某尾礦庫基于洪水計算及調(diào)洪演算的防洪安全分析

林加偉

（廣東省冶金建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510080）

1 工程案例

某山谷型尾礦庫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，庫內(nèi)已堆存尾砂1300.0×104m3。根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范（GB50863—2013）》，尾礦庫等別屬于三等庫[1]。尾礦庫正常水位494.66m，干灘長度533.0m，干灘坡度1.25%。尾礦庫庫區(qū)匯水面積3.5km2，流域長度2.18km，平均坡降0.137，排洪設(shè)施采用排水井+排洪隧洞排洪。

尾礦庫是礦山的重要設(shè)施之一，屬于一種高勢能危險源，其防洪安全一直被視為礦山的“生命線”，尾礦庫一旦發(fā)生洪水漫頂或潰壩事故，將會嚴(yán)重危害尾礦庫下游的人民生命和財產(chǎn)安全，且對環(huán)境造成極大的污染[2]。因此，在汛期前，需要對尾礦庫進行洪水計算及調(diào)洪演算，復(fù)核尾礦庫防洪安全性，熟悉掌握防洪控制指標(biāo)，為尾礦庫安全度汛提供數(shù)據(jù)支持。

2 洪水計算

本尾礦庫等別為三等庫，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用三等尾礦庫最高防洪標(biāo)準(zhǔn)500年一遇設(shè)防。根據(jù)尾礦庫所在區(qū)域的水文手冊、水文圖集，采用簡化推理公式法進行尾礦庫洪水計算[3]。尾礦庫設(shè)計洪水計算結(jié)果見表1，尾礦庫設(shè)計洪水過程線見圖1。

圖1 設(shè)計洪水過程線

表1 設(shè)計洪水成果

3 調(diào)洪演算

3.1 調(diào)洪庫容計算

根據(jù)尾礦庫現(xiàn)狀地形圖，按尾礦庫正常水位494.66m，量測計算尾礦庫494.66m標(biāo)高以上的調(diào)洪庫容。尾礦庫調(diào)洪庫容計算結(jié)果見表2，尾礦庫水位-調(diào)洪庫容曲線見圖2。

圖2 水位-調(diào)洪庫容曲線

表2 調(diào)洪庫容計算成果

3.2 排洪設(shè)施泄流能力計算

尾礦庫采用排水井+排水隧洞進行排洪。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洞型，凈斷面尺寸為1.5m×1.8m，隧洞總長度1004m，坡降0.5%。

對于排水井+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，排水井內(nèi)水位低于最低工作窗口的下緣，此時為自由泄流；當(dāng)水頭增大，井內(nèi)被水充滿，但隧洞尚未呈滿管流，泄流量受隧洞的入口控制，此時為半壓力流；當(dāng)水頭繼續(xù)增大，隧洞呈滿管流時，即為壓力流。按照《尾礦壩設(shè)計手冊》提供的方法計算[4]。

經(jīng)計算，排水井+排水隧洞泄流能力見表3，排水井+排水隧洞水位-泄流能力曲線見圖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)洪計算

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

式中：QS、QZ-時段始、終尾礦庫的來洪流量，m3/s；qS、qZ-時段始、終尾礦庫的泄洪流量，m3/s；VZ、VS-時段始、終尾礦庫的蓄洪量，m3。

經(jīng)計算，尾礦庫調(diào)洪演算成果見表4，尾礦庫泄洪過程線見圖4。

表4 尾礦庫調(diào)洪演算成果

圖4 尾礦庫泄洪過程線

4 防洪安全分析

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

5 結(jié)語

本文通過對在運行使用的尾礦庫進行洪水計算及調(diào)洪演算，復(fù)核尾礦庫的防洪安全性；并且以尾礦庫調(diào)洪演算得出的防洪控制指標(biāo)作為依據(jù)，為尾礦庫安全度汛和防洪安全管理提供數(shù)據(jù)支持。對于類似尾礦庫的防洪安全分析，具有一定的參考價值。