林加偉
(廣東省冶金建筑設計研究院有限公司,廣東廣州 510080)
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,初期壩壩底標高425.0m,堆積壩壩頂標高500.59m,尾礦壩總壩高75.59m,庫內已堆存尾砂1300.0×104m3。根據《尾礦設施設計規范(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%。尾礦庫庫區匯水面積3.5km2,流域長度2.18km,平均坡降0.137,排洪設施采用排水井+排洪隧洞排洪。
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”,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[2]。因此,在汛期前,需要對尾礦庫進行洪水計算及調洪演算,復核尾礦庫防洪安全性,熟悉掌握防洪控制指標,為尾礦庫安全度汛提供數據支持。
本尾礦庫等別為三等庫,防洪標準采用三等尾礦庫最高防洪標準500年一遇設防。根據尾礦庫所在區域的水文手冊、水文圖集,采用簡化推理公式法進行尾礦庫洪水計算[3]。尾礦庫設計洪水計算結果見表1,尾礦庫設計洪水過程線見圖1。

圖1 設計洪水過程線

表1 設計洪水成果
根據尾礦庫現狀地形圖,按尾礦庫正常水位494.66m,量測計算尾礦庫494.66m標高以上的調洪庫容。尾礦庫調洪庫容計算結果見表2,尾礦庫水位-調洪庫容曲線見圖2。

圖2 水位-調洪庫容曲線

表2 調洪庫容計算成果
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澆鋼筋混凝土結構,井徑為4m,井高27m,排水井頂標高510m,底標高483m,排水井進水口標高494.66m,故本次調洪演算的起調水位確定為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,其工作狀態隨泄流水頭的大小而異。當水頭較低時,排水井內水位低于最低工作窗口的下緣,此時為自由泄流;當水頭增大,井內被水充滿,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;當水頭繼續增大,隧洞呈滿管流時,即為壓力流。按照《尾礦壩設計手冊》提供的方法計算[4]。
經計算,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
采用水量平衡法進行調洪演算,即根據尾礦庫洪水過程線,排洪設施的水位-泄流能力曲線以及尾礦庫的水位-調洪庫容曲線,通過水量平衡計算出泄洪過程線,從而定出排洪設施最大泄流能力,調洪水深,調洪庫容及安全超高等。尾礦庫內任一時段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。
經計算,尾礦庫調洪演算成果見表4,尾礦庫泄洪過程線見圖4。

表4 尾礦庫調洪演算成果

圖4 尾礦庫泄洪過程線
尾礦庫經洪水計算及調洪演算,由表4及圖4可知,尾礦庫在500年一遇的設計洪水標準下,尾礦庫安全超高4.08m,最小干灘長度326.50m,均遠大于《尾礦設施設計規范(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內排出。因此,尾礦庫現狀防洪安全符合規范的要求,而且尾礦庫的防洪安全余裕度較高,只要做好排洪設施的運行維護管理,保證排洪設施水流通暢,不發生淤堵損壞現象,尾礦庫即可安全度汛,不會發生洪水漫頂的情況。
本文通過對在運行使用的尾礦庫進行洪水計算及調洪演算,復核尾礦庫的防洪安全性;并且以尾礦庫調洪演算得出的防洪控制指標作為依據,為尾礦庫安全度汛和防洪安全管理提供數據支持。對于類似尾礦庫的防洪安全分析,具有一定的參考價值。