查图法与公式法在尾矿库洪水计算中的应用.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-07-26作者简介:皇甫飞华(1988),男,云南保山人,工程师。主要研究方向:固体废弃物处置场,尾矿库工程,矿山生态修复设计与科研。查图法与公式法在尾矿库洪水计算中的应用皇甫飞华(云南合创矿山工程技术咨询有限公司,云南 昆明 650033)摘要:文章系统阐述了暴雨径流查算图表法和小流域推理公式法计算洪水的计算过程。对云南山区某尾矿坝流域面积内按 200 年及 500 年防洪标准分别采用暴雨径流查算图表法和小流域推理公式法进行洪水计算,通过分析计算结果得出小流域推理公式法计算结果略小于暴雨径流查算图表法。暴雨径流查算方法计算洪水过程为单峰陡涨陡落,符合云南山区性河流的洪水特性,并且考虑推理公式采用的参数是基于全国综合而定的,不一定适合该地区,另外,从防洪安全角度考虑,采用暴雨径流查算法计算的成果更为合理。关键词:尾矿坝;暴雨径流查算图表法;小流域推理公式法;洪水计算中图分类号:TV8文献标识码:A文章编号:1004-2660(2024)01-0025-04Application of Chart Consulting and Formula Method in Flood Calculation of Tailing PondHUANGFU Feihua(Yunnan Hechuang Mine Engineering Technology Consulting Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650033)Abstract:The paper systematically explains the calculation processes of flood computation using the Method of Calculation of Storm Runoff by Consulting Chart and Tab.and the Small Watershed Deductive Formula Method.For a tailings dam watershed in a mountainous area of Yunnan,flood calculations were performed according to both the 200-year and 500-year flood protection standards using the aforementioned methods.Analysis of the calculated results showed that the outcomes from the Small Watershed Deductive Formula Method were slightly lower than those obtained through the Method of Calculation of Storm Runoff by Consulting Chart and Table.The calculated flood process using the Method of Calculation of Storm Runoff by Consulting Chart and Tab.was char-acterized by a single peak with a sharp rise and fall,which is consistent with the flood characteristics of moun-tainous rivers in Yunnan.Furthermore,the parameters used in the deductive formula are based on a national synthesis and might not be suitable for that specific region.Additionally,from the perspective of flood protection safety,the results of the calculations using the Method of Calculation of Storm Runoff by Consulting Chart and Tab.are deemed more reasonable.Keywords:Tailing dam;The method of calculation of storm runoff by consulting chart and table;The small watershed deductive formula method;Flood calculation0 引 言尾矿库因坝体高,所蓄势能巨大,一旦溃坝,短时间内溃坝流量将比坝址处设计洪峰流量大数百倍下泄,对下游居民或生命、财产构成极其严重的危害,因此历来是国家防汛工作的重点之处1。