設計頻率暴雨量預測對露采坑疏干排水的指導意義

周振

新疆有色地勘局七〇六隊

摘要：礦山詳查-勘探水文工作階段須對擬建露采坑的涌水量進行預測，其中大氣降水沿地表流入礦坑的水量可按正常降雨量及設計頻率暴雨量分別計算，二者相比，前者水量很小，一般只有后者的1/10～1/100。利用皮爾遜Ⅲ型曲線離均系數進行設計頻率暴雨涌水量預測，對比其與正常降雨涌水量的差異，可對露采場疏干排水設施的設置起指導意義，排除生產過程中的安全隱患。

關鍵詞：露采礦坑；設計頻率暴雨量；皮爾遜Ⅲ型曲線離均系數。

一、概述

依據規范要求，計算露采場降雨流入量時，除預測正常降雨涌水量外，應考慮按設計頻率暴雨時的降雨量，根據多年觀測一日或三日最大降雨量來計算一日暴雨最大流入礦坑的涌水量，本次采用年平均降雨量及設計頻率暴雨降雨量分別對新疆阿勒泰地區某鉛鋅礦擬建露采場進行大氣降水流入礦坑涌水量預測，對比其差異，對露采坑疏干排水設施的設置提供依據。

二、露采礦坑大氣降水涌水量計算

2.1工作區概況

測區位于阿爾泰山中段南麓的低中山區，海拔高程900～1344米，北東呈現中山地形，而南西呈現溝溪切割低山地形，總的地勢由北東向南西降低。地處歐亞大陸腹地，屬典型的北溫帶寒冷干旱氣候，夏季干燥炎熱，冬季寒冷漫長，春秋兩季短暫而多風，晝夜溫差15℃～20℃，氣溫變化大，年平均氣溫2.8℃。最高氣溫38.7℃，最低氣溫-49.8℃，年降水量350.40毫米，蒸發量1191.90毫米，雨季在7～8月，大多以暴雨形式降落。

2.2露采場相關參數

鉛鋅礦區礦床平均地表出露標高為1129米，平均靜位埋深標高為1096.59米，露采礦場地表露天開采境界面積擬定為近似矩形，最終露采場截面為倒梯形，最大露采深度為179米，每階段采高為50米，露采場上口長246米，寬224米。

露采邊坡出露主要巖性為變流紋質凝灰巖，黑云母變砂巖、磁鐵礦化大理巖等，微-中風化，Ⅳ、V級結構面為主，少見II、Ⅱ級結構面，層間有一定的結合力，結構面一般發育有2—3組，以兩組高角度剪切節理為發育，面裂隙率1.5-3.4%，鉆孔RQD值57.30-86.40%，巖體較完整-中等完整。

2.3露采場大氣降水涌水量預測

2.3.1年均降雨量法預測

計算公式選擇：

式中：

Q年均—大氣降水流入礦坑水量（m3/d）

F—露采場境界面積（m2）

A—年平均大氣降水量（m/y）

α—地表徑流系數，依據水文地質手冊查表選取0.5

2.3.2設計頻率暴雨法預測

1、計算公式選定

式中：

Q暴雨—設計頻率暴雨流入礦坑水量（m3/d）

F—露采場境界面積（m2）

H—設計頻率暴雨一日最大降雨量（mm）

α—地表徑流系數，依據水文地質手冊查表選取0.7

2、參數計算

利用查皮爾遜Ⅲ型曲線離均系數φ計算相應頻率概念的暴雨降入采坑的水量，φ值取決于設計頻率P與偏差系數Cs、變差系數Cv。

公式選擇：，，

表1 設計頻率P與變差系數Cv計算

次序

n年份

mH

（mm）K=H/Hpk-1（k-1）2經驗頻率

P=m/（n+1）×100%

1200924.31.370.370.144.76

2199421.91.240.240.069.52

3200121.51.210.210.0514.29

4199320.81.170.170.0319.05

5200720.81.170.170.0323.81

6199718.71.060.060.0028.57

7200518.11.020.020.0033.33

81996181.020.020.0038.10

9200617.50.99-0.010.0042.86

10199217.40.98-0.020.0047.62

11200317.30.98-0.020.0052.38

12199817.20.97-0.030.0057.14

132000170.96-0.040.0061.90

14201016.40.93-0.070.0166.67

15200215.80.89-0.110.0171.43

16200815.80.89-0.110.0176.19

17199515.40.87-0.130.0280.95

18200414.30.81-0.190.0485.71

19199113.30.75-0.250.0690.48

20199912.80.72-0.280.0895.24

總和 354.3 0.53

注：根據阿勒泰市氣象局191～2010年，連續20年觀測的每年一日最大降水量。

設計頻率暴雨一日最大降雨量H計算公式選取：

，，

，

，查皮爾遜III型頻率曲線φ值表（參考《供水水文地質手冊》第二冊，地質出版社1977，第666～671頁），計算不同頻率的一日最大降水量，并按一日最大降雨量計算設計頻率暴雨流入露采礦坑水量。

表2 不同頻率的一日最大降水礦坑涌水量計算

頻率

P（%）1510205075909599

100年一遇20年一遇10年一遇5年

一遇2年

一遇5年

一遇10年一遇20年一遇100年一遇

φ2.681.771.320.81-0.08-0.71-1.22-1.35-1.96

φ·Cv0.460.300.220.14-0.01-0.12-0.21-0.23-0.33

Kp=φ·Cv+11.461.301.221.140.990.880.790.770.67

H=Hp×Kp（mm）25.7623.0321.6720.1417.4615.5614.0313.6411.80

露采坑涌水量

（m3/d）993.6888.3835.8776.8673.4600.1541.1526.1455.1

注：頻率為50%的一日最大降水量，相當2年一遇的一日最大降水量，也就是多年平均的一日最大降水量；頻率為80%的一日最大降水量，相當5年一遇的枯水年的一日最大降水量；頻率為90%的一日最大降水量，相當10年一遇的枯水年的一日最大降水量；頻率為95%的一日最大降水量，相當20年一遇的枯水年的一日最大降水量；頻率為99%的一日最大降水量，相當100年一遇的枯水年的一日最大降水量。

