康鸿玉，陈天镭

本文以工程实例计算分析尾矿库库内排洪系统的泄洪能力以及核算尾矿库在汛期来临之际的调洪能力。某尾矿库为其选矿厂配套工程，属上游式尾砂筑坝法湿式尾矿库，设计初期坝高27.5m，堆积坝高25.5m，总坝高53m，总库容为139.6万m3。目前该尾矿库堆积坝坝顶标高为3270.0m，尾矿库现状总坝高为38m，库内水位标高3268.1m，干滩长125m，坡度1.5%。现状尾矿库等别为四等库等。

初期坝坝轴线最低标高3232.0m，坝顶标高3259.5m，坝高27.5m，坝顶宽4.0m,坝顶长167m，坝型为碾压透水土石坝，上、下游坡比分别为1：1.8和1：2.0。在下游坡3240m、3250m处设宽为2.0m的马道。上、下游坡均采用干砌毛石护坡。当尾矿沉积滩顶升至初期坝坝顶时，用沉积滩粗尾矿采用上游式尾矿筑坝法逐年堆筑堆积坝，堆积坝外坡坡比1：5.0,根据库容确定最终堆积坝坝顶标高3285m，堆积坝高度25.5m，年均上升2.5m。

防洪标准为：尾矿库使用初期30a～50a一遇；中、后期100a～200a一遇，设计采用100a。尾矿库汇水面积为0.86km2，主沟长度1.21km，主沟纵坡坡降10.54%。库内沿沟谷底部修建底宽1.2m高1.2m钢筋砼排水斜槽进行排洪和回水，排水斜槽长561m，排水斜槽出口与尾矿回水池相连接，排出的尾矿水返回选矿厂循环使用。

1 洪水计算

1.1 防洪标准

根据《尾矿设施设计规范》（GB50863-2013）,该尾矿库尾矿库目前堆积标高3270m，总坝高38m，为四等库，其防洪标准为：洪水重现期（年）100～200，由于该尾矿库目前处于四等库下限，因此本次设计采用100年。

1.2 水文资料

根据水文图集确定的年均最大24h降雨量的水文参数如下表。尾矿库所在的分区的Cv为0.45，Cs为3.5Cv，n1为0.55，n2为0.75.降雨历时24h，年均24h降雨量为43mm，水文参数如下：洪水重现期（N年一遇）：100年；频率（%）：1.0；模比系数Kp：2.52；项目区域年均24h最大降雨量：108.36。

1.3 洪峰流量计算

洪峰流量计算采用按简化推理公式计算，其中：H24p为设计频率P的24h降雨量，单位毫米；Kp为模比系数，重现期P的经验式参数指数；H24为年最大24h降雨量均值，单位毫米；n为暴雨递减指数，取值（t大于1h时，n和n2相等）。根据《某省水文图集》查的：m为0.8，n1为0.55，n2为0.75。

1.4 洪水总量的计算

洪水总量计算：洪水总量等于1000、洪峰径流系数、历时为24h的降雨量、流域面积四者的乘积。其中：W为洪水总量，单位立方米；α24为洪峰径流系数；H24p为历时为24h的降雨量，单位毫米；F为流域面积，单位平方千米。

1.5 洪峰流量和洪水总量计算结果汇总

项目区域流域特征值为：汇水面积F：0.86km2；主沟长度L：1.21km；主沟坡降J：10.5%。

通过经验公式计算得：洪峰流量为18.2立方米每秒，洪水总量为6.5万m3。

2 洪水过程线

用概化多峰三角形过程线法依据库区水文特征计算尾矿库来水过程线，令：①该方法计算24h降雨量，故将主雨峰出现时间定为18h左右或稍大于18h处；②在18h左右出现的主雨峰两侧对称设置次雨峰段。

采用简化推理公式计算不同时段的降雨量，该计算过程以18h左右出现的主雨峰为中心。

采用公式计算对称次雨峰区间的时段降雨量。

除此之外的区间降雨量计算公式为：为Hti和Hti-1的差。

计算该尾矿库区域的24h洪水来水过程线如下：

主雨峰段：tc（h）为0.43、t（h）为0.43、t1-n为0.68、Ht（mm）为33.48、Hti-Hti-1（mm）为33.48、HR（mm）为33.48、utc为0.59、hR（mm）为 32.89、tc+t（h）为 0.86、hRF 为 28.28、0.556hRF 为15.73、Qm为18.29。

