孫文杰

（北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

尾礦庫(kù)是礦山的重要設(shè)施之一，屬于一種高勢(shì)能危險(xiǎn)源，其防洪安全一直被視為礦山的“生命線”，尤其是對(duì)于大型濕排尾礦庫(kù)，一旦發(fā)生洪水漫頂或潰壩事故，將會(huì)嚴(yán)重危害尾礦庫(kù)下游的人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，且對(duì)環(huán)境造成極大的污染[1]。資料顯示，我國(guó)尾礦庫(kù)的安全狀況不容樂(lè)觀，自2001年以來(lái)，尾礦庫(kù)安全事故發(fā)生數(shù)量呈上升趨勢(shì)[2]。2001年7月，云南武定德昌鈦礦廠尾礦庫(kù)發(fā)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(kù)發(fā)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(yè)選礦廠尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故，造成15人死亡，2人失蹤，38人受傷[3]。因此，對(duì)尾礦庫(kù)的洪水計(jì)算和調(diào)洪演算方面的理論和實(shí)踐應(yīng)用研究尤為迫切和重要。

1 水量平衡數(shù)值法

對(duì)于尾礦庫(kù)的調(diào)洪演算，可根據(jù)來(lái)水過(guò)程線和排水構(gòu)筑物的泄流量與尾礦庫(kù)的蓄水量關(guān)系曲線，通過(guò)水量平衡方程計(jì)算出泄洪過(guò)程線，從而定出大泄流量和調(diào)洪庫(kù)容[4]。

尾礦庫(kù)內(nèi)任一時(shí)段Δt的水量平衡方程式如下：

式中：QS、QZ分別為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的來(lái)洪流量，m3/s；為時(shí)段平均流量，m3/s；qS、qZ分別為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的泄洪流量，m3/s；VS、VZ分別為時(shí)段始、終尾礦庫(kù)的蓄洪量，m3；Δt為該時(shí)段的時(shí)間，h。

2 工程實(shí)例

2.1 某尾礦庫(kù)概況

某大型濕排尾礦庫(kù)為溝谷型尾礦庫(kù)，總壩高為40m，總庫(kù)容1000萬(wàn)m3，尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)型式為框架式排水井—隧洞。

尾礦庫(kù)正常蓄水位為437.8m，干灘長(zhǎng)度為200m，干灘坡度約為1.1%。庫(kù)區(qū)匯水面積為2.65km2，流域溝谷長(zhǎng)度為2.16km。尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為500年。

2.2 洪水計(jì)算

根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃氖謨?cè)和水文圖集，庫(kù)區(qū)所在區(qū)域的年最大24h平均降雨量為70mm，降雨量變差系數(shù)Cv=0.66，降雨量偏差系數(shù)Cs=3.5Cv，暴雨遞減系數(shù)n1=0.60（t＜1h）。分別采用簡(jiǎn)化推理公式法和過(guò)程線法計(jì)算尾礦庫(kù)500年一遇的洪峰流量、洪水總量以及洪水過(guò)程線[5]，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 洪水計(jì)算結(jié)果表

2.3 調(diào)洪演算過(guò)程

根據(jù)庫(kù)區(qū)地形圖、壩高、沉積灘坡度計(jì)算出尾礦庫(kù)的庫(kù)容曲線圖，見(jiàn)圖1。依據(jù)排洪系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及泄流水頭，分別計(jì)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(kù)水位—泄流量關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。

圖1 調(diào)洪庫(kù)容曲線圖

圖2 庫(kù)水位—泄流量曲線

2.4 調(diào)洪演算結(jié)果與分析

調(diào)洪演算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 調(diào)洪演算結(jié)果表

調(diào)洪演算結(jié)果表明：

該尾礦庫(kù)在沉積灘坡度1.1%的情況下，現(xiàn)有的排洪系統(tǒng)的排水能力能夠滿足排洪要求。最大調(diào)洪幅度大于調(diào)洪演算的調(diào)洪水深，最小安全超高和最小干灘長(zhǎng)度均滿足防洪安全要求。調(diào)洪演算為尾礦庫(kù)防洪安全管理提供了系列調(diào)洪控制參數(shù)，尾礦庫(kù)在汛期應(yīng)嚴(yán)格控制庫(kù)內(nèi)防洪限制水位不得高于437.8m，確保0.9m以上的調(diào)洪水深及相應(yīng)的調(diào)洪庫(kù)容，嚴(yán)格監(jiān)控并預(yù)警最小干灘長(zhǎng)度和最小安全超高，以確保尾礦庫(kù)安全度汛。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析和計(jì)算可以得出：

（1）根據(jù)來(lái)水過(guò)程線、庫(kù)容曲線以及泄流量曲線，采用水量平衡數(shù)值法對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行調(diào)洪演算是可行的，且該方法計(jì)算精度高、收斂快。

（2）計(jì)算得出的調(diào)洪庫(kù)容以及最大泄流量可作為尾礦庫(kù)汛期運(yùn)行過(guò)程中的防洪控制指標(biāo)參數(shù)，對(duì)今后尾礦庫(kù)的防洪安全管理提供一定的指導(dǎo)意義。