主沟槽长度计算方法对尾矿库防洪安全的影响分析(2008.12.26修改)

主沟槽长度计算方法对尾矿库防洪安全的影响分析唐猛邓书申（化工部长沙设计研究院，长沙，410117 ）摘要：尾矿库使用至后期时要进行防洪安全分析，而进行防洪安全分析首先要进行洪峰流量的计算。

在计算洪峰流量时，涉及到一个很重要的计算参数——主沟槽长度L。

据了解，目前有些设计院在对该参数进行处理时，方法并不一样。

本文就尾矿库使用后期对主沟槽长度不同的取值方法对尾矿库防洪安全的影响进行了详细分析，并推荐了一种相对准确的主沟槽长度计算方法。

关键词：尾矿库主沟槽长度防洪安全The security influence analysis of main trench length calculation ways to debrisstorehouse flood preventionTang Meng Deng Shushen(Changsha Design Research institute Ministry of Chemical Industry, Changsha, 410117 )Abstract:The flood prevention safe analysis must be done when tailings pond used to later period. The computation of the peak discharge is the firt of the analysis. The computation involves to a very important computation parameter - - main trench length. According to the investigation, at present the method of some design institutes carring on processing to this parameter is different. This article gives detailed analysis of the influence created by the different methods of computing main trench length, and recommends one relatively accurate method of main trench yardage calculation.Key words: tailings pond primary trench length flood prevention security1 前言尾矿库是一种特殊的工业建筑物，也是矿山三大控制性工程之一[1]，主要由初期坝、排洪系统、监测系统等组成。

尾矿库的排洪系统与水库排洪系统有所不同，尾矿库的排洪系统不仅要安全及时地排出库内的澄清水和洪水，而且要确保不让尾矿从排洪系统泄露。

排洪系统通常由进水构筑物和排水构筑物组成。

进水构筑物有排水井和排水斜槽等之分，排水构筑物有排水管、隧洞、溢洪道等形式。

进水构筑物最大的特点是随着尾矿坝堆积的不断升高，向库后延长及抬升，不断调整进水口高程或进水平面位置，保证库内的澄清距离，不让尾矿从排洪系统泄露。

当尾矿库使用至中、后期，进水构筑物的部分被尾矿掩埋，上覆堆积尾矿少则几十米，多则上百米。

尾矿堆积坝这种独特的筑坝工艺决定了尾矿库的排洪系统对于尾矿库的安全具有十分重要的作用，若排洪系统一旦出现故障或洪水排泄不顺畅，则将对尾矿库造成巨大危害，甚至会产生灾难性的后果，主要体现在漫坝溃坝、尾矿坝滑坡失稳、泄露尾矿等现象。

如1962年9月26日,云南锡业公司火谷都尾矿库发生溃坝事故，死伤263人,直接经济损失达2000多万元；2000年10月18日上午9时50分，广西南丹县大厂镇鸿图选矿厂尾矿库发生重大溃坝事故，共造成28人死亡，56人受伤，70间房屋不同程度毁坏，直接经济损失340万元；2008年9月8日早8时，山西省临汾市襄汾县新塔矿的选矿厂的尾矿库发生垮坝，宽约600米，长约3公里泥石流将下游的一个农贸集市和两个村子的部分房子冲跨。

截止08年10月5日17时，事故造成人员死亡271人，伤35人，直接经济损失数亿元。

根据有关统计资料显示[2,3]，国内尾矿库病害事故中，排洪系统的病害事故占33.3%，洪水漫顶占44.4%[2]，我国有色金属矿山因排洪系统失事引起的灾难几乎占尾矿库事故的50%。

由此可见，尾矿库的排洪系统是非常重要的，因此排洪系统设计是否合理就显得尤为重要。

在尾矿库排洪系统的设计即调洪演算中主要包括洪水计算和水力计算两大部分，其中水力计算决定了排洪系统的断面尺寸，而水力计算是以洪水计算为基础，洪水计算过程中，主沟槽长度对洪水计算中的洪峰流量起着举足轻重的作用，如表1。

图1 调洪演算过程图Figure 1 Process chart of adjusting flood calculation目前，针对洪峰流量计算时主沟槽长度应该如何取值，存在以下两种观点。