对称区间以内的次雨峰段 ：tc（h）为5.16、t（h）为10.75、t1-n为2.30、Ht（mm）为112.39、Hti-Hti-1（mm）为78.91、HR（mm）为39.46、utc为7.12、hR（mm）为32.34、tc+t（h）为5.59、hRF为27.88、0.556hRF为15.46、Qm为2.77。

对称区间以外的次雨峰段（第一段）：tc（h）为5.16、t（h）为15.91、t1-n为2.63、Ht（mm）为128.93、Hti-Hti-1（mm）为16.53、HR（mm）为16.53、utc为7.12、hR（mm）为9.41、tc+t（h）为5.59、hRF为8.09、0.556hRF为4.5、Qm为0.8。

对称区间以外的次雨峰段（第二段）：tc（h）为8.09、t（h）为24.00、t1-n为3.04、Ht（mm）为148.88、Hti-Hti-1（mm）为19.95、HR（mm）为19.95、utc为11.16、hR（mm）为 8.79、tc+t（h）为8.52、hRF为7.56、0.556hRF为4.2、Qm为0.49。

3 排洪系统泄洪能力计算

库内采用排水斜槽排洪，排水斜槽断面尺寸：底宽1.2m，高1.2m，坡度9.3%。排水斜槽泄洪能力均按照明渠均匀流计算。其中：Q为流量，单位立方米每秒；A为有效过水断面，单位平方米；V为流速，单位米每秒；C为流速系数；R为水力半径，单位米；I为平均坡降。经计算得：排水斜槽泄洪能力为11.8立方米每秒。

4 调洪演算

尾矿库目前堆积标高3270m，总坝高38m，为四等库，库内水位标高3268.1m，干滩长125m，坡度1.5%。

4.1 计算方法

采用水量平衡法计算，其计算的前提是，先根据尾矿库库内排洪系统的泄洪流量、库内除去安全超高之外的库内水位和库内预留的调洪库容三者之间的关系画出辅助曲线图，分别为来水过程和去水过程的关系。调洪库容由地形图分块内插叠加法计算。

4.2 计算工况

防洪标准采用100a一遇，堆积标高3270m，库内水位标高3268.1m，滩长125m，坡度1.5%，调洪高度1.1m，此时尾矿库调洪库容为4.28万m3。库水位高度H与调洪库容之间的相互关系如下所示：

标高3268.1m时：高差为0.00m，面积为26989.52m2，库容为0.00m3，累计库容为0.00m3。

标高3268.2m时：高差为0.10m，面积为28937.52m2，库容为2796.35m3，累计库容为2796.35m3。

标高3268.3m时：高差为0.10m，面积为30886.68m2，库容为2991.21m3，累计库容为5787.56m3。

标高3268.4m时：高差为0.10m，面积为32900.17m2，库容为3189.34m3，累计库容为8976.90m3。

标高3268.5m时：高差为0.10m，面积为34990.20m2，库容为3394.52m3，累计库容为12371.42m3。

标高3268.6m时：高差为0.10m，面积为37107.26m2，库容为3604.87m3，累计库容为15976.30m3。

标高3268.7m时：高差为0.10m，面积为39226.23m2，库容为3816.67m3，累计库容为19792.97m3。

标高3268.8m时：高差为0.10m，面积为42347.10m2，库容为4078.67m3，累计库容为23871.64m3。

标高3268.9m时：高差为0.10m，面积为46473.19m2，库容为4441.01m3，累计库容为28312.65m3。

标高3269.0m时：高差为0.10m，面积为47623.56m2，库容为4704.84m3，累计库容为33017.49m3。

标高3269.1m时：高差为0.10m，面积为48760.32m2，库容为4819.19m3，累计库容为37836.68m3。

标高3269.2m时：高差为0.10m，面积为50986.59m2，库容为4987.35m3，累计库容为42824.03m3。

4.3 计算辅助曲线

从正常水位起计算各水位时库内排洪系统的泄流量和各水位对应的调洪库容，并列于表4中的第1、第2、第3列。取Δt为3600s计算V加1/2qΔt和V减1/2qΔt的值，计算结果如下所示：

