基于洪水计算与调洪演算评价尾矿库排水系统

范向伟，乔连朋，刘静静

（1.河南天泰工程技术有限公司，河南 郑州 450000；2.河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450000）

基于洪水计算与调洪演算评价尾矿库排水系统

范向伟1，乔连朋2，刘静静1

（1.河南天泰工程技术有限公司，河南 郑州 450000；2.河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450000）

尾矿库排水系统是否能够顺利及时的将库内水排出是其发生安全事故的一个主要因素，因此尾矿库排水系统的排水能力对其安全运行尤为重要。以DCG尾矿库增容设计工程为例，对尾矿库不同运行工况下进行洪水计算与调洪演算，并分析了不同运行工况下尾矿库拟定排水系统的排水能力，计算与分析结果表明：在不同运行工况下，尾矿库的排水系统均能将设计频率下入库内洪水安全有序的排出，调洪所需库容小于有效库容，对应工况下出现的最高洪水位低于相应坝顶标高，不会出现洪水漫坝现象，尾矿库拟定的排水系统在不同运行状况下能够满足防洪排水要求。

尾矿库；洪水计算；调洪演算；坡面汇流；排水系统

Abstract:Whether the drainage system of thetailings reservoir can dischargesmoothly and timely is a key factor for the occurrence of safety accidents,therefore,the drainage capacity of the tailings drainage system is particularly important for its safe operation.Taking the DCG tailings reservoir capacity design project as an example,the flood calculation and flooding calculation are carried out under different operating conditions of the tailings pond,and analyzesits drainage capacity.The results show that the drainage system of the tailings reservoir can safely and order the flooding in the reservoir by the design frequencyunder the different operating conditions,and the storage capacity of the flood control is less than the effective storage capacity,and the highest flood The slope is lower than the corresponding dam height,there will not be flood flooding phenomenon,the prepared drainage systemof the tailings reservoir in different operating conditions is able to meet the flood control and drainage requirements.

Keywords:Tailings reservoir,flood calculation,flood control calculation,slope concentration and the drainage system

尾矿库是矿山生产配套设施中的一种特殊建筑物，属于矿山三大控制工程之一[1]。多方面因素的影响下，我国尾矿库安全事故时有发生，造成严重后果，已经引起了各方的高度重视。据相关统计，造成尾矿库事故发生的主要因素之一是库内水位过高将极大地降低尾矿坝坝体的稳定性，尤其是山洪暴发时，库内洪水不能及时排出，可能会发生洪水漫顶、冲毁坝体等事故[2]，因此在设计时通过洪水计算和调洪演算来保证尾矿库安全运行至关重要。本文以DCG尾矿库增容设计为例研究尾矿库洪水计算及调洪演算在实际工程中的应用。

1 尾矿库增容设计工程概况

DCG尾矿库原初期坝坝型为碾压式透水堆石坝，子坝共为12级，总坝高48 m。拟建增容尾矿库初期坝坝型为碾压式透水堆石坝，坝址在原尾矿库初期坝下游约493 m处，坝高21 m，堆积坝每级子坝高2 m，共堆积子坝25级，总高坝71 m，新增总库容705.78万m3，新增有效库容为450.14万m3，尾矿库等别为三等库。初期坝以上整个库区总汇水面积约为1.336 km2，其中拟建初期坝至拦洪坝之间汇水面积为0.726 km2，拦洪坝以上汇水面积为0.61 km2。

2 设计洪水计算及调洪演算方法

2.1 防洪标准

增容后的尾矿库运行时期防洪标准均按照1000年一遇即洪水频率进行设防。

2.2 洪水计算的方法

该尾矿库的汇水面积较小，属于小流域洪水计算[3]库区内洪水来源主要为降水和尾矿矿浆排水，洪水的形成主要是坡面汇流[4]，故本文采用坡面汇流进行洪水计算。坡面汇流计算公式如下：

式中，△t为计算时段长，h；N0为山坡糙率；l为支流长度，km；L为流域长度，自分水岭起，k；F为流域汇水面积，km2；P为一条等高线长度，km；d为相邻等高线的高差，m；

术后复发与年龄、肿瘤直径、血管包裹程度、手术切除程度等有关(P<0.05)，与性别、肿瘤质地、病理分级、肿瘤形态、是否脑干水肿及术前KPS评分无关(P>0.05)，见表1。

2.3 调洪演算的方法

本文调洪演算采用水量平衡法，尾矿库内任一时段的水量平衡方程式如以下公式所示：

式中，Qs、Qz为时段始、终尾矿库来洪流量，m3/s；qs、qz为时段始、终尾矿库泄洪流量，m3/s；Vs、Vz为时段始、终尾矿库的蓄洪量，m3。

3 设计洪水计算与调洪演算

根据尾矿库运行情况，对不同运行工况进行计算分析。工况I：尾矿库运行至850 m标高前主支沟共同排水；工况II：尾矿库在850～856 m标高运行时主、支沟分别排水（尾矿库在850～885 m标高运行工况与尾矿库在850～856 m标高运行时相同，故只截取了部分运行工况进行计算分析）；工况III：尾矿库在885～889 m标高运行时，主沟单独排水。

