某尾矿库基于洪水计算及调洪演算的防洪安全分析

林加伟

（广东省冶金建筑设计研究院有限公司，广东广州 510080）

1 工程案例

某山谷型尾矿库采用上游式尾砂筑坝法堆筑而成。尾矿坝由透水堆石初期坝+尾砂堆积坝组成，初期坝坝底标高425.0m，堆积坝坝顶标高500.59m，尾矿坝总坝高75.59m，库内已堆存尾砂1300.0×104m3。根据《尾矿设施设计规范（GB50863—2013）》，尾矿库等别属于三等库[1]。尾矿库正常水位494.66m，干滩长度533.0m，干滩坡度1.25%。尾矿库库区汇水面积3.5km2，流域长度2.18km，平均坡降0.137，排洪设施采用排水井+排洪隧洞排洪。

尾矿库是矿山的重要设施之一，属于一种高势能危险源，其防洪安全一直被视为矿山的“生命线”，尾矿库一旦发生洪水漫顶或溃坝事故，将会严重危害尾矿库下游的人民生命和财产安全，且对环境造成极大的污染[2]。因此，在汛期前，需要对尾矿库进行洪水计算及调洪演算，复核尾矿库防洪安全性，熟悉掌握防洪控制指标，为尾矿库安全度汛提供数据支持。

2 洪水计算

本尾矿库等别为三等库，防洪标准采用三等尾矿库最高防洪标准500年一遇设防。根据尾矿库所在区域的水文手册、水文图集，采用简化推理公式法进行尾矿库洪水计算[3]。尾矿库设计洪水计算结果见表1，尾矿库设计洪水过程线见图1。

图1 设计洪水过程线

表1 设计洪水成果

3 调洪演算

3.1 调洪库容计算

根据尾矿库现状地形图，按尾矿库正常水位494.66m，量测计算尾矿库494.66m标高以上的调洪库容。尾矿库调洪库容计算结果见表2，尾矿库水位-调洪库容曲线见图2。

图2 水位-调洪库容曲线

表2 调洪库容计算成果

3.2 排洪设施泄流能力计算

尾矿库采用排水井+排水隧洞进行排洪。排水井采用框架式现浇钢筋混凝土结构，井径为4m，井高27m，排水井顶标高510m，底标高483m，排水井进水口标高494.66m，故本次调洪演算的起调水位确定为494.66m。排水隧洞断面尺寸为城门洞型，净断面尺寸为1.5m×1.8m，隧洞总长度1004m，坡降0.5%。

对于排水井+排水隧洞式排水系统，其工作状态随泄流水头的大小而异。当水头较低时，排水井内水位低于最低工作窗口的下缘，此时为自由泄流；当水头增大，井内被水充满，但隧洞尚未呈满管流，泄流量受隧洞的入口控制，此时为半压力流；当水头继续增大，隧洞呈满管流时，即为压力流。按照《尾矿坝设计手册》提供的方法计算[4]。

经计算，排水井+排水隧洞泄流能力见表3，排水井+排水隧洞水位-泄流能力曲线见图3。

表3 排水井+排水隧洞泄流能力

图3 水位-泄流能力曲线

3.3 调洪计算

采用水量平衡法进行调洪演算，即根据尾矿库洪水过程线，排洪设施的水位-泄流能力曲线以及尾矿库的水位-调洪库容曲线，通过水量平衡计算出泄洪过程线，从而定出排洪设施最大泄流能力，调洪水深，调洪库容及安全超高等。尾矿库内任一时段Δt的水量平衡方程式如式（1）：

式中：QS、QZ-时段始、终尾矿库的来洪流量，m3/s；qS、qZ-时段始、终尾矿库的泄洪流量，m3/s；VZ、VS-时段始、终尾矿库的蓄洪量，m3。

经计算，尾矿库调洪演算成果见表4，尾矿库泄洪过程线见图4。

表4 尾矿库调洪演算成果

图4 尾矿库泄洪过程线

4 防洪安全分析

尾矿库经洪水计算及调洪演算，由表4及图4可知，尾矿库在500年一遇的设计洪水标准下，尾矿库安全超高4.08m，最小干滩长度326.50m，均远大于《尾矿设施设计规范（GB50863—2013）》要求的三等库最小安全超高0.7m，最小干滩长度70m的要求；尾矿库洪水泄流由排水井+排水隧洞控制流量，一次洪水可在72h内排出。因此，尾矿库现状防洪安全符合规范的要求，而且尾矿库的防洪安全余裕度较高，只要做好排洪设施的运行维护管理，保证排洪设施水流通畅，不发生淤堵损坏现象，尾矿库即可安全度汛，不会发生洪水漫顶的情况。

5 结语

本文通过对在运行使用的尾矿库进行洪水计算及调洪演算，复核尾矿库的防洪安全性；并且以尾矿库调洪演算得出的防洪控制指标作为依据，为尾矿库安全度汛和防洪安全管理提供数据支持。对于类似尾矿库的防洪安全分析，具有一定的参考价值。