某尾礦庫排洪系統合并后泄流能力分析

譚杰驥

(長沙有色冶金設計研究院有限公司)

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某尾礦庫排洪系統合并后泄流能力分析

譚杰驥

(長沙有色冶金設計研究院有限公司)

摘要為節省工程投資，某尾礦庫將庫外與庫內排洪系統合并，針對尾礦庫洪水計算、庫內與庫外排洪系統合并后的泄流能力計算、調洪演算進行了分析，建議合并后的排洪系統在滿足規范防洪安全的要求下，宜采用無壓流控制。

關鍵詞尾礦庫排洪系統泄流能力

1　尾礦庫工程概況

某尾礦庫位于湖南省中部某銻礦選廠東南方向的一條大山溝內，庫區高程380～780 m，山坡植被發育。屬中山丘陵地貌，亞熱帶季風濕潤氣候，雨量充沛，年均降水量1 298.8 mm。其中4～9月雨量較集中，歷年最大年降雨量為1 740.70 mm，日最大降雨量153.4 mm，任意24 h最大降雨量178.3 mm，小時最大降雨強度80.3 mm。

尾礦庫采用上游式尾礦筑壩，初期壩為碾壓堆石壩，壩頂標高480 m，初期壩高35 m，尾礦壩最終堆積標高570 m，總壩高125 m，尾礦庫總庫容677.5萬m3，為三等尾礦庫。

2　尾礦庫排洪系統

庫區匯水面積4.92 km2，根據尾礦庫實際地形，為減少入庫水量，提高尾礦庫防洪安全，尾礦庫排洪系統分為庫外和庫內：庫外排洪系統由庫尾攔洪壩+排水隧洞組成，庫內排洪系統由庫內的排水井+排水隧洞組成。

攔洪壩壩頂標高573.0 m，壩高10 m，上、下游邊坡均為1∶0.6。

為節省工程投資，將庫外排水隧洞與庫內排水隧洞合并為一條隧洞，為圓拱直墻形，斷面尺寸4.0 m×4.0 m，長997.3 m，除進口陡坡段坡度i=1.0外，其余部分底坡i=0.08。

庫內排洪系統采用排水井+排水隧洞形式：框架式排水井5座，其中1#井高15.0 m，井徑5.0 m；2#井高18.0 m，井徑5.0 m ；3#、4#、5#井高24.0 m，井徑4.0 m。與5座排水井相連的5條排水支洞斷面均為圓拱直墻型。1#～5#支洞斷面尺寸、坡度和長度如表1所示。

表1　排水支洞參數

3　洪水計算

按《尾礦設施設計規范》(GB 50863—2013)[1]第6.1.1條規定，算例尾礦庫初期為四等庫，防洪標準按200 a一遇洪水進行設防；最終堆積標高為三等庫，防洪標準按500 a一遇洪水進行設防。計算設計洪水的地理參數如表2所示，設計暴雨參數參照《湖南省暴雨洪水查算手冊》[2]，如表3所示。

表2　尾礦庫地形特征系數

表3　設計暴雨計算結果

注：Kp為皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數；Htp為t時間內設計頻率的暴雨量。

根據表3中數據，其水文計算結果見表4。

表4　水文計算結果

4　調洪演算

對庫內排洪系統各特征標高進行調洪演算，尾礦庫沉積灘平均坡度按1.0%計算調洪庫容，各特征標高的調洪庫容見圖1，調洪演算結果見表5。

庫外調洪庫容見圖2，調洪演算結果見表6。

5　排洪系統泄流能力計算

《尾礦設施設計規范》(GB 50863—2013)6.1.3

圖1　各特征標高調洪庫容曲線表5　各標高調洪演算結果統計

壩頂標高/m尾礦庫等級設計頻率P/%死水位/m洪峰流量/(m3/s)調洪庫容/m3安全超高/m干灘長度/m最大下泄流量/(m3/s)48040.547838.7713871.10.5757.031.2350530.250242.6534472.40.7272.037.8657030.256734.9335759.41.71171.020.48

圖2　庫外調洪庫容曲線(573 m標高)表6　攔洪壩調洪演算結果

壩頂標高/m設計頻率P/%死水位/m洪峰流量/(m3/s)調洪庫容/m3安全超高/m最大下泄流量/(m3/s)5730.2565107.114320.41.68104.85

節第3條“當庫外排洪系統與庫內排洪系統合并時，應進行論證，合并后的排水管(或隧洞)宜采用無壓流控制。”

考慮在恒定流情況下的圓拱直墻型排水隧洞泄洪能力，洞內水面線以上的空間不小于隧洞斷面面積的15%，且高度不小于40 cm。按明渠均勻流計算，計算簡圖見圖3。

圖3　計算簡圖

計算結果如表7所示，1#～5#支隧洞最大下泄流量均大于庫內最大下泄流量37.86 m3/s，支隧洞均為無壓流；主隧洞斷面尺寸4.0 m×4.0 m，最大下泄流量為206.9 m3/s，大于庫內和庫外最大下泄流量之和，為142.71 m3/s，此時主隧洞為無壓流。

表7　明渠均勻流計算結果

6　結　語

根據某尾礦庫設計的排洪系統，通過對尾礦庫排洪系統各特征標高進行調洪演算，考慮庫內與庫外排洪系統合并后的最大下泄流量之和，按明渠均勻流公式計算結果復核，合并后的排洪系統為無壓流。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50863—2013尾礦設施設計規范北京[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2]湖南省水文總站.湖南省暴雨洪水查算手冊[R].長沙：湖南省水利水電廳，1984.

(收稿日期2016-05-16)

譚杰驥(1987—)，男，工程師，410000 湖南省長沙市木蓮東路299號。