淺談尾礦庫與水庫防洪設計特點

李紅

摘 要：本文通過比較尾礦庫和水庫在防洪設計上的相同之處，并通過分析，研究了二者在防洪設計上建設目的、匯水面積、匯流條件、設計組合、安全基點、汛限水位和正常蓄水位、防洪庫容、庫的分期和排洪系統布置等方面的不同，為設計工作提供理論依據。

關鍵詞：尾礦庫 水庫 防洪設計

尾礦庫和水庫因壩體高，所蓄勢能巨大，一旦潰壩失事，短時間內潰壩流量將比壩址處設計洪峰流量大數百倍下泄，對下游居民或生命、財產構成極其嚴重的危害，因此歷來是國家防汛工作的重點之處。在《防洪標準》（GB50201-94）中，適用的防洪保護對象包括城市、鄉村、工礦企業、交通運輸設施、水利水電工程、動力設備、通訊設施、文物古跡、旅游設施等方方面面，工礦企業中的尾礦庫和水利水電工程中的水庫的防洪標準遠高于城市、鄉村及其它各行業的防洪標準。

我國尾礦庫的防洪設計，數十年來均采用水庫的防洪設計方法，但是尾礦庫與水庫相比又有許多較大的區別，為了探索適合尾礦庫的防洪設計方法，必須認真總結水庫和尾礦庫的特點，進行必要的對比分析。

一、尾礦庫、水庫防洪設計的共同點

尾礦庫、水庫防洪設計的共同點有：都有國家統一規定的庫、庫構筑物的等別標準和提等條件；都有不同等別庫構筑物必須執行的防洪標準、包括洪水標準和防洪安全標準；都有相同的設計洪水的依據：《水利水電工程設計洪水計算規范》簡稱《洪水規范》（SL44-2002）；設計工況都分為正常工況、洪水工況和特殊工況三種情況；都必須根據設計洪水的洪峰流量、洪水過程線和時段洪水總量，結合排洪系統結構斷面和訊限水利以上的調洪庫容曲線進行調洪演算，確定最高洪水位、最大泄流量、泄流過程線及排洪系統結構斷面的最大流速；洪水計算一般以庫址為準進行計算，當進庫后產流、匯流條件明顯改變時，應以入庫洪水為準；可根據運行調度需要，科學合理劃分分期洪水，水庫可以更多地調蓄水資源；尾礦庫可以在訊后蓄水和冰下放礦；都要在庫、庫構筑物設置安全、環保監測設施、并建立相應管理制度；任何大壩都不可能絕對安全，都要根據失事的可能，編制《防洪應急預案》，并規定強制性實施辦法；都必須經過國家有關部門安全、環保審查、批準程序。

二、尾礦庫與水庫防洪設計的差異

尾礦庫與水庫防洪設計的差異性主要體現在以下幾個方面：

（1）建設目的不同：尾礦庫為工礦企業安全、環保、經濟合理地堆存選冶廢棄物；水庫為水利水電工程安全、環保、經濟合理地調蓄利用水資源，以滿足供水灌溉、防洪、防澇、發電、航運等方面的要求；

（2）匯水面積不同：水庫為發揮最大的經濟利益，要求擬選壩址匯水面積盡可能大些，甚至將流域外徑流引入庫內；尾礦庫則在滿足尾礦堆存的前提下，壩址上游匯水面積盡可能小些，必要時在庫尾或庫周設置攔、截洪設施，將洪水截止庫外，以利減輕庫內調洪壓力，減少水利的污染；

（3）匯流條件不同：水庫匯水面積大、流域長度長，徑流大多是部分匯流條件， ，河槽匯流明顯、匯流時間較長，一般在數小時以上；尾礦庫匯水面積小， ，以坡面匯流為主，匯流時間短，一般在1小時以下，甚至僅數分鐘；

（4）設計組合不同：《防洪規范》規定：“水庫防洪標準可采用設計、校核二級標準，也可采用設計一般標準”。根據暴雨、強風 、地震等稀遇概率事件不相疊加的原則，水庫采用設計與校核二級組合是合理的。我國尾礦庫絕大多數采用尾礦上游法堆壩，尾礦沉積灘坡度通常在0.5～3.0%之間，洪水在灘面平均水深甚淺，風雍水面高度和波浪爬高均可以忽略不計，因此，尾礦庫采用設計一級防洪標準也是合理的。

（5）防洪安全基點不同：水庫壩無論是重力壩還是碾壓土石壩，都允許在壩頂上游側設置防浪墻。尾礦庫采用尾礦上游式堆壩時，加高子壩往往采用壩前區尾砂堆筑而成，子壩體型較小，壩坡較陡，且少有碾壓，為防止滲透破壞，風浪淘刷，故正常情況下不允許子壩擋水，防洪安全基準點以尾礦沉積灘頂最低點為準

（6）汛限水位和正常水位不同：水庫汛限水位是指為確保水庫在設計洪水情況下的防洪安全，在汛前嚴格限制的最高水位；尾礦庫正常水位是指尾礦庫為滿足尾礦澄清水回水或外排時，水質要求的正常工作水位。水庫建成后，汛限水位雖可聯動調節，但年年如此；尾礦庫因尾砂不斷沖積，干灘長度延伸，澄清距離和澄清水日漸減少而促使正常水位節節上升。

（7）調洪庫容不同：水庫建成后，汛限水位以上的調洪庫容曲線（H～V）基本不變，即使庫岸坍塌或滑坡，亦主要影響死庫容，黃土高原地區的水庫，入庫泥沙量大，也僅在運行中，后期對調洪庫容有一定影響；尾礦庫的調洪庫容受尾礦沉積灘和干灘長度的影響極大，故必須對實際運行中的防洪高度和調洪庫容進行復核。必要時停產或降低排放水質甚至改建排洪系統，也要確保防洪高度。

（8）庫的分期不同：水庫的施工期和使用期以庫水位是否蓄至設計汛限水位為標志。尾礦庫的運行分期以尾礦堆積至工程等別特征標高為標志。原《尾礦規范》將尾礦庫運行劃分為前期和中、后期，前期為尾礦庫啟用后的頭3-5年，并降低相應等別的洪水標準。是不妥的。違反了嚴格按工程等別確定洪水標準的原則。

（9）排洪系統布置不同：水庫的排洪系統進水口大多布置在主壩附近或分水嶺埡口處，還設有應急溢洪道以應付超標準洪水。尾礦庫采用上游式尾礦堆積壩，排洪系統進水口大多布置在庫尾，隨尾礦堆積而升高，排洪井塔進水口因澄清距離太近而采用多座井塔排洪。排洪系統無論排水管還是隧洞，沿線承受較大的尾礦滲流水壓力。

三、結語

隨著我國選礦工業的發展和環境保護對三廢治理和要求，尾礦庫的建設實施，已成為制約礦山生產發展的關鍵性工程。尾礦庫失事造成的后果往往比較嚴重，因此，其安全性近年來倍受重視。尾礦庫建庫后，洪水對尾礦庫安全將會產生很大威脅，尾礦庫防洪安全是保證尾礦庫安全的一個重要方面.本文通過詳細比較了水壩和尾礦庫的防洪計算特點，從多個方面闡述了不同之處，在壩體設計中，須從這些不同點出發，從設計參數、取值標準等多方面加以注意。