3.1 设计洪水计算与调洪演算计算参数

根据尾矿库所在地区的水文资料获得的相关参数取值，见表1。

表1 水文资料参数

根据尾矿库的工程资料可得不同标高情况下的汇流计算参数值，见表2。

表2 汇流参数计算

3.2 计算结果与分析

该尾矿库的排水设施拟采用排水井-排水支隧洞-排水主隧洞-消力池型式排水。该尾矿库排水过程形成自由泄流，排水井过水能力计算采用以下公式计算泄流量。

式中：Hy为溢流堰泄流水头，m；bc为一个排水口的宽度，m；nc为同一个横断面上排水口的个数；

其中，bc=1.17；nc=8

表3 工况I运行下库水位、泄流量、库容表

根据地形图结合理论计算，可得在不同运行工况下的调洪库容与泄流量，三种运行工况下的洪水计算与调洪演算结果见表 3～表 8。

表4 工况I运行下调洪演算部分计算结果表

表5 工况II运行下库水位、泄流量、库容表

表6 工况II运行下调洪演算部分计算结果表

表7 工况III运行下库水位、泄流量、库容表

表8 工况III运行下调洪演算部分计算结果表

3.2.2 工况I运行下洪水计算与调洪演算分析

由以上计算结果可得，该尾矿库最大泄流量为6.48 m3/s，所需调洪库容为23971 m3＜64357 m3（有效库容），最高洪水位为848.95 m＜850 m（坝顶标高），故此该工况防洪、排水设施能够满足其的防洪排水要求。

3.2.3 洪水计算与调洪演算分析

工况II运行下，左侧支沟与主沟的排水系统进入独立工作阶段，所以主沟和支沟要分别进行洪水计算与调洪演算。

由以上计算结果可得，该工况下主沟内与支沟内的最大泄流量分别为5.21 m3/s和5.09 m3/s，所需调洪库容分别为10164 m3＜51465 m3（有效库容）和5679 m3＜38356 m3（有效库容），出现的最高洪水位分别为854.5 m＜856 m（坝顶标高）和854.1 m＜856 m（坝顶标高），故此该工况防洪、排水设施能够满足其的防洪排水要求。

3.2.4 工况III运行下洪水计算与调洪演算分析

工况III运行下，左侧支沟退出工作，主沟正常运行，由以上计算结果可得，该工况下主沟内的最大泄流量为7.53 m3/s，所需调洪库容为29325 m3＜178914 m3（有效库容），出现的最高洪水位为885.5 m＜889 m（坝顶标高），故此工况条件下防洪、排水设施能够满足尾矿库的防洪排水要求。

4 结语

通过上述对尾矿库不同运行工况下进行洪水计算与调洪演算结果可知，在不同运行工况下，尾矿库的排水系统均能将设计频率下入库内洪水安全有序的排水出，调洪所需库容小于有效库容，对应工况下出现的最高洪水位低于相应坝顶标高，不会出现洪水漫坝现象，尾矿库不会因排水系统的排水能力问题引起安全事故，尾矿库排水系统能够满足尾矿库的防洪排水要求。

[1]魏勇，许开立，郑欣.尾矿坝防洪计算方法研究[J].金属矿山，2009（4）:26-28.

[2]韦欢文，王政锦，刘凯等.尾矿库加高扩容防洪能力安全可靠性分析[J].矿山机械，2012（12）：86-89.

[3]陈家琦，张恭肃.小流域暴雨洪水计算[M].北京:水利电力出版社，1985.

[4]尾矿设施设计参考资料．尾矿设施设计参考资料[M]．北京：冶金工业出版社，1980：275-318.

Evaluation of Tailings Drainage System Based on Flood Calculation and Flood Regulating Calculation

Fan Xiangwei,QiaoLianpeng,Liu Jingjing

（Henan Tiantai EngineeringTechnologyCo.,Ltd，Zhengzhou 450000,Henan Henan Water Conservancyand Environmental Vocational College Zhengzhou 450000,Henan）

TV122+.5

A

1673-9000（2017）05-0014-04

2017-04-16

河南省职业教育教学改革研究项目（ZJB16267）；河南省水利科技攻关计划项目（GG201533）。

范向伟（1982-），男，河南开封人，工程师，主攻方向：尾矿库及水利水电工程设计研究。

乔连朋（1986-），男，河南安阳人，硕士研究生，助理讲师，主攻方向：水利工程设计与施工。