礦區(qū)排土場周邊排水計算

阿不都艾尼·阿不里 肉孜婉古麗·吐爾洪

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046;2.華中師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430079)

礦區(qū)排土場周邊排水計算

阿不都艾尼·阿不里1肉孜婉古麗·吐爾洪2

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046;2.華中師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430079)

考慮礦區(qū)安全問題時,周圍排土場的排水量大小也是礦區(qū)防洪設(shè)計過程中需要考慮的問題。礦區(qū)排土場周邊排水設(shè)施的設(shè)計和洪水頻率計算與礦區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)不匹配對礦區(qū)造成一定的威脅,影響程度的大小影響到擬定礦區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)以及排土場周邊的截水溝的設(shè)計尺寸。以新疆伊犁自治州伊寧縣喀拉亞尕奇鄉(xiāng)一帶的伊寧礦區(qū)七號礦井露天采區(qū)作為一個例子進(jìn)行分析,位于礦區(qū)兩邊的排土場正常降雨徑流量與采掘場暴雨徑流量進(jìn)行了計算,所設(shè)計的截水溝斷面和縱坡是否能滿足防洪要求進(jìn)行了評價。

排土場 排水 截水溝

1 工程概況

本文中的伊犁慶華能源開發(fā)有限公司伊寧礦區(qū)七號礦井露天采區(qū)位于伊寧盆地北部伊寧縣喀拉亞尕奇鄉(xiāng)一帶,皮里青河在露天采區(qū)中部流過,采區(qū)總體呈不規(guī)則多邊形,南北寬約1.68km,東西長約2.03km,采區(qū)面積約3.41km2。行政區(qū)劃屬新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣管轄。

為防止露天礦采掘場受西側(cè)地面徑流威脅,設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇[1]一日暴雨形成的地面徑流洪水,在露天礦最終的西側(cè)離開境界50m處順著地形等高線開挖一條長約1500m的截水溝,該截水溝隨著露天礦坑的擴(kuò)大逐漸延長。截水溝的底寬為1.0m,深1.0m,邊坡1:1。

本項目一號外排土場位于本礦的東北部境界外,總體規(guī)劃邊界往東500m的山坡處;二號外排土場在本礦的西北部境界外,總體規(guī)劃邊界往西的山溝處。設(shè)計確定一號外排土場總排棄高度100m,經(jīng)計算占地面積0.4 km2;二號外排土場總排棄高度100m,經(jīng)計算占地面積1.22km2。

一號排土場周邊的截水溝以外包圍的集雨面積為2.75km2。二號排土場周邊的截水溝以外包圍的集雨面積為2.04km2。

2 排土場周邊排水計算

2.1 正常降雨徑流量計算

采用多年雨季月平均降雨量61.2mm計算排土場正常降雨量,地表徑流系數(shù)取0.4。

一號、二號排土場周邊截水溝排水徑流量計算:

式中:Hp—多年月平均降雨量mm;

C—徑流系數(shù);

F— 一號排土場周邊截水溝以外包圍的集雨面積,m2;

2.2 暴雨徑流量計算

在無資料地區(qū),可采用由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水。依據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》[2],應(yīng)用調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法推算本項目區(qū)的暴雨洪水流量。匹里青水文站距項目區(qū)流域較近,測站高程相近,因此,采用匹里青水文站年最大1日降水量系列進(jìn)行頻率計算。

采掘場暴雨徑流計算。

(1)面雨量推求。皮里青河流域?qū)傩陆S吾爾自治區(qū)伊犁州,根據(jù)新疆水文水資源局編制的《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》,查得皮里青河以上流域中心年最大1h、6h、24h點暴雨統(tǒng)計參數(shù),計算各歷時的點暴雨量,如表2所示。

設(shè)計點暴雨量乘以面深系數(shù)即得設(shè)計面暴雨量,面深系數(shù)根據(jù)各治理河段的控制流域面積插值得到,P=2%的設(shè)計面暴雨計算成果見表1。

