刘兆胜

（辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114039）

基于徐家河尾矿库调洪演算及安全调度分析

刘兆胜

（辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114039）

根据尾矿库调洪演算的基本原理，建立尾矿库调洪演算的时变分析模型，研究某尾矿库在200年一遇洪水防洪标准下的调洪演算，结果表明在现有堆积高320.2m，尾矿库在200年一遇设计洪水下刚好满足调洪要求，即尾矿库现状防洪能力为200年一遇。

尾矿库；调洪计算；原理；方案

尾矿库是一种具有高势能的人造泥石流危险源。其发生会给人民生命和财产带来巨大损失，同时对周边的环境造成严重污染，给国民经济发展和社会稳定带来很大的负面影响［1］。

调洪演算的安全超高和干滩长度是尾矿库安全度的重要判据［2］。李斌华等［3］通过调洪演算研究了排洪系统的泄流能力，为尾矿库排洪系统的设计和选择提供依据。

1 调洪演算基本原理

采用水力学圣维南方程组表示，简化后为水量平衡方程和泄流方程［4］。

式中 Q1为时段初的入库流量（m3/s）；Q2为时段末的入库流量（m3/s）；q1为时段初的出库流量（m3/s）；q2为时段末的出库流量（m3/s）；V1为时段初尾矿库蓄水量（m3）；V2为时段末为库蓄水量（m3）；Δt为时段长，其大小一般可视入库流量的变化幅度而定 （陡涨陡落的小河取1~6h，变化平缓的大河取12~24h）。

在方程中，Q1、Q2可由设计洪水过程线上查得，Δt可根据具体情况选定，q1及V1根据起调条件确定。q2和V2是未知数。一个方程包括两个未知数不能求解，须建立水库下泄流量q与蓄水量V的关系。

以上两式组成一个方程组，这个方程组表达了入库洪水过程、下泄流量过程和尾矿库蓄水量变化过程三者之间的定量关系。

2 排水构筑物泄流能力

尾矿库排水构筑物主要由排洪井、竖井、排洪隧洞、盲竖井构成。其整个排水系统的泄流能力由最小泄流能力来决定，在低水位工况下，排洪井泄流能力起主导作用，随着库水位的不断升高，盲竖井的泄流能力又占据主导地位。所以，计算排洪系统泄流能力时，应对排洪井和盲竖井的最大泄量分开计算。

徐家河位于本溪市南芬区郭家街道，尾矿库坝址以上总占地面积2605.93hm2，目前堆积高下尾矿库仅4#排洪井正常工作。4#排洪井为框架式，其塔高32m，内径4m，下接内径2.5m的竖井，进水高程316.0m。排水能力按环形堰流量公式计算：

式中 Qm为最大泄量（m3/s）；Mw为综合流量系数（0.22367+ 1.30312Hw/B）；B为环形堰总宽 （m）；Hw为进水水头（m）。

其计算结果如表1。

表1 4#排洪井泄流能力计算 单位：m3/s

在中高水位工况下，尾矿库排洪系统泄流能力受盲竖井控制，故应另计算盲竖井最大泄量。盲竖井是连接尾矿库新老排洪隧洞的通道，圆管状，长30m，内径2.5m，垂直地面，最大泄量按有压圆管流量公式计算：

式中 Qm为最大泄量（m3/s）；μ为流量系数（0.263）；A为过水面积（4.91m2）；H0为总水头（m）。

计算结果如表2。

表2 盲竖井泄流能力计算结果 单位：m3/s

当库水位小于318m时，尾矿库泄流能力采用排洪井最大泄量，当库水位大于318m时，尾矿库泄流能力采用盲竖井最大泄量。另因库区内有回水塔1座，其下泄流量2m3/s，故计算总泄流能力时应考虑在内。尾矿库总泄流能力如表3。

表3 尾矿库排洪系统泄流能力成果 单位：m3/s

3 调洪计算

根据排洪系统的布置，按前述进行调洪计算。起调水位为正常水位314.3m，排洪塔进水水位316.00m。计算结果显示，在选用500年一遇设计洪水调洪时，因调洪库容不足导致洪水漫顶，选用200年一遇设计洪水调洪时，在保证回水系统正常工作的情况下，尾矿库在200年一遇设计洪水下刚好满足调洪要求。说明尾矿库现状防洪能力为200年一遇。计算结果如表4，表5。