根據上述計算的結果，一日最大降水沿地表流入采坑中的水量：100年一遇的是9.9×102m3/d；20年一遇的是8.9×102m3/d；10年一遇的是8.4×102m3/d；5年一遇的是7.8×102m3/d；多年平均值是8.7×102m3/d。

2.4涌水量預測精度評價

阿勒泰地區一日最大降水量的觀測序列（）長達20年，連續20年一日最大降雨量觀測數據顯示，一日最大降雨量有所升高，略呈年代際階梯型成長趨勢，與一日最大降雨流入礦坑涌水量呈正比關系。

正常降雨地表徑流系數選取0.5、暴雨地表徑流系數值選用0.7仍有較大的誤差，露采坑上口為近似矩形，參照GB15218-94《地下水資源分類分級標準》，計算的一日最大降水沿地表流入采坑中的水量（Q暴雨），其精度相當C級，最大誤差大體在50%以內。

三、結語

1、采用年均降雨量計算露采礦坑涌水量數值為26.45m3/d，采用設計頻率暴雨一日最大降雨量計算露采礦坑涌水量為8.7×102m3/d，相差達33倍。

2、阿勒泰地區連續20年一日最大降雨量觀測數據顯示，一日最大降雨量有所升高，略呈年代際階梯型成長趨勢，與一日最大降雨流入礦坑涌水量呈正比關系。

3、設計頻率暴雨一日最大降雨量預測對礦坑疏干排水設施的設置有指導性意義，避免了在日后生產過程中可能因暴雨而產生的安全問題。

參考文獻：

[1]《供水水文地質手冊》

[2]《礦區水文地質工程地質勘探規范》GB12719-1991

[3]《新疆阿勒泰地區近50年來極端氣溫與降水變化》古麗扎提·哈布肯

上接第320頁

七、檢查井的質量控制

7.1 常見質量問題。帶水澆注檢查井基礎且其尺寸和高程偏差較大；井墻砌磚通縫、砂漿不飽滿、抹面起鼓發裂；不做流槽或做法不符合要求；踏步、井圈、井蓋安裝不符合要求。

7.2 質量控制措施。

7.2.1 嚴格控制檢查井基礎的質量。不能帶水澆注墊層和基礎，要保證基礎的幾何尺寸和高程符合設計要求，待混凝土達到一定強度才能砌磚。

7.2.2 嚴格控制井墻的砌筑質量。井壁必須豎直，不得有通縫；灰漿要飽滿，砌縫要平整；抹面要壓光，不得有空鼓、裂縫等現象。

7.2.3 流槽的做法要規范。雨水流槽高度應與主管的半徑相平，流槽的形狀應為與主管半徑相同的半圓弧；污水流槽的高度應與主管內頂相平，下半部分是與主管半徑相同的半圓弧，上半部分與兩側井墻相平行，寬度與主管管徑相同。

7.2.4 嚴格控制踏步、井圈、井蓋的安裝質量。要使用灰口鑄鐵踏步，安裝要牢固，污水井踏步要涂防銹漆：安裝井圈要座漿飽滿，井蓋和井圈要配套。在交通量大的道路上必須安裝重型井蓋。

八、回填土質量控制

8.1 常見質量問題。帶水同填或回填土土質不符合要求；沒有分層回填；對回填土密實度控制不嚴。

8.2 質量控制措施。

8.2.1 嚴格控制回填土土質。回填土中不得含有碎磚、石塊、混凝土碎塊及大于10cm的硬土塊；填土含水量以接近最佳含水量為宜。還土前，應對所還土壤進行輕型標準擊實試驗，測出其最佳含水量和最大干密度；回填時槽內應無積水，不得回填淤泥、腐殖土、凍土及有機物。

8.2.2 嚴格控制每層回填土厚度。管溝回填應分層夯實，每層厚度不大于 30cm，并對每層填土的密實度按規范進行檢測，合格才能繼續回填；要求管道兩側同時進行填土，兩側高差不大于30cm。

8.2.3 嚴格控制回填土密實度。管溝胸腔部位密實度不小于90%；管頂50cm范圍內密實度應在85%～88%之間，以防壓壞管材和蓋板∶管項 50cm以上密實度要求同路基密實度一樣。

九、結束語

綜上所述，市政給排水施工質量控制不但關系到人、物、材，而且關系到空間和時間的運用，如果再施工過程中不能把握好任何一個環節，其將會影響到工程的質量。所以我認為應該在施工過程中通過全過程的質量控制及時發現每個環節中可能出現的質量問題，有效地控制工程中的那些錯誤，給排水工程的施工質量才可以全面提高。

參考文獻：

[1]黃國章.淺談市政排水管道工程施工質量通病的防治[J].福建建設科技，2008，（1）.

[2]嚴家友.淺談市政排水工程施工管理要點及質量通病防治[J].江蘇建筑，2004，（3）.

[3]高歌.淺談市政給排水管道施工質量控制要點[J].現代企業文化，2010（27）.

[4]潘一毅.市政給排水管道的施工質量控制及預防治理措施[J].科技信息，2013（6）.