某尾矿库排洪系统合并后泄流能力分析

谭杰骥

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)



某尾矿库排洪系统合并后泄流能力分析

谭杰骥

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)

摘要为节省工程投资，某尾矿库将库外与库内排洪系统合并，针对尾矿库洪水计算、库内与库外排洪系统合并后的泄流能力计算、调洪演算进行了分析，建议合并后的排洪系统在满足规范防洪安全的要求下，宜采用无压流控制。

关键词尾矿库排洪系统泄流能力

1　尾矿库工程概况

某尾矿库位于湖南省中部某锑矿选厂东南方向的一条大山沟内，库区高程380～780 m，山坡植被发育。属中山丘陵地貌，亚热带季风湿润气候，雨量充沛，年均降水量1 298.8 mm。其中4～9月雨量较集中，历年最大年降雨量为1 740.70 mm，日最大降雨量153.4 mm，任意24 h最大降雨量178.3 mm，小时最大降雨强度80.3 mm。

尾矿库采用上游式尾矿筑坝，初期坝为碾压堆石坝，坝顶标高480 m，初期坝高35 m，尾矿坝最终堆积标高570 m，总坝高125 m，尾矿库总库容677.5万m3，为三等尾矿库。

2　尾矿库排洪系统

库区汇水面积4.92 km2，根据尾矿库实际地形，为减少入库水量，提高尾矿库防洪安全，尾矿库排洪系统分为库外和库内：库外排洪系统由库尾拦洪坝+排水隧洞组成，库内排洪系统由库内的排水井+排水隧洞组成。

拦洪坝坝顶标高573.0 m，坝高10 m，上、下游边坡均为1∶0.6。

为节省工程投资，将库外排水隧洞与库内排水隧洞合并为一条隧洞，为圆拱直墙形，断面尺寸4.0 m×4.0 m，长997.3 m，除进口陡坡段坡度i=1.0外，其余部分底坡i=0.08。

库内排洪系统采用排水井+排水隧洞形式：框架式排水井5座，其中1#井高15.0 m，井径5.0 m；2#井高18.0 m，井径5.0 m ；3#、4#、5#井高24.0 m，井径4.0 m。与5座排水井相连的5条排水支洞断面均为圆拱直墙型。1#～5#支洞断面尺寸、坡度和长度如表1所示。

表1　排水支洞参数

3　洪水计算

按《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)[1]第6.1.1条规定，算例尾矿库初期为四等库，防洪标准按200 a一遇洪水进行设防；最终堆积标高为三等库，防洪标准按500 a一遇洪水进行设防。计算设计洪水的地理参数如表2所示，设计暴雨参数参照《湖南省暴雨洪水查算手册》[2]，如表3所示。

表2　尾矿库地形特征系数

表3　设计暴雨计算结果

注：Kp为皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数；Htp为t时间内设计频率的暴雨量。

根据表3中数据，其水文计算结果见表4。

表4　水文计算结果

4　调洪演算

对库内排洪系统各特征标高进行调洪演算，尾矿库沉积滩平均坡度按1.0%计算调洪库容，各特征标高的调洪库容见图1，调洪演算结果见表5。

库外调洪库容见图2，调洪演算结果见表6。

5　排洪系统泄流能力计算

《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)6.1.3

图1　各特征标高调洪库容曲线表5　各标高调洪演算结果统计

坝顶标高/m尾矿库等级设计频率P/%死水位/m洪峰流量/(m3/s)调洪库容/m3安全超高/m干滩长度/m最大下泄流量/(m3/s)48040.547838.7713871.10.5757.031.2350530.250242.6534472.40.7272.037.8657030.256734.9335759.41.71171.020.48

图2　库外调洪库容曲线(573 m标高)表6　拦洪坝调洪演算结果

坝顶标高/m设计频率P/%死水位/m洪峰流量/(m3/s)调洪库容/m3安全超高/m最大下泄流量/(m3/s)5730.2565107.114320.41.68104.85

节第3条“当库外排洪系统与库内排洪系统合并时，应进行论证，合并后的排水管(或隧洞)宜采用无压流控制。”

考虑在恒定流情况下的圆拱直墙型排水隧洞泄洪能力，洞内水面线以上的空间不小于隧洞断面面积的15%，且高度不小于40 cm。按明渠均匀流计算，计算简图见图3。

图3　计算简图

计算结果如表7所示，1#～5#支隧洞最大下泄流量均大于库内最大下泄流量37.86 m3/s，支隧洞均为无压流；主隧洞断面尺寸4.0 m×4.0 m，最大下泄流量为206.9 m3/s，大于库内和库外最大下泄流量之和，为142.71 m3/s，此时主隧洞为无压流。

表7　明渠均匀流计算结果

6　结　语

根据某尾矿库设计的排洪系统，通过对尾矿库排洪系统各特征标高进行调洪演算，考虑库内与库外排洪系统合并后的最大下泄流量之和，按明渠均匀流公式计算结果复核，合并后的排洪系统为无压流。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50863—2013尾矿设施设计规范北京[S].北京：中国计划出版社，2013.

[2]湖南省水文总站.湖南省暴雨洪水查算手册[R].长沙：湖南省水利水电厅，1984.

(收稿日期2016-05-16)

谭杰骥(1987—)，男，工程师，410000 湖南省长沙市木莲东路299号。