第一种观点认为，主沟槽长度应该是由分水岭计算至初期坝位置；第二种观点认为：主沟槽长度应该是由分水岭计算至后期尾矿堆积坝的滩顶。

从图1可以看出主沟槽长度对调洪演算结果存在直接的影响，因此主沟槽长度究竟应该从分水岭计算至什么地方，值得认真思考与研究。

2 主沟槽长度计算方法分析目前对主沟槽长度的定义主要有以下两种，第一种为[4]L——由坝址至分水岭的主河槽长度，公里。

第二种为[5] L——自分水岭至出口断面的河槽长度，公里，可以看出两种定义并不相同。

与此相对应的，主沟槽长度也有两种不同的计算方法。

方法一：不分运行阶段，尾矿库主沟槽长度一律从分水岭计算至初期坝坝址，方法二：在尾矿库初期，主沟槽长度从分水岭计算至初期坝坝址，而在采用尾砂堆坝之后，主沟槽长度从分水岭计算至尾砂堆积坝的滩顶。

以上两种对主沟槽长度的定义及计算方法其本质是不一样的。

其根本问题就在于：在尾矿库的使用过程中，尾矿库的―坝址‖是否就是―出口断面‖？一般来说，在上游法尾矿堆坝过程中，初期一般是利用初期坝挡水挡砂，后期是利用尾砂筑坝。

随着后期尾矿堆积坝的逐渐堆高，尾矿库的汇水面积将逐渐缩小，分水岭与主沟槽下游的交点（即流域出口）也在不断向上游推进，因此主沟槽长度是在不断缩短的，这种变化对于高坝来说尤其明显。

因此笔者认为上述第一种对尾矿库主沟槽长度的定义尚有不够严谨之处，而某些设计者将该定义中的―坝址‖仅仅理解为初期坝的坝址，更是不可取的。

第二种对主沟槽长度的定义是严谨的。

按照第二种对主沟槽的定义，在尾矿库使用初期，由于流域出口就是初期坝位置，因此，计算主沟槽长度时就应该从分水岭计算至初期坝坝址；而当尾矿库采用尾矿堆坝后，其―坝址‖就在一直不停的变化，这个―坝址‖就是堆积坝的滩顶。

因此，尾矿库在采用尾矿堆坝后，计算主沟槽长度时，应该从分水岭计算至后期尾矿堆积坝的滩顶！然而，我们注意到，在降雨时，洪水随着主沟槽下泄，进入库尾水域后，尾矿库的排水系统就已经开始工作，尾矿库实际上就已经开始进入了调洪过程。

一般来说，由于尾矿库的汇水面积相对较小，产生的洪峰流量也较小，通过对排洪系统尺寸的控制，洪水不会到达滩顶。

而且，根据规程［6］，五等库在洪水时库区最高洪水位距离滩顶的距离不得少于40m，尾矿库等别为一等时该值甚至达到了150m，因此，根据规程［6］要求，也不允许将主沟槽长度计算至滩顶。

按照上述第二种方法进行计算，将使得降雨产生的洪峰比实际来得更慢、更分散，以此进行的尾矿库防洪安全分析并不可靠，因为这将会误导设计者选择断面偏小的排洪系统。

这些都是由尾矿库自身的特点决定的。

因此，在尾矿库后期计算主沟槽长度时，从分水岭计算至尾矿库的库尾水域位置，是更合乎尾矿库实际情况的。

根据以上分析，我们提出了尾矿库主沟槽长度计算的第三种方法，亦即：在计算尾矿库主沟槽长度L时，初期应该从分水岭计算至初期坝的坝址处，而在采用尾砂堆坝之后，应该从分水岭计算至尾矿库的库尾水域位置。

3 计算方法对尾矿库防洪安全的影响下面举例说明不同的主沟槽长度计算方法对尾矿库后期防洪安全的影响。

湖南某铁矿尾矿库，采用上游法尾矿堆坝，堆积坝外坡坡比为1:4，库长为322m，沉积滩坡度为1.0%，总坝高为80.0m，总库容为290.0×104m3，属于三等库[6]。

下表采用不同的主沟槽长度计算方法，计算尾矿库流域参数及洪峰流量，并按照对应的洪水过程线以及相同的调洪库容及泄流曲线，对