(2)設(shè)計凈雨過程推求。暴雨洪水計算采用暴雨歷時24h、單位線計算時段△t =1h,設(shè)計面雨量時程分配采用推薦的24h設(shè)計雨型。根據(jù)雨量分配過程假設(shè)產(chǎn)流歷時tc,在《新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》產(chǎn)流綜合圖上查出相應(yīng)產(chǎn)流期平均損失率f后,求得產(chǎn)流期雨量ptc,各歷時設(shè)計暴雨按以下公式計算:

表1 設(shè)計點暴雨量

表2 設(shè)計面暴雨量

表3 2%頻率設(shè)計凈雨計算成果

計算產(chǎn)流期平均凈雨強度i凈:式中:R凈——產(chǎn)流期凈雨總量,mm;

tc——產(chǎn)流歷史,小時;

式中:ptc——產(chǎn)流期毛雨量,mm;

f——產(chǎn)流期平均損失率(mm/h);tc——產(chǎn)流歷史,小時;

用集水面積F和i凈在《新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》匯流綜合圖上查得示儲小時數(shù)t0。

設(shè)定參數(shù)tm,漲洪時段n,匯流計算時段Δt。

用下式求調(diào)蓄經(jīng)驗單位線公比b。

用上式求以b為公比的無窮遞減等比級數(shù)u值,

經(jīng)產(chǎn)流計算,得到設(shè)計流域的凈雨過程,主要成果列于表3。將△t時段的凈雨量換算成凈雨流量Ii。

式中:F—— 流域面積,km2;R凈—— 產(chǎn)流期凈雨總量,mm;tc—— 產(chǎn)流歷史,小時;

Ii乘以u值,并依次疊加,便得出地面徑流過程,對不同時段凈雨產(chǎn)生的徑流過程進(jìn)行疊加,即為設(shè)計斷面出流過程,其最大值即排土場暴雨洪峰。

經(jīng)計算露天礦東北向的一號排土場周邊的正常雨水徑流量為0.03m3/s,暴雨徑流量為0.84m3/s。

經(jīng)計算露天礦西北向的二號排土場周邊的正常雨水徑流量為0.02m3/s,最大暴雨徑流為0.63m3/s。

2.3 截水溝斷面尺寸復(fù)核計算

根據(jù)《初設(shè)報告》和《安專報吿》,截水溝的底寬為1.2～1.5m,深1.5～1.8m,邊坡1:1。本次驗算取底寬為1.2m,渠道的粗糙系數(shù)n取值為0.025,坡降取值0.3%。應(yīng)用明渠均勻流公式和曼寧公式計算。經(jīng)過計算得出以下結(jié)論:

一號排土場,正常降雨徑流量為0.03m3/s,截水溝正常水深為0.07m;最大暴雨徑流量為0.84m3/s,截水溝最大水深為0.49m。

二號排土場,正常降雨徑流量為0.02m3/s,截水溝正常水深為0.06m;最大暴雨徑流量為0.63m3/s,截水溝最大水深為0.42m。

3 結(jié)語

(1)露天煤礦采掘場一號排土場外的截水溝防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇一日暴雨設(shè)防。經(jīng)計算露天礦東側(cè)的一號排土場周邊正常雨水徑流量為0.03m3/s,暴雨徑流量為0.84m3/s,排土場周邊的截水溝滿足排水標(biāo)準(zhǔn)要求,不會流入礦坑。

(2)露天煤礦采掘場二號排土場外的截水溝防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇一日暴雨設(shè)防。經(jīng)計算露天礦西側(cè)的二號排土場周邊的正常雨水徑流量為0.02m3/s,暴雨徑流量為0.63m3/s,設(shè)計的排土場周邊的截水溝滿足排水標(biāo)準(zhǔn)要求,不會流入礦坑。

(3)利用該截水溝將上游的雨水引至露天礦坑外。經(jīng)復(fù)核分析計算,所設(shè)截水溝斷面和縱坡滿足過流要求。

[1]GB50201-94,中華人民共和國防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].中華人民共和國水利部,1995.

[2]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集[R].烏魯木齊:新疆維吾爾自治區(qū)水利廳,1983．

[3]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集(天山北坡瑪納斯河以東地區(qū))[R].烏魯木齊:新疆維吾爾自治區(qū)水利廳,1983．

阿不都艾尼·阿不里(1984-),男(維吾爾),碩士,研究方向,干旱區(qū)水資源與環(huán)境方面的研究。