矿区排土场周边排水计算

阿不都艾尼·阿不里 肉孜婉古丽·吐尔洪

(1.新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐 830046;2.华中师范大学数学与统计科学学院,湖北武汉 430079)

矿区排土场周边排水计算

阿不都艾尼·阿不里1肉孜婉古丽·吐尔洪2

(1.新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐 830046;2.华中师范大学数学与统计科学学院,湖北武汉 430079)

考虑矿区安全问题时,周围排土场的排水量大小也是矿区防洪设计过程中需要考虑的问题。矿区排土场周边排水设施的设计和洪水频率计算与矿区的防洪标准不匹配对矿区造成一定的威胁,影响程度的大小影响到拟定矿区的防洪标准以及排土场周边的截水沟的设计尺寸。以新疆伊犁自治州伊宁县喀拉亚尕奇乡一带的伊宁矿区七号矿井露天采区作为一个例子进行分析,位于矿区两边的排土场正常降雨径流量与采掘场暴雨径流量进行了计算,所设计的截水沟断面和纵坡是否能满足防洪要求进行了评价。

排土场 排水 截水沟

1 工程概况

本文中的伊犁庆华能源开发有限公司伊宁矿区七号矿井露天采区位于伊宁盆地北部伊宁县喀拉亚尕奇乡一带,皮里青河在露天采区中部流过,采区总体呈不规则多边形,南北宽约1.68km,东西长约2.03km,采区面积约3.41km2。行政区划属新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县管辖。

为防止露天矿采掘场受西侧地面径流威胁,设计防洪标准采用50年一遇[1]一日暴雨形成的地面径流洪水,在露天矿最终的西侧离开境界50m处顺着地形等高线开挖一条长约1500m的截水沟,该截水沟随着露天矿坑的扩大逐渐延长。截水沟的底宽为1.0m,深1.0m,边坡1:1。

本项目一号外排土场位于本矿的东北部境界外,总体规划边界往东500m的山坡处;二号外排土场在本矿的西北部境界外,总体规划边界往西的山沟处。设计确定一号外排土场总排弃高度100m,经计算占地面积0.4 km2;二号外排土场总排弃高度100m,经计算占地面积1.22km2。

一号排土场周边的截水沟以外包围的集雨面积为2.75km2。二号排土场周边的截水沟以外包围的集雨面积为2.04km2。

2 排土场周边排水计算

2.1 正常降雨径流量计算

采用多年雨季月平均降雨量61.2mm计算排土场正常降雨量,地表径流系数取0.4。

一号、二号排土场周边截水沟排水径流量计算:

式中:Hp—多年月平均降雨量mm;

C—径流系数;

F— 一号排土场周边截水沟以外包围的集雨面积,m2;

2.2 暴雨径流量计算

在无资料地区,可采用由设计暴雨推求设计洪水。依据《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》[2],应用调蓄经验单位线法推算本项目区的暴雨洪水流量。匹里青水文站距项目区流域较近,测站高程相近,因此,采用匹里青水文站年最大1日降水量系列进行频率计算。

采掘场暴雨径流计算。

(1)面雨量推求。皮里青河流域属新疆维吾尔自治区伊犁州,根据新疆水文水资源局编制的《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》,查得皮里青河以上流域中心年最大1h、6h、24h点暴雨统计参数,计算各历时的点暴雨量,如表2所示。

设计点暴雨量乘以面深系数即得设计面暴雨量,面深系数根据各治理河段的控制流域面积插值得到,P=2%的设计面暴雨计算成果见表1。

(2)设计净雨过程推求。暴雨洪水计算采用暴雨历时24h、单位线计算时段△t =1h,设计面雨量时程分配采用推荐的24h设计雨型。根据雨量分配过程假设产流历时tc,在《新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集》产流综合图上查出相应产流期平均损失率f后,求得产流期雨量ptc,各历时设计暴雨按以下公式计算:

表1 设计点暴雨量

表2 设计面暴雨量

表3 2%频率设计净雨计算成果

计算产流期平均净雨强度i净:式中:R净——产流期净雨总量,mm;

tc——产流历史,小时;

式中:ptc——产流期毛雨量,mm;

f——产流期平均损失率(mm/h);tc——产流历史,小时;

用集水面积F和i净在《新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集》汇流综合图上查得示储小时数t0。

设定参数tm,涨洪时段n,汇流计算时段Δt。

用下式求调蓄经验单位线公比b。

用上式求以b为公比的无穷递减等比级数u值,

经产流计算,得到设计流域的净雨过程,主要成果列于表3。将△t时段的净雨量换算成净雨流量Ii。

式中:F—— 流域面积,km2;R净—— 产流期净雨总量,mm;tc—— 产流历史,小时;

Ii乘以u值,并依次叠加,便得出地面径流过程,对不同时段净雨产生的径流过程进行叠加,即为设计断面出流过程,其最大值即排土场暴雨洪峰。

经计算露天矿东北向的一号排土场周边的正常雨水径流量为0.03m3/s,暴雨径流量为0.84m3/s。

经计算露天矿西北向的二号排土场周边的正常雨水径流量为0.02m3/s,最大暴雨径流为0.63m3/s。

2.3 截水沟断面尺寸复核计算

根据《初设报告》和《安专报吿》,截水沟的底宽为1.2～1.5m,深1.5～1.8m,边坡1:1。本次验算取底宽为1.2m,渠道的粗糙系数n取值为0.025,坡降取值0.3%。应用明渠均匀流公式和曼宁公式计算。经过计算得出以下结论:

一号排土场,正常降雨径流量为0.03m3/s,截水沟正常水深为0.07m;最大暴雨径流量为0.84m3/s,截水沟最大水深为0.49m。

二号排土场,正常降雨径流量为0.02m3/s,截水沟正常水深为0.06m;最大暴雨径流量为0.63m3/s,截水沟最大水深为0.42m。

3 结语

(1)露天煤矿采掘场一号排土场外的截水沟防洪标准按50年一遇一日暴雨设防。经计算露天矿东侧的一号排土场周边正常雨水径流量为0.03m3/s,暴雨径流量为0.84m3/s,排土场周边的截水沟满足排水标准要求,不会流入矿坑。

(2)露天煤矿采掘场二号排土场外的截水沟防洪标准按50年一遇一日暴雨设防。经计算露天矿西侧的二号排土场周边的正常雨水径流量为0.02m3/s,暴雨径流量为0.63m3/s,设计的排土场周边的截水沟满足排水标准要求,不会流入矿坑。

(3)利用该截水沟将上游的雨水引至露天矿坑外。经复核分析计算,所设截水沟断面和纵坡满足过流要求。

[1]GB50201-94,中华人民共和国防洪标准[S].中华人民共和国水利部,1995.

[2]新疆暴雨编图小组．新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集[R].乌鲁木齐:新疆维吾尔自治区水利厅,1983．

[3]新疆暴雨编图小组．新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集(天山北坡玛纳斯河以东地区)[R].乌鲁木齐:新疆维吾尔自治区水利厅,1983．

阿不都艾尼·阿不里(1984-),男(维吾尔),硕士,研究方向,干旱区水资源与环境方面的研究。