關于我國尾礦庫設計洪水標準的探討

沈樓燕，王漢強

(1. 武漢大學經濟與管理學院， 湖北 武漢 430072；

《世界有色金屬》期刊2008年第2期發表了《美國礦山企業的尾礦管理》一文[1]。該文作者在對比中、美兩國尾礦庫工程設計標準后提出：“(美國)尾礦庫的洪水設計標準高。最低標準為百年一遇洪水，大中型庫均需按最大可能洪水(PMF)或二分之一最大可能洪水進行設計”。該文還建議“結合我國國情，修訂尾礦庫安全技術標準……適當提高洪水標準”。 2009年，國家有關部委在發布的《尾礦庫隱患綜合治理方案》中，論述我國尾礦庫事故頻發和安全生產形勢嚴峻的主要原因時，認同并引用了該文獻的觀點。文中第一條就是：“安全設計標準低。尾礦庫防洪…等安全設計標準與發達國家相比相對偏低”。

尾礦庫設計洪水標準對尾礦庫工程的安全性與經濟性影響極大，在同樣計算方法下，設計洪水標準越高，相應設計洪水越大，工程投入與社會投入(包括征地、拆遷等)也就越大。我國是世界上擁有尾礦庫數量最多的國家之一，如果對尾礦庫設計洪水標準調整提高，將對我國尾礦庫工程的投入產生巨大的影響。

適逢筆者正在參編我國新的尾礦庫設計規范，認為很有必要對這個觀點進行商榷。下文就中國與美、日等發達國家尾礦庫設計洪水標準進行比較，來判別中國的尾礦庫設計洪水標準是否偏低的論斷。

1 美國尾礦庫的設計洪水標準

1.1 美國礦山安全衛生局(MSHA)的標準[3]

MSHA于1976年3月制定的《礦山廢渣堆及尾礦壩設計準則》指出：“尾礦庫的設計應該采用降雨歷時為6h的可能最大暴雨(PMP) 來計算……；當調蓄庫容能容納部分或全部設計暴雨(洪水)時，允許降低設計標準”。

1.2 美國內政部礦山局的標準

美國內政部礦山局1977年頒布的《金屬與非金屬礦尾礦處理設計指南》[4]附錄B指出:“百年一遇洪水……是尾礦庫設計時要采用的參數，除非因為尾礦庫的位置、規模和潛在的危險要求采用更大的設計洪水”。

2 中國尾礦庫的防洪標準

2.1 有色金屬行業的防洪標準

有色金屬行業尾礦庫防洪標準，廣泛采用《選礦廠尾礦設施設計規范》(ZBJ1-90)[5]的規定，其防洪標準見表1。

表1 尾礦庫防洪標準

該規范還規定：“設計洪水的降雨歷時，應采用24h計算”，“當一日洪水總量小于調洪庫容時，洪水排出時間不宜超過72h”。

2.2 國家安監總局制定的防洪標準

國家安監總局制定的《尾礦庫安全技術規程》(AQ 2006-2005)[6]的防洪標準，與前文《選礦廠尾礦設施設計規范》相一致。

2.3 國家標準規定的防洪標準

我國現行國家標準《防洪標準》(GB 50201-94)[7]與《選礦廠尾礦設施設計規范》基本是一致的，只是將“初期”改為“設計”，將“中、后期”改為“校核”；其第4.0.6條規定“當尾礦壩或尾礦庫一旦失事，對下游的城鎮、工礦企業、交通運輸等設施會造成嚴重危害，或有害物質會大量擴散的，應按表4.0.5的規定的防洪標準提高一等或二等”。而其“總則”的1.0.6.1款更是指出：“遭受洪災或失事后損失巨大、影響十分嚴重的防護對象，可采用高于本標準規定的防洪標準”。

我國尾礦庫的防洪標準是上述國標和行業標準的有機結合，而且是以強制性國家標準《防洪標準》為最終決定的依據。

3 中、美、日等多個國家的尾礦庫設計洪水標準的比較

3.1 從采用的可能最大洪水數值進行比較

我國工程水文學專家王國安對其收集到的美國50余座水庫工程的可能最大洪水(PMF) 所點繪的“洪峰流量-流域面積關系曲線”分析后發現，美國采用的可能最大洪水的數值并不大，僅相當于我國中、東部地區500年一遇洪峰流量的數值[2]，這是出乎我們意料之外的！

3.2 從尾礦庫設計暴雨歷時進行比較

如前文所述,美國標準的設計暴雨歷時是6h[3]，而中國標準設計暴雨歷時是24h[5]。很顯然暴雨歷時越長，其暴雨量越大，洪峰流量也就越大。表2中所列的是美國Dames & Moore 公司為德興銅礦大礦尾礦庫設計時，采用中、美兩國不同洪水標準計算得出的設計暴雨數值。