表4 尾矿库调洪计算结果 单位：m3/s

表5 尾矿库200年一遇设计洪水调洪计算参数 单位：m

5 与原设计比较

根据尾矿库不同等级，按照规范规定，确定尾矿库防洪标准。原初步设计确定现堆积高下尾矿库等别为Ⅱ等，其设计防洪标准为500年一遇。由于原设计中排洪系统存在安全隐患，目前，原设计中1#~ 3#排洪井受尾矿堆积影响，已不能正常工作，目前只有4#排洪井正常工作。而原设计中其排洪隧洞（4.6m×4.8m）终点位于3#排洪井处，优化设计提出的延长排洪隧洞（2.4m×2.6m）位于原排洪隧洞延长线的上方，靠深30m、内径2.5m的盲竖井与之相连，这样其排洪系统泄流能力已经不取决于两段排洪隧洞的泄流能力，而是取决于盲竖井的泄流能力，换言之，盲竖井的泄流能力已经成为尾矿库排洪能力的瓶颈。

原设计中：“计算调洪库容时沉积滩坡度按实测0.5%，水下沉积坡度按10%”，在现场实际测量中发现实际沉积滩坡度平均为0.4%，这就造成原设计调洪库容比实际调洪库容偏大，致使尾矿库设计防洪能力与实际防洪能力存在偏差，如表6。

表6 尾矿库调洪计算结果比较

若使尾矿库满足500年一遇防洪标准时，所需调洪库容已经大于现有最大调洪库容704万m3，也大于原设计的639万m3。因原设计没有提供尾矿库排洪系统泄流曲线，无法判定其是否与本文采用的泄流曲线一致。但原设计中提到：“初期排洪系统的泄量是溢水塔控制，后期泄量是排洪隧洞控制”，并没有提到尾矿库排洪系统中盲竖井是其泄流能力的瓶颈。故未考虑盲竖井最大泄流能力，是造成原设计与本设计尾矿库防洪标准不一致的原因之一。

6 安全调度方案

根据不同频率下的暴雨洪水分析和调洪计算，确定各种情况下的安全调度方案。如表7。

表7 尾矿库安全调度方案 单位：m

7 结语

（1）本次调洪计算针对现状堆积标高及现状最低水位时，通过计算洪水，从而推求其最高水位和最大下泄流量。

（2）由于原设计存在缺陷，致使设计中的盲竖井成为影响排洪系统泄流能力的瓶颈。经过计算，在现有堆积高314.3m，选用500年一遇设计洪水调洪时，调洪库容不足，库水位已经超过坝高（即漫顶），表明现有条件下尾矿库防洪标准已达不到500年一遇。选用200一遇设计洪水调洪时，在保证回水系统正常工作的情况下，其防洪能力为200年一遇。

［1］梅国栋，王云海．我国尾矿库事故统计分析与对策研究［J］．中国安全生产科学技术，2010，6（3）.

［2］AQ2006—2005，尾矿库安全技术规程［S］．

［3］李斌华，刁明军，杨海波．尾矿库排洪系统水力计算研究［J］．西南民族大学学报：自然科学版，2007，33（3）．

［4］王凤凰．某尾矿库安全评价定量分析与研究［D］．武汉：武汉理工大学，2010．

［5］蔡景礼.小型水库库容调洪计算的常用方法［J］.黑龙江水利科技，2012（11）.

［6］杨立芳，程健.某尾矿库调洪安全研究［J］.安徽水利水电职业技术学院学报，2015（4）．

（责任编辑：王艳肖）

The flood routing and secure dispatching of Xujiahe River tailing pond

LIU Zhao-sheng
（Anshan Hydrology Bureau of Liaoning Province,Anshan 114039，China）

According to the basic principle of tailing reservoir flood regulating calculation,analysis model is established to research the tailing reservoir flood routing under the flood control standard of 200 year frequency flood.The results show that the existing high accumulation of 320.2m,it just meets the requirement of design flood in 200 year frequency,then the present flood control capacity of the tailing pond is 200 year frequency flood.

tailing pond;flood routing;principle；scheme

TV122

B

1672-9900（2017）01-0026-03

2016-12-13

刘兆胜（1983-），男（汉族），辽宁鞍山人，工程师，主要从事水文勘测和水资源研究工作，（Tel）13704171965。