尾矿库在满足尾矿堆存的前提下,坝址上游汇水面积尽可能小些,必要时在库尾或库周有色金属设计第 51 卷设置拦截洪设施,将洪水截止库外,以利减轻库内调洪压力,减少水利的污染;尾矿库汇水面积小,以坡面汇流为主,汇流时间短,一般1 h 以下,甚至仅数分钟。我国尾矿库的防洪设计,数十年来均采用水库的防洪设计方法,但尾矿库与水库相比有许多区别,为探索适合尾矿库的防洪设计方法,应认真总结尾矿库的特点,选用合理的防洪设计。1 计算方法原理1.1云南省暴雨径流查算图表 算法云南省暴雨径流查算图表2 3算法如下:(1)根据暴雨等直线图推求设计暴雨过程:先推求设计点的暴雨量(查图得 1 h、6 h、24 h 的暴雨量 Htp);各时段设计点的暴雨量(124 h);时段设计面的暴雨量(124 h)。(2)推求设计净雨过程:计算初损量 W0;推求设计净雨过程;推求设计主雨强 i 主。(3)用汇流参数推求设计洪水过程:推求瞬时单位线参数 m1、n、k;推求设计地面径流过程(得出设计洪水过程);洪水总量:W=Q24 总t(t=0.36)。1.2 小流域推理公式法1.2.1 洪峰流量计算根据 水利水电工程设计洪水计算规范(SL442006)的要求,本阶段可采用推理公式4 5来推求各断面设计洪水。基本公式如下:Qm=0.278h/F=0.278L/mQ1/4mJ1/3式中:Qm 洪峰流量,m3/s;h 在全面汇流时代表相应于 时段的最大净雨,在部分汇流时代表单一洪峰的净雨,mm;F 径流面积,km2;流域汇流历时,h;m 汇流参数;L 沿主河从出口断面至分水岭的最长距离,km;J 沿流程 L 的平均比降(以小数计)。1.2.2 洪水总量计算基本公式如下:Wp=1000atH24pF式中:at 径流系数;F 径流面积,km2;H24p 频率为 P 的 24 小时降雨量(mm),;Kp 模比系数;H24 年最大 24 h 降雨量均值 H24(mm)。2 尾矿库及汇水面积的基本情况2.1 尾矿库基本情况以云南省某尾矿坝为例,依据尾矿坝的实际情况以及项目研究内容,初期坝为碾压堆石坝,坝基 基 础 持 力 层 为 强 风 化 玄 武 岩 层,坝 高27.5 m;现状尾矿堆积坝堆高 30.5 m,总坝高58 m,堆积边坡 13.6。后期利用尾矿按 15.0外坡继续堆高 35 m,最终平均坡比 14.36,最终堆高为 93 m,为三等库。相应防洪标准取 200500 年一遇。2.2 尾矿库汇水面积及汇流基本参数该尾矿库坝址以上总汇雨面积 1.22 km2,查云南省暴雨径流查算图表 该区 1 h 点暴雨量均值 H1=33.0 mm,CV1=0.40;6 h 点暴雨量均值H6=50.0 mm,CV6=0.40;24 h 点暴雨量均值 H24=70.0 mm,CV24=0.45;暴雨区:11 区,产流参数分区:2 区,汇流系数分区:4 区;汇水面积1.22 km2,L=1.6 km,平均坡降 J=7%。3 洪水计算结果分析3.1云南省暴雨径流查算图表 算法计算结果经采用 云南省暴雨径流查算图表 算法计算得该区域内 1.22 km2汇水面积内:200 年最大洪峰流量 QP=0.5%=14.92 m3/s,最大 24 h 洪水总量 WP=0.5%=16.83 万 m3;500 年最大洪峰流量QP=0.2%=16.91 m3/s;最 大 24 h 洪 水 总 量WP=0.2%=21.26 万 m3。其计算设计洪水过程,见表 1。汇水过程线,见图 1。表 1 大水塘渣库洪水计算过程表Tab.1 Flood calculation process of dashuitang slag pond时段Q(P=0.5%)/(m3/s)Q(P=0.2%)/(m3/s)10.010.0120.120.4562皇甫飞华:查图法与公式法在尾矿库洪水计算中的应用时段Q(P=0.5%)/(m3/s)Q(P=0.2%)/(m3/s)30.410.7340.610.9550.781.1560.961.3571.171.60814.9216.9199.6311.02106.057.04113.864.61122.533.14131.712.23141.091.59150.751.23160.541.02170.420.89180.320.80190.250.71200.220.58210.130.43220.100.33230.050.20240.030.0918.0016.0014.0012.0010.008.006.004.002.000.001 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324P=0.5%P=0.2%图 1 大水塘渣库设计洪水过程线Fig.1 Design flood hydrograph of dashuitang slag pond暴雨径流查算方法是洪水计算规范中推荐用于无资料地区小流域洪水计算的主要方法,方法中各种参数、等值线的率定对云南省的小河流具有一定针对性,详见表 2。