表2 德興銅礦大礦尾礦庫采用中、美兩國不同洪水標準計算的洪水參數

從表2可知：從尾礦庫設計暴雨歷時的角度來比較，中國標準比美國標準更高。

3.3 從尾礦庫一次洪水總量的排空時間進行比較

美國尾礦庫一次洪水總量(90%)的排空時間為10d[3]，中國尾礦庫一次洪水總量的排空時間為3d[5]。仍以德興銅礦大礦尾礦庫為例，按美國標準，下泄流量為(10.13×106m3×90%)÷(10×86400s)=10.55m3/s；按中國3d排空的要求，下泄流量為16.90×106m3÷(3×86400)=65.20m3/s。后者遠大于前者，說明中國排洪標準更高。

3.4 從防洪標準的數值進行比較

1989年6月《選礦廠尾礦設施設計規范》(報批稿) 附有一份《關于尾礦庫防洪標準問題的專題報告》[8]。專題報告經對比后認為中國的標準比美、蘇、日的都高，詳見表 3所示。

表3 中、蘇、美、日四個國家的尾礦庫防洪標準比較表

3.5 綜合分析

從上述的對比分析，我們很難得出美國尾礦庫的防洪標準高于我國尾礦庫防洪標準的結論，更難以得出“尾礦庫防洪標準低是造成我國尾礦庫事故頻發和安全生產形勢嚴峻”的主要原因之一的結論。而且自1963年海河大暴雨和1975年淮河大暴雨后，我國設計洪水數據大幅度增加，據此可以推斷我國現行尾礦庫設計洪水標準對應的設計洪水值也是偏大的。同時，造成我國尾礦庫失事的原因很多，但迄今尚無因為設計洪水標準“偏小”而失事的實例。

需要說明的是：美國明確提出了必要時應采用可能最大洪水(PMF)來設計的規定，而中國標準則把PMF包含在“采用高于本標準的防洪標準”(詳見《防洪標準》)這句話中。實際上，我國也不乏采用PMF來作尾礦庫設計或校核洪水的工程實例，例如德興銅礦2號尾礦庫、武山銅礦老尾礦庫等。

4 結 語

(1)中國尾礦庫設計洪水標準并不低，相反，對于一般重要性的尾礦庫而言，其設計洪水標準甚至高于美國等發達國家。因此，尾礦庫設計洪水標準高低與否，并非是造成我國尾礦庫事故頻發和安全生產形勢嚴峻的主要原因。

(2)尾礦庫設計洪水標準的確定，不僅僅是一個安全技術同題，而且是同時包含政治、經濟和社會因素在內的綜合性政策問題。筆者建議修訂規程規范，對于一般重要性的尾礦庫，其設計洪水標準可以適當降低。合理調整設計洪水水標準，是建設經濟節約型、環境友好型兩型社會的需要。

(3)由于自然界與人類社會的復雜性，以及人類對自然界認識能力的局限性，無論將設計標準定得多高，工程失事的風險總是潛在的。為此，我們要加強管理并通過立法，加強尾礦庫預警和應急設施的投入，以防范尾礦庫失事，或者即使失事也盡量將損失降至最低。

[1] 汪貽水. 美國礦山企業的尾礦管理[J]. 世界有色金屬，2008(2)：55-58.

[2] 王國安. 中國設計洪水及標準問題[J]. 水利學報，1991，(4)：68-77.

[3] 美國礦山安全衛生局(MSHA). 礦山廢渣堆及尾礦壩設計準則[S]. 冶金工業部南昌有色冶金設計院總圖衛技科(譯)，1979,9.

[4] Design guide for metal and nonmetal tailings diposal ，by Roy L. Soderberg and Richard A. Busch, [Washington]:United States Department of the Interior, Bureau of Mines, 1977.

[5] 中國有色金屬工業總公司.ZBJ1-90，選礦廠尾礦設施設計規范[S] .北京：中國計劃出版社，1991：14-15.

[6] 國家安全生產監督管理總局.AQ 2006-2005 尾礦庫安全技術規程[S]. 北京：煤炭工業出版社，2006.3.1.

[7] 中華人民共和國水利部.GB 50201-94，防洪標準[S].北京：中國計劃出版社，1994:3-7.

[8] 尾礦設施設計規范編寫組.關于尾礦庫防洪標準問題的專題報告(《選礦廠尾礦設施設計規范》報批稿附件)[R].1989.