尾矿库调洪演算基本步骤

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摘要

尾矿库调洪演算是确保尾矿库安全的重要步骤，包括设计洪水标准、基础资料收集、入库洪水计算、水位-库容曲线绘制、溢洪道设计、洪水演进模拟、稳定性和安全校核及应急预案制定。Itasca软件9.10.5版新增的Hoek-Brown参数计算器提高了边坡稳定性分析的效率和准确性，与《计算岩土力学》代码比较结果基本一致，主要差异在泊松比估算值，有助于简化参数输入过程，提高分析准确性。

正文

1. 引言

尾矿库的调洪和演算是为了确保尾矿库的安全运行，防止因洪水超过库容导致的尾矿泄漏或溃坝事故。尾矿库调洪演算是一个重要的过程，用于评估尾矿库在不同降雨情况下的安全性和运行效能。调洪演算涉及到水文分析、水力计算以及泥沙运动分析等多个方面。

尾矿库调洪演算是尾矿库安全管理中的重要工作之一，旨在通过合理的调控措施，确保尾矿库在洪水来临时能够安全度过洪水期，减少洪水对尾矿库及下游地区的影响。下面简要介绍尾矿库调洪演算的步骤。

2. 调洪演算步骤

尾矿库调洪演算主要包括以下几个步骤：

(1) 确定设计洪水标准。设计洪水标准也可称为防洪标准，尾矿库各使用期的防洪标准，根据使用期库的重要性(等别)、库容、坝高、使用年限及对下游可能造成的潜在危害程度等因素确定。根据《尾矿库安全规程》(GB39496-2020)和《尾矿设施设计规范》(GB50863-2013)，尾矿库可能需要设计小型、中型或大型洪水。对于重要性较高的尾矿库，可能需要采用一千年一遇的洪水设计标准。

(2) 基础资料收集与准备，主要包括：

(a) 收集和分析尾矿库的基本资料，包括尾矿库的地形、地质、水文、气象等数据，如降雨量、流域面积、流域的植被覆盖情况、土壤类型等。这些数据可以从当地气象局、水文站获取，或使用遥感和地理信息系统 (GIS) 技术进行收集。气象资料包括气温、气压、湿度、风速、风向、降水量、蒸发量、降水最随季节变化规律以及冻结深度；水文资料包括水系分布图、水位、流速、流量、流域面积、径流系数及动态、洪水淹没范围等资料；

(b) 获取设计洪水资料，如设计洪水的频率、峰值流量、洪水过程线等。

(3) 入库洪水计算，确定入库流量和设计洪水过程。根据设计洪水的频率 (洪水重现期)，选择相应的设计洪水过程线。根据水文气象资料，采用合适的洪水频率计算方法（如暴雨频率法、历史洪水法等），确定设计洪水和校核洪水的洪峰流量和洪水过程线。设计洪水过程线通常包括洪水的起始时间、峰值流量、洪峰持续时间及洪水退去的时间。使用如下公式计算设计洪水的入库流量：

其中

Q---设计洪峰流量（m³/s）

C---径流系数，取决于土壤的渗透能力和地表覆盖情况

I---最大降雨强度（mm/h）

A---流域面积(汇水面积)（km²）

假设某尾矿库位于流域面积为10平方公里的小流域，地表覆盖为中度植被，土壤为黏土。假定径流系数 C=0.35，最大小时降雨强度 I=50毫米/小时，则设计洪水流量Q值为：

此流量将用于后续的溢洪道设计和库的稳定性分析。

(4) 尾矿库水位-库容曲线。根据尾矿库的设计和地形图，绘制水位-库容曲线。这一曲线显示了不同水位下库容的变化，对于评估洪水期间尾矿库的水位变化至关重要。库容曲线反映了尾矿库水位与库容之间的关系，通常通过实测或计算得到。

其中，V 是库容(m³)，H是对应的水位，即水深(m)。例如：

(5) 设计和计算溢洪道。溢洪道设计需要确保在设计洪水情况下，尾矿库不会因水位过高而导致溃坝。出水建筑物 (如溢洪道、排水井等)的出流量一般通过流量公式计算：

其中

Q---溢洪道设计流量（立方米每秒）

Cd---流量系数

A---溢洪道的横截面积(出水建筑物的过流断面积)（平方米）

g---重力加速度（9.81 m/s²）

H---水头(水位高度) (米)

出水建筑物特性曲线反映了尾矿库出水建筑物在不同水位条件下的出流量特性。例如，出水建筑物出流量：

(6) 模拟洪水演进。利用水文模型（如HEC-HMS或SWMM）模拟设计洪水期间尾矿库的水位变化。这一步骤需要输入降雨数据、流域特征以及库容曲线等信息，模拟不同时间点的库水位和流出量。简单的算法是进行洪水调蓄演算，根据设计洪水过程线和库容曲线，进行洪水调蓄演算，计算在不同时间段内库水位的变化情况。在演算过程中，考虑入库流量、出库流量及库容变化的关系。基本的调蓄公式为：