表 2 洪水计算结果Tab.2 Results of flood calculation序号项目单位P=0.5%P=0.2%1汇水面积/Fkm21.221.222径流长/Lkm1.61.64洪峰流量/Qm3/s14.9216.915洪水总量/W万 m3/d16.8321.263.2 小流域推理公式法计算结果计算成果详见表 3-5。表 3 推理公式法推求设计洪水洪峰计算成果表Tab.3 Calculation Results of Design Flood Peak Ascertained by Rational Formula MethodFLJJ1/3nP%H24KpH24pSp24hR1.221.60.070.410.830.577.62.47189.330.00.75142.00.410.830.277.62.74210.333.30.75157.7hRnSp/hRnJ1/3/LSpF00n0n/Sp61.150.490.011.973.880.80.20636.60.700.750.0251.00066.720.500.012.193.880.80.20640.60.680.730.0251.000/0nQpQp/km2s1.000.700.7513.6311.171.000.680.7315.5612.7672有色金属设计第 51 卷表 4 推理公式法推求设计洪水总量计算成果表Tab.4 Calculation results of total design flood volume ascertained by rational formula method洪水标准汇雨面积/F模比系数/Kp年最大 24 h 降雨量均值 H24/mm洪量径流系数 t系数频率为 P 的 24 h 降雨量/mmH24P=KpH24Wp/m3P=0.5%1.222.4776.60.711 000189.3163 971.66P=0.2%1.222.7476.60.751 000210.3192 424.50表 5 推理公式法推求法洪水计算结果表Tab.5 Flood calculation results by rational formula method序号项目单位P=0.5%P=0.2%1汇水面积 Fkm21.221.222径流长 Lkm1.61.64洪峰流量 Qm3/s13.6316.405洪水总量 W万 m3/d15.5619.253.3 洪水计算结果分析计算结果对比详见表 6。计算结果由表 6 可知,采用不同的汇流方法计算出来的设计洪水有一定差异。考虑推理公式采用的参数是基于全国综合而定的,不一定适合该地区,另外,从安全考虑,暴雨径流法成果的洪峰流量与推理公式法的成果相差不大。暴雨径流查算方法是洪水计算规范中推荐用于无资料地区小流域洪水计算的主要方法,方法中各种参数、等值线的率定对云南省的小河流具有一定针对性。与推理公式法比较,成果相差不大。由表 1 计算结果看出及图 1 洪水过程线可以看出洪水过程为单峰陡涨陡落,符合云南山区性河流的洪水特性,采用暴雨径流查算法计算的成果合理。表 6 洪水计算结果对比表Tab.6 Comparison of flood calculation results计算方法设计频率洪峰流量 Q/(m3/s)单位面积洪峰流量 Q/(m3/s.km2)最大 24 h 洪水总量/万 m3单位面积最大 24 h 洪水总量/(万 m3/km2)暴雨径流查图法P=0.5%14.9212.2316.8313.80P=0.2%16.9113.8621.2617.43推理公式法P=0.5%13.6311.1716.4013.45P=0.2%15.5612.7619.2515.784 结 语以云南省某尾矿库为例,对该尾矿库流域面积内按 200 年及 500 年防洪标准分别采用暴雨径流查算图表法和小流域推理公式法进行洪水计算,从中得到以下结论:(1)通过分析计算结果得出 2 种计算方法成果相差不大,小流域推理公式法计算洪峰流量及洪水总量均略小于暴雨径流查算图表法;(2)暴雨径流查算方法计算洪水过程为单峰陡涨陡落,符合云南山区性河流的洪水特性,而推理公式采用的参数是基于全国综合而定的,不一定适合该地区,此外,从防洪安全角度考虑,采用暴雨径流查算法计算的成果更为合理;(3)暴雨径流查算方法计算对于流域的汇水面积100 km2,在水文资料短缺时使用当地水文图解手册进行洪水计算是合理可靠的。参考文献:1皇甫飞华.地震波输入边界对尾矿库地震动力分析的影响J.有色金属设计,2018.45(002):39-42.2杨昕馨,郭法强.某水库暴雨洪水特性及计算分析研究J.云南水利发电,2023,039(003):129-132.3辛悦,郝培净,钟逸轩.广西无资料地区典型洪水过程计算方法研究J.人民珠江,2023.044(0z1):22-26.4朱猛,王强,刘兴年.推理公式法在无资料地区小流域河流划界中的应用以敖家河小流域为例J.中国农村水利水电,2019.10:54-55.5张丽霞,梁新平.推理公式法在资料匮乏地区小流域洪水计算中的应用J.东北水利水电,2023.041(001):25-27.82