基于徐家河尾礦庫調洪演算及安全調度分析

劉兆勝

（遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114039）

基于徐家河尾礦庫調洪演算及安全調度分析

劉兆勝

（遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114039）

根據尾礦庫調洪演算的基本原理，建立尾礦庫調洪演算的時變分析模型，研究某尾礦庫在200年一遇洪水防洪標準下的調洪演算，結果表明在現有堆積高320.2m，尾礦庫在200年一遇設計洪水下剛好滿足調洪要求，即尾礦庫現狀防洪能力為200年一遇。

尾礦庫；調洪計算；原理；方案

尾礦庫是一種具有高勢能的人造泥石流危險源。其發生會給人民生命和財產帶來巨大損失，同時對周邊的環境造成嚴重污染，給國民經濟發展和社會穩定帶來很大的負面影響［1］。

調洪演算的安全超高和干灘長度是尾礦庫安全度的重要判據［2］。李斌華等［3］通過調洪演算研究了排洪系統的泄流能力，為尾礦庫排洪系統的設計和選擇提供依據。

1 調洪演算基本原理

采用水力學圣維南方程組表示，簡化后為水量平衡方程和泄流方程［4］。

式中 Q1為時段初的入庫流量（m3/s）；Q2為時段末的入庫流量（m3/s）；q1為時段初的出庫流量（m3/s）；q2為時段末的出庫流量（m3/s）；V1為時段初尾礦庫蓄水量（m3）；V2為時段末為庫蓄水量（m3）；Δt為時段長，其大小一般可視入庫流量的變化幅度而定 （陡漲陡落的小河取1~6h，變化平緩的大河取12~24h）。

在方程中，Q1、Q2可由設計洪水過程線上查得，Δt可根據具體情況選定，q1及V1根據起調條件確定。q2和V2是未知數。一個方程包括兩個未知數不能求解，須建立水庫下泄流量q與蓄水量V的關系。

以上兩式組成一個方程組，這個方程組表達了入庫洪水過程、下泄流量過程和尾礦庫蓄水量變化過程三者之間的定量關系。

2 排水構筑物泄流能力

尾礦庫排水構筑物主要由排洪井、豎井、排洪隧洞、盲豎井構成。其整個排水系統的泄流能力由最小泄流能力來決定，在低水位工況下，排洪井泄流能力起主導作用，隨著庫水位的不斷升高，盲豎井的泄流能力又占據主導地位。所以，計算排洪系統泄流能力時，應對排洪井和盲豎井的最大泄量分開計算。

徐家河位于本溪市南芬區郭家街道，尾礦庫壩址以上總占地面積2605.93hm2，目前堆積高下尾礦庫僅4#排洪井正常工作。4#排洪井為框架式，其塔高32m，內徑4m，下接內徑2.5m的豎井，進水高程316.0m。排水能力按環形堰流量公式計算：

式中 Qm為最大泄量（m3/s）；Mw為綜合流量系數（0.22367+ 1.30312Hw/B）；B為環形堰總寬 （m）；Hw為進水水頭（m）。

其計算結果如表1。

表1 4#排洪井泄流能力計算 單位：m3/s

在中高水位工況下，尾礦庫排洪系統泄流能力受盲豎井控制，故應另計算盲豎井最大泄量。盲豎井是連接尾礦庫新老排洪隧洞的通道，圓管狀，長30m，內徑2.5m，垂直地面，最大泄量按有壓圓管流量公式計算：

式中 Qm為最大泄量（m3/s）；μ為流量系數（0.263）；A為過水面積（4.91m2）；H0為總水頭（m）。

計算結果如表2。

表2 盲豎井泄流能力計算結果 單位：m3/s

當庫水位小于318m時，尾礦庫泄流能力采用排洪井最大泄量，當庫水位大于318m時，尾礦庫泄流能力采用盲豎井最大泄量。另因庫區內有回水塔1座，其下泄流量2m3/s，故計算總泄流能力時應考慮在內。尾礦庫總泄流能力如表3。

表3 尾礦庫排洪系統泄流能力成果 單位：m3/s

3 調洪計算

根據排洪系統的布置，按前述進行調洪計算。起調水位為正常水位314.3m，排洪塔進水水位316.00m。計算結果顯示，在選用500年一遇設計洪水調洪時，因調洪庫容不足導致洪水漫頂，選用200年一遇設計洪水調洪時，在保證回水系統正常工作的情況下，尾礦庫在200年一遇設計洪水下剛好滿足調洪要求。說明尾礦庫現狀防洪能力為200年一遇。計算結果如表4，表5。

