地面徑流洪水,在露天礦最終的西側離開境界50m處順著地形等高線開挖一條長約1500m的截水溝,該截水溝隨著露天礦坑的擴大逐漸延長。截水溝的底寬為1.0m,深1.0m,邊坡1:1。

本項目一號外排土場位于本礦的東北部境界外,總體規劃邊界往東500m的山坡處;二號外排土場在本礦的西北部境界外,總體規劃邊界往西的山溝處。設計確定一號外排土場總排棄高度100m,經計算占地面積0.4 km2;二號外排土場總排棄高度100m,經計算占地面積1.22km2。

一號排土場周邊的截水溝以外包圍的集雨面積為2.75km2。二號排土場周邊的截水溝以外包圍的集雨面積為2.04km2。

2 排土場周邊排水計算

2.1 正常降雨徑流量計算

采用多年雨季月平均降雨量61.2mm計算排土場正常降雨量,地表徑流系數取0.4。

一號、二號排土場周邊截水溝排水徑流量計算:

式中:Hp—多年月平均降雨量mm;

C—徑流系數;

F— 一號排土場周邊截水溝以外包圍的集雨面積,m2;

2.2 暴雨徑流量計算

在無資料地區,可采用由設計暴雨推求設計洪水。依據《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》[2],應用調蓄經驗單位線法推算本項目區的暴雨洪水流量。匹里青水文站距項目區流域較近,測站高程相近,因此,采用匹里青水文站年最大1日降水量系列進行頻率計算。

采掘場暴雨徑流計算。

(1)面雨量推求。皮里青河流域屬新疆維吾爾自治區伊犁州,根據新疆水文水資源局編制的《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》,查得皮里青河以上流域中心年最大1h、6h、24h點暴雨統計參數,計算各歷時的點暴雨量,如表2所示。

設計點暴雨量乘以面深系數即得設計面暴雨量,面深系數根據各治理河段的控制流域面積插值得到,P=2%的設計面暴雨計算成果見表1。

(2)設計凈雨過程推求。暴雨洪水計算采用暴雨歷時24h、單位線計算時段△t =1h,設計面雨量時程分配采用推薦的24h設計雨型。根據雨量分配過程假設產流歷時tc,在《新疆維吾爾自治區中小流域設計暴雨洪水圖集》產流綜合圖上查出相應產流期平均損失率f后,求得產流期雨量ptc,各歷時設計暴雨按以下公式計算:

表1 設計點暴雨量

表2 設計面暴雨量

表3 2%頻率設計凈雨計算成果

計算產流期平均凈雨強度i凈:式中:R凈——產流期凈雨總量,mm;

tc——產流歷史,小時;

式中:ptc——產流期毛雨量,mm;

f——產流期平均損失率(mm/h);tc——產流歷史,小時;

用集水面積F和i凈在《新疆維吾爾自治區中小流域設計暴雨洪水圖集》匯流綜合圖上查得示儲小時數t0。

設定參數tm,漲洪時段n,匯流計算時段Δt。

用下式求調蓄經驗單位線公比b。

用上式求以b為公比的無窮遞減等比級數u值,

經產流計算,得到設計流域的凈雨過程,主要成果列于表3。將△t時段的凈雨量換算成凈雨流量Ii。

式中:F—— 流域面積,km2;R凈—— 產流期凈雨總量,mm;tc—— 產流歷史,小時;

Ii乘以u值,并依次疊加,便得出地面徑流過程,對不同時段凈雨產生的徑流過程進行疊加,即為設計斷面出流過程,其最大值即排土場暴雨洪峰。

經計算露天礦東北向的一號排土場周邊的正常雨水徑流量為0.03m3/s,暴雨徑流量為0.84m3/s。

經計算露天礦西北向的二號排土場周邊的正常雨水徑流量為0.02m3/s,最大暴雨徑流為0.63m3/s。

2.3 截水溝斷面尺寸復核計算

根據《初設報告》和《安專報吿》,截水溝的底寬為1.2～1.5m,深1.5～1.8m,邊坡1:1。本次驗算取底寬為1.2m,渠道的粗糙系數n取值為0.025,坡降取值0.3%。應用明渠均勻流公式和曼寧公式計算。經過計算得出以下結論:

一號排土場,正常降雨徑流量為0.03m3/s,截水溝正常水深為0.07m;最大暴雨徑流量為0.84m3/s,截水溝最大水深為0.49m。

二號排土場,正常降雨徑流量為0.02m3/s,截水溝正常水深為0.06m;最大暴雨徑流量為0.63m3/s,截水溝最大水深為0.42m。

3 結語

(1)露天煤礦采掘場一號排土場外的截水溝防洪標準按50年一遇一日暴雨設防。經計算露天礦東側的一號排土場周邊正常雨水徑流量為0.03m3/s,暴雨徑流量為0.84m3/s,排土場周邊的截水溝滿足排水標準要求,不會流入礦坑。

(2)露天煤礦采掘場二號排土場外的截水溝防洪標準按50年一遇一日暴雨設防。經計算露天礦西側的二號排土場周邊的正常雨水徑流量為0.02m3/s,暴雨徑流量為0.63m3/s,設計的排土場周邊的截水溝滿足排水標準要求,不會流入礦坑。

(3)利用該截水溝將上游的雨水引至露天礦坑外。經復核分析計算,所設截水溝斷面和縱坡滿足過流要求。

[1]GB50201-94,中華人民共和國防洪標準[S].中華人民共和國水利部,1995.

[2]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集[R].烏魯木齊:新疆維吾爾自治區水利廳,1983．

[3]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區中小流域設計暴雨洪水圖集(天山北坡瑪納斯河以東地區)[R].烏魯木齊:新疆維吾爾自治區水利廳,1983．

阿不都艾尼·阿不里(1984-),男(維吾爾),碩士,研究方向,干旱區水資源與環境方面的研究。