当标高为3268.1时，V加1/2qΔt的值为0.00，V减1/2qΔt的值为0.00。

当标高为3268.2时，V加1/2qΔt的值为2825.27，V减1/2qΔt的值为2767.43。

当标高为3268.3时，V加1/2qΔt的值为5951.17，V减1/2qΔt的值为5623.96。

当标高为3268.4时，V加1/2qΔt的值为9427.75，V减1/2qΔt的值为8526.06。

当 标 高 为3268.5时，V加1/2qΔt的 值 为13296.92，V减1/2qΔt的值为11445.93。

当 标 高 为3268.6时，V加1/2qΔt的 值 为17431.39，V减1/2qΔt的值为14521.20。

当 标 高 为3268.7时，V加1/2qΔt的 值 为22088.30，V减1/2qΔt的值为17497.64。

当 标 高 为3268.8时，V加1/2qΔt的 值 为27246.16，V减1/2qΔt的值为20497.12。

当 标 高 为3268.9时，V加1/2qΔt的 值 为33024.51，V减1/2qΔt的值为23600.80。

当 标 高 为3269.0时，V加1/2qΔt的 值 为39342.68，V减1/2qΔt的值为26692.30。

当 标 高 为3269.1时，V加1/2qΔt的 值 为45153.37，V减1/2qΔt的值为30520.00。

当 标 高 为3269.2时，V加1/2qΔt的 值 为52109.33，V减1/2qΔt的值为33538.72。

4.4 调洪演算

根据4.1节中的水量平衡法进行调洪演算，根据第3节中的计算数据，将来水时间和对应的来水流量列于第1、第2列中，两时段的平均流量列于第3列中，计算Δt列于第4列中。

依次类推计算每个时段，取Δt为3600s,计算结果如下：

时序0h时 ：V加1/2qΔt的值为0.00，Q的值为0.00，V减1/2qΔt的值为0.00。

时序1h时：V加1/2qΔt的值为109.80，Q的值为0.0006，V减1/2qΔt的值为107.00。

时序2h时：V加1/2qΔt的值为434.60，Q的值为0.0025，V减1/2qΔt的值为425.00。

时序3h时：V加1/2qΔt的值为970.40，Q的值为0.0055，V减1/2qΔt的值为950.00。

时序3h时：V加1/2qΔt的值为1713.20，Q的值为0.0097，V减1/2qΔt的值为1678.00。

……

时序18h时：V加1/2qΔt的值为29146.80，Q的值为2.1190，V减1/2qΔt的值为21505.00。

时序19h时：V加1/2qΔt的值为48807.40，Q的值为4.6393，V减1/2qΔt的值为23105.00。

时序20h时：V加1/2qΔt的值为49847.60，Q的值为5.5850，V减1/2qΔt的值为33538.00。

时序21h时：V加1/2qΔt的值为40916.20，Q的值为3.6650，V减1/2qΔt的值为27729.00。

时序22h时：V加1/2qΔt的值为32999.40，Q的值为2.6145，V减1/2qΔt的值为23589.00。

……

时序37h时 ：V加1/2qΔt的值为251.00，Q的值为0.00075，V减1/2qΔt的值为98.00。

时序38h时：V加1/2qΔt的值为98.00，Q的值为0.00，V减1/2qΔt的值为0.00。

从计算可得最大泄流量出现于时序20，此时Q为5.59立方米每秒，所需调洪库容可由此时序的V减1/2qΔt确定，计算的所需调洪库容为39785.6m3。

因该尾矿库最大调洪库容为42824.03m3，大于所需调洪库容39785.6m3。满足调洪要求，一次洪水排出时间为38h小于规范要求值72h，满足规范要求。

5 结论

（1）本文采用水量平衡法进行尾矿库的调洪演算。

（2）经计算最大泄流量出现于时序20，此时所需调洪库容为39785.6m3，小于尾矿库的最大调洪库容。

（3）经计算该尾矿库100a一遇洪水排出时间为38h，满足尾矿设施设计规范要求。