表4 尾礦庫調洪計算結果 單位：m3/s

表5 尾礦庫200年一遇設計洪水調洪計算參數 單位：m

5 與原設計比較

根據尾礦庫不同等級，按照規范規定，確定尾礦庫防洪標準。原初步設計確定現堆積高下尾礦庫等別為Ⅱ等，其設計防洪標準為500年一遇。由于原設計中排洪系統存在安全隱患，目前，原設計中1#~ 3#排洪井受尾礦堆積影響，已不能正常工作，目前只有4#排洪井正常工作。而原設計中其排洪隧洞（4.6m×4.8m）終點位于3#排洪井處，優化設計提出的延長排洪隧洞（2.4m×2.6m）位于原排洪隧洞延長線的上方，靠深30m、內徑2.5m的盲豎井與之相連，這樣其排洪系統泄流能力已經不取決于兩段排洪隧洞的泄流能力，而是取決于盲豎井的泄流能力，換言之，盲豎井的泄流能力已經成為尾礦庫排洪能力的瓶頸。

原設計中：“計算調洪庫容時沉積灘坡度按實測0.5%，水下沉積坡度按10%”，在現場實際測量中發現實際沉積灘坡度平均為0.4%，這就造成原設計調洪庫容比實際調洪庫容偏大，致使尾礦庫設計防洪能力與實際防洪能力存在偏差，如表6。

表6 尾礦庫調洪計算結果比較

若使尾礦庫滿足500年一遇防洪標準時，所需調洪庫容已經大于現有最大調洪庫容704萬m3，也大于原設計的639萬m3。因原設計沒有提供尾礦庫排洪系統泄流曲線，無法判定其是否與本文采用的泄流曲線一致。但原設計中提到：“初期排洪系統的泄量是溢水塔控制，后期泄量是排洪隧洞控制”，并沒有提到尾礦庫排洪系統中盲豎井是其泄流能力的瓶頸。故未考慮盲豎井最大泄流能力，是造成原設計與本設計尾礦庫防洪標準不一致的原因之一。

6 安全調度方案

根據不同頻率下的暴雨洪水分析和調洪計算，確定各種情況下的安全調度方案。如表7。

表7 尾礦庫安全調度方案 單位：m

7 結語

（1）本次調洪計算針對現狀堆積標高及現狀最低水位時，通過計算洪水，從而推求其最高水位和最大下泄流量。

（2）由于原設計存在缺陷，致使設計中的盲豎井成為影響排洪系統泄流能力的瓶頸。經過計算，在現有堆積高314.3m，選用500年一遇設計洪水調洪時，調洪庫容不足，庫水位已經超過壩高（即漫頂），表明現有條件下尾礦庫防洪標準已達不到500年一遇。選用200一遇設計洪水調洪時，在保證回水系統正常工作的情況下，其防洪能力為200年一遇。

［1］梅國棟，王云海．我國尾礦庫事故統計分析與對策研究［J］．中國安全生產科學技術，2010，6（3）.

［2］AQ2006—2005，尾礦庫安全技術規程［S］．

［3］李斌華，刁明軍，楊海波．尾礦庫排洪系統水力計算研究［J］．西南民族大學學報：自然科學版，2007，33（3）．

［4］王鳳凰．某尾礦庫安全評價定量分析與研究［D］．武漢：武漢理工大學，2010．

［5］蔡景禮.小型水庫庫容調洪計算的常用方法［J］.黑龍江水利科技，2012（11）.

［6］楊立芳，程健.某尾礦庫調洪安全研究［J］.安徽水利水電職業技術學院學報，2015（4）．

（責任編輯：王艷肖）

The flood routing and secure dispatching of Xujiahe River tailing pond

LIU Zhao-sheng
（Anshan Hydrology Bureau of Liaoning Province,Anshan 114039，China）

According to the basic principle of tailing reservoir flood regulating calculation,analysis model is established to research the tailing reservoir flood routing under the flood control standard of 200 year frequency flood.The results show that the existing high accumulation of 320.2m,it just meets the requirement of design flood in 200 year frequency,then the present flood control capacity of the tailing pond is 200 year frequency flood.

tailing pond;flood routing;principle；scheme

TV122

B

1672-9900（2017）01-0026-03

2016-12-13

劉兆勝（1983-），男（漢族），遼寧鞍山人，工程師，主要從事水文勘測和水資源研究工作，（Tel）13704171965。