某大型尾矿库基于水量平衡法的洪水计算和调洪演算分析

孙文杰

（北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

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”，尤其是对于大型湿排尾矿库，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[1]。资料显示，我国尾矿库的安全状况不容乐观，自2001年以来，尾矿库安全事故发生数量呈上升趋势[2]。2001年7月，云南武定德昌钛矿厂尾矿库发生溃坝事故，造成7人死亡；2006年4月，河北迁安庙岭沟尾矿库发生副坝溃决事故，造成6人死亡；2007年11月，辽宁海城鼎洋矿业选矿厂尾矿库发生溃坝事故，造成15人死亡，2人失踪，38人受伤[3]。因此，对尾矿库的洪水计算和调洪演算方面的理论和实践应用研究尤为迫切和重要。

1 水量平衡数值法

对于尾矿库的调洪演算，可根据来水过程线和排水构筑物的泄流量与尾矿库的蓄水量关系曲线，通过水量平衡方程计算出泄洪过程线，从而定出大泄流量和调洪库容[4]。

尾矿库内任一时段Δt的水量平衡方程式如下：

式中：QS、QZ分别为时段始、终尾矿库的来洪流量，m3/s；为时段平均流量，m3/s；qS、qZ分别为时段始、终尾矿库的泄洪流量，m3/s；VS、VZ分别为时段始、终尾矿库的蓄洪量，m3；Δt为该时段的时间，h。

2 工程实例

2.1 某尾矿库概况

某大型湿排尾矿库为沟谷型尾矿库，总坝高为40m，总库容1000万m3，尾矿库排洪系统型式为框架式排水井—隧洞。

尾矿库正常蓄水位为437.8m，干滩长度为200m，干滩坡度约为1.1%。库区汇水面积为2.65km2，流域沟谷长度为2.16km。尾矿库设计洪水重现期为500年。

2.2 洪水计算

根据当地的水文手册和水文图集，库区所在区域的年最大24h平均降雨量为70mm，降雨量变差系数Cv=0.66，降雨量偏差系数Cs=3.5Cv，暴雨递减系数n1=0.60（t＜1h）。分别采用简化推理公式法和过程线法计算尾矿库500年一遇的洪峰流量、洪水总量以及洪水过程线[5]，计算结果见表1。

表1 洪水计算结果表

2.3 调洪演算过程

根据库区地形图、坝高、沉积滩坡度计算出尾矿库的库容曲线图，见图1。依据排洪系统的工作状态以及泄流水头，分别计算排水井～隧洞在自由泄流、井口泄流、半压力流以及压力流不同工况下的泄流量，得到库水位—泄流量关系曲线见图2。

图1 调洪库容曲线图

图2 库水位—泄流量曲线

2.4 调洪演算结果与分析

调洪演算结果见表2。

表2 调洪演算结果表

调洪演算结果表明：

该尾矿库在沉积滩坡度1.1%的情况下，现有的排洪系统的排水能力能够满足排洪要求。最大调洪幅度大于调洪演算的调洪水深，最小安全超高和最小干滩长度均满足防洪安全要求。调洪演算为尾矿库防洪安全管理提供了系列调洪控制参数，尾矿库在汛期应严格控制库内防洪限制水位不得高于437.8m，确保0.9m以上的调洪水深及相应的调洪库容，严格监控并预警最小干滩长度和最小安全超高，以确保尾矿库安全度汛。

3 结论

通过以上分析和计算可以得出：

（1）根据来水过程线、库容曲线以及泄流量曲线，采用水量平衡数值法对尾矿库进行调洪演算是可行的，且该方法计算精度高、收敛快。

（2）计算得出的调洪库容以及最大泄流量可作为尾矿库汛期运行过程中的防洪控制指标参数，对今后尾矿库的防洪安全管理提供一定的指导意义。