永茂煤礦廢水治理工程設計洪水分析計算

田谷順

（湘西水文水資源勘測中心，湖南 吉首 416000）

1 項目由來

永茂煤礦籌建于1990 年8 月，1992 年簡單投產，資源儲量采完后，1999 年又新掘進兩個平硐，即現在的永茂主平硐和景和主平硐。相繼在2002 年初、2008年6 月對該兩處礦井進行資源整合，整合后礦井范圍即現階段永茂礦山范圍。

根據相關文件精神，決定對該煤礦進行政策性關閉，但關閉后，未進行礦山生態復綠，目前仍有廢水從礦坑內流出，對周邊環境有一定影響。為切實維護當地群眾利益，龍山縣國土資源局分別委托湖南省常德工程勘察院編制《湖南省龍山縣永茂煤礦含鐵酸性廢水治理工程設計》、湘西鴻源水利咨詢有限公司編制《湖南省龍山縣永茂煤礦含鐵酸性廢水治理工程洪水影響評價》。

2 設計洪水計算技術路線

1）設計洪水流量計算

工程處設計洪峰流量分別采用面積比擬法和《湖南省暴雨洪水查算手冊》（2015 版）推理公式法計算，綜合分析確定。

2）設計洪水位計算

工程處起推控制斷面根據調查1998 年的洪水位、流量、水面比降和實測大斷面成果，用曼寧公式計算其綜合糙率，再推求起推控制斷面處水位流量關系，最后用水面線方程逐斷面向上計算上游斷面洪水位，遇阻水工程，用經驗公式計算工程后阻水壅高，然后再又用水面線方程逐步向上計算至工程最上游斷面。

3 流域概況

該工程位于酉水一級支流猛洞河水田壩鎮上游村，猛洞河流域在東經109°98′～109°53′，北緯28°49′～29°29′之間，發源于桑植縣八家田，流經猛必、汝池、五家堡、吳家寨、馬鞍山、鳳棲、勺哈、富坪、靈溪鎮、海螺，于永順龍頭匯入酉水，河流總長158 km，干流平均坡降2.25‰，流域面積為2 275 km2。流域內設有1 個國家基本水文站，8個雨量站。河源至永順水文站河長111 km，干流平均坡降2.55‰，永順水文站以上流域面積為1 035 km2。

工程處以上集雨面積95.5 km2，干流長度25.9 km，干流平均坡降6.90‰，工程與臨近永順水文站距離40.8 km。工程處以上水系及項目位置示意見圖1。

圖1 工程以上水系及項目位置示意圖

4 工程處設計洪水計算

4.1 項目基本情況

該煤礦目前已停產，礦坑排水仍未達到自然排放標準。為了更加有效地處理此礦坑水，防止礦坑水從其他途徑滲出，污染生態環境，根據該煤礦廢水特征，以及對污染物的去除機理分析，本次設計選擇經濟合理、技術可行、操作簡單方便的工藝流程。設計的工藝流程如圖2。

圖2 廢水治理工藝流程圖

4.2 洪水計算方法

1）水文比擬法

采用永順水文站1957—2016 年58 年歷年實測洪峰資料系列及其歷史調查洪水，進行P-Ⅲ型頻率適線，適線成果：Q平=1 273 m3/s，CV=0.62，CS=4.0 CV。用水文比擬法計算工程處的設計洪峰流量，成果見表1。

表1 永順站及工程處不同頻率洪峰成果表 m3/s

2）設計暴雨（推理公式法）推求設計洪峰流量

根據工程所在位置和鄰近龍山縣水田站1998 年最大24 h 雨量資料，查算《湖南省暴雨洪水查算手冊》，工程處P24均=125 mm，Cv=0.60，Cs/Cv＝3.5，計算得工程處不同設計頻率的最大P24點雨量，計算成果見表2。

表2 工程處不同頻率年最大24 h 降雨量成果表 mm

4.3 洪水計算參數

根據工程處設計最大P24點雨量、集水面積等資料，查算《湖南省暴雨洪水查算手冊》圖表中的相關參數，采用推理公式推求得到工程處設計洪水，計算參數及成果見表3。

表3 工程處推理公式設計洪水計算參數及成果表

4.4 洪水計算成果及合理性分析

因工程處以上集水面積為95.5 km2與參證站的集水面積相差81.3%，超出30%范圍內，不符合水文比擬法的適用條件；工程處流域面積小于100 km2，根據以往的洪水計算實踐，推理公式較適用于小流域，故選用推理公式法計算成果作為本次設計洪水，成果見表4。

表4 工程處年最大洪峰不同頻率流量匯總表流量 m3/s

4.5 洪水位的推求

1）計算公式

①曼寧公式：Q=AR2/3S1/2/n

式中 Q——流量；

A——過水斷面面積；

R——水力半徑；

S——水面比降。

②天然河道水面曲線基本方程

a.伯努利能量方程

式中 Z上、Z下——上、下斷面水位；

V上、V下——上、下斷面流速；

Q——河道流量；

ΔS——上、下斷面間距；

α——動能校正系數；

KP——河段平均流量模數；

ζP——河段平均局部水頭損失系數；

g——重力加速度；

he′——工程阻水造成的局部水頭損失。

2）起推控制斷面水位流量關系推求

根據1998 年調查的洪水位、流量、水面比降以及實測大斷面，用曼寧公式計算起推控制斷面（D1）綜合糙率，n=0.036。再采用其綜合糙率推求D1 斷面水位流量關系線。成果見表5，水位流量關系線見圖3。

圖3 起推控制斷面(D1)水位流量關系線圖

表5 工程處起推控制斷面（D1）水位流量關系曲線成果表

3）工程處典型斷面設計洪水位的推求

根據工程起推控制斷面不同設計頻率洪峰流量所對應的水位，采用天然河道水面曲線基本方程計算，分別得到上游不同典型斷面處的不同設計頻率洪水位。成果見表6。工程河段典型水文斷面布置圖見圖4。

表6 工程處不同頻率洪水位成果表

圖4 工程河段典型水文斷面布置圖

5 結 語

在湖南省無水文資料山區，對于控制面積較小的涉水工程，根據工程處河流自然特性，采用《湖南省暴雨洪水查算手冊》（2015 版）推理公式法推求設計洪水，其計算結果與實地調查成果較為吻合。