某大型尾礦庫基于水量平衡法的洪水計算和調洪演算分析

孫文杰

（北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

尾礦庫是礦山的重要設施之一，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”，尤其是對于大型濕排尾礦庫，一旦發生洪水漫頂或潰壩事故，將會嚴重危害尾礦庫下游的人民生命和財產安全，且對環境造成極大的污染[1]。資料顯示，我國尾礦庫的安全狀況不容樂觀，自2001年以來，尾礦庫安全事故發生數量呈上升趨勢[2]。2001年7月，云南武定德昌鈦礦廠尾礦庫發生潰壩事故，造成7人死亡；2006年4月，河北遷安廟嶺溝尾礦庫發生副壩潰決事故，造成6人死亡；2007年11月，遼寧海城鼎洋礦業選礦廠尾礦庫發生潰壩事故，造成15人死亡，2人失蹤，38人受傷[3]。因此，對尾礦庫的洪水計算和調洪演算方面的理論和實踐應用研究尤為迫切和重要。

1 水量平衡數值法

對于尾礦庫的調洪演算，可根據來水過程線和排水構筑物的泄流量與尾礦庫的蓄水量關系曲線，通過水量平衡方程計算出泄洪過程線，從而定出大泄流量和調洪庫容[4]。

尾礦庫內任一時段Δt的水量平衡方程式如下：

式中：QS、QZ分別為時段始、終尾礦庫的來洪流量，m3/s；為時段平均流量，m3/s；qS、qZ分別為時段始、終尾礦庫的泄洪流量，m3/s；VS、VZ分別為時段始、終尾礦庫的蓄洪量，m3；Δt為該時段的時間，h。

2 工程實例

2.1 某尾礦庫概況

某大型濕排尾礦庫為溝谷型尾礦庫，總壩高為40m，總庫容1000萬m3，尾礦庫排洪系統型式為框架式排水井—隧洞。

尾礦庫正常蓄水位為437.8m，干灘長度為200m，干灘坡度約為1.1%。庫區匯水面積為2.65km2，流域溝谷長度為2.16km。尾礦庫設計洪水重現期為500年。

2.2 洪水計算

根據當地的水文手冊和水文圖集，庫區所在區域的年最大24h平均降雨量為70mm，降雨量變差系數Cv=0.66，降雨量偏差系數Cs=3.5Cv，暴雨遞減系數n1=0.60（t＜1h）。分別采用簡化推理公式法和過程線法計算尾礦庫500年一遇的洪峰流量、洪水總量以及洪水過程線[5]，計算結果見表1。

表1 洪水計算結果表

2.3 調洪演算過程

根據庫區地形圖、壩高、沉積灘坡度計算出尾礦庫的庫容曲線圖，見圖1。依據排洪系統的工作狀態以及泄流水頭，分別計算排水井～隧洞在自由泄流、井口泄流、半壓力流以及壓力流不同工況下的泄流量，得到庫水位—泄流量關系曲線見圖2。

圖1 調洪庫容曲線圖

圖2 庫水位—泄流量曲線

2.4 調洪演算結果與分析

調洪演算結果見表2。

表2 調洪演算結果表

調洪演算結果表明：

該尾礦庫在沉積灘坡度1.1%的情況下，現有的排洪系統的排水能力能夠滿足排洪要求。最大調洪幅度大于調洪演算的調洪水深，最小安全超高和最小干灘長度均滿足防洪安全要求。調洪演算為尾礦庫防洪安全管理提供了系列調洪控制參數，尾礦庫在汛期應嚴格控制庫內防洪限制水位不得高于437.8m，確保0.9m以上的調洪水深及相應的調洪庫容，嚴格監控并預警最小干灘長度和最小安全超高，以確保尾礦庫安全度汛。

3 結論

通過以上分析和計算可以得出：

（1）根據來水過程線、庫容曲線以及泄流量曲線，采用水量平衡數值法對尾礦庫進行調洪演算是可行的，且該方法計算精度高、收斂快。

（2）計算得出的調洪庫容以及最大泄流量可作為尾礦庫汛期運行過程中的防洪控制指標參數，對今后尾礦庫的防洪安全管理提供一定的指導意義。