某尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)合并后泄流能力分析

譚杰驥

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司)

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某尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)合并后泄流能力分析

譚杰驥

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司)

摘要為節(jié)省工程投資，某尾礦庫(kù)將庫(kù)外與庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)合并，針對(duì)尾礦庫(kù)洪水計(jì)算、庫(kù)內(nèi)與庫(kù)外排洪系統(tǒng)合并后的泄流能力計(jì)算、調(diào)洪演算進(jìn)行了分析，建議合并后的排洪系統(tǒng)在滿足規(guī)范防洪安全的要求下，宜采用無(wú)壓流控制。

關(guān)鍵詞尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)泄流能力

1　尾礦庫(kù)工程概況

某尾礦庫(kù)位于湖南省中部某銻礦選廠東南方向的一條大山溝內(nèi)，庫(kù)區(qū)高程380～780 m，山坡植被發(fā)育。屬中山丘陵地貌，亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨量充沛，年均降水量1 298.8 mm。其中4～9月雨量較集中，歷年最大年降雨量為1 740.70 mm，日最大降雨量153.4 mm，任意24 h最大降雨量178.3 mm，小時(shí)最大降雨強(qiáng)度80.3 mm。

尾礦庫(kù)采用上游式尾礦筑壩，初期壩為碾壓堆石壩，壩頂標(biāo)高480 m，初期壩高35 m，尾礦壩最終堆積標(biāo)高570 m，總壩高125 m，尾礦庫(kù)總庫(kù)容677.5萬(wàn)m3，為三等尾礦庫(kù)。

2　尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)

庫(kù)區(qū)匯水面積4.92 km2，根據(jù)尾礦庫(kù)實(shí)際地形，為減少入庫(kù)水量，提高尾礦庫(kù)防洪安全，尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)分為庫(kù)外和庫(kù)內(nèi)：庫(kù)外排洪系統(tǒng)由庫(kù)尾攔洪壩+排水隧洞組成，庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)由庫(kù)內(nèi)的排水井+排水隧洞組成。

攔洪壩壩頂標(biāo)高573.0 m，壩高10 m，上、下游邊坡均為1∶0.6。

為節(jié)省工程投資，將庫(kù)外排水隧洞與庫(kù)內(nèi)排水隧洞合并為一條隧洞，為圓拱直墻形，斷面尺寸4.0 m×4.0 m，長(zhǎng)997.3 m，除進(jìn)口陡坡段坡度i=1.0外，其余部分底坡i=0.08。

庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)采用排水井+排水隧洞形式：框架式排水井5座，其中1#井高15.0 m，井徑5.0 m；2#井高18.0 m，井徑5.0 m ；3#、4#、5#井高24.0 m，井徑4.0 m。與5座排水井相連的5條排水支洞斷面均為圓拱直墻型。1#～5#支洞斷面尺寸、坡度和長(zhǎng)度如表1所示。

表1　排水支洞參數(shù)

3　洪水計(jì)算

按《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50863—2013)[1]第6.1.1條規(guī)定，算例尾礦庫(kù)初期為四等庫(kù)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按200 a一遇洪水進(jìn)行設(shè)防；最終堆積標(biāo)高為三等庫(kù)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按500 a一遇洪水進(jìn)行設(shè)防。計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的地理參數(shù)如表2所示，設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)參照《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》[2]，如表3所示。

表2　尾礦庫(kù)地形特征系數(shù)

表3　設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算結(jié)果

注：Kp為皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)；Htp為t時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)頻率的暴雨量。

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)，其水文計(jì)算結(jié)果見表4。

表4　水文計(jì)算結(jié)果

4　調(diào)洪演算

對(duì)庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)各特征標(biāo)高進(jìn)行調(diào)洪演算，尾礦庫(kù)沉積灘平均坡度按1.0%計(jì)算調(diào)洪庫(kù)容，各特征標(biāo)高的調(diào)洪庫(kù)容見圖1，調(diào)洪演算結(jié)果見表5。

庫(kù)外調(diào)洪庫(kù)容見圖2，調(diào)洪演算結(jié)果見表6。

5　排洪系統(tǒng)泄流能力計(jì)算

《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50863—2013)6.1.3

圖1　各特征標(biāo)高調(diào)洪庫(kù)容曲線表5　各標(biāo)高調(diào)洪演算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

壩頂標(biāo)高/m尾礦庫(kù)等級(jí)設(shè)計(jì)頻率P/%死水位/m洪峰流量/(m3/s)調(diào)洪庫(kù)容/m3安全超高/m干灘長(zhǎng)度/m最大下泄流量/(m3/s)48040.547838.7713871.10.5757.031.2350530.250242.6534472.40.7272.037.8657030.256734.9335759.41.71171.020.48

圖2　庫(kù)外調(diào)洪庫(kù)容曲線(573 m標(biāo)高)表6　攔洪壩調(diào)洪演算結(jié)果

壩頂標(biāo)高/m設(shè)計(jì)頻率P/%死水位/m洪峰流量/(m3/s)調(diào)洪庫(kù)容/m3安全超高/m最大下泄流量/(m3/s)5730.2565107.114320.41.68104.85

節(jié)第3條“當(dāng)庫(kù)外排洪系統(tǒng)與庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)合并時(shí)，應(yīng)進(jìn)行論證，合并后的排水管(或隧洞)宜采用無(wú)壓流控制。”

考慮在恒定流情況下的圓拱直墻型排水隧洞泄洪能力，洞內(nèi)水面線以上的空間不小于隧洞斷面面積的15%，且高度不小于40 cm。按明渠均勻流計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3。

圖3　計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算結(jié)果如表7所示，1#～5#支隧洞最大下泄流量均大于庫(kù)內(nèi)最大下泄流量37.86 m3/s，支隧洞均為無(wú)壓流；主隧洞斷面尺寸4.0 m×4.0 m，最大下泄流量為206.9 m3/s，大于庫(kù)內(nèi)和庫(kù)外最大下泄流量之和，為142.71 m3/s，此時(shí)主隧洞為無(wú)壓流。

表7　明渠均勻流計(jì)算結(jié)果

6　結(jié)　語(yǔ)

根據(jù)某尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)的排洪系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)各特征標(biāo)高進(jìn)行調(diào)洪演算，考慮庫(kù)內(nèi)與庫(kù)外排洪系統(tǒng)合并后的最大下泄流量之和，按明渠均勻流公式計(jì)算結(jié)果復(fù)核，合并后的排洪系統(tǒng)為無(wú)壓流。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50863—2013尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范北京[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

[2]湖南省水文總站.湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)[R].長(zhǎng)沙：湖南省水利水電廳，1984.

(收稿日期2016-05-16)

譚杰驥(1987—)，男，工程師，410000 湖南省長(zhǎng)沙市木蓮東路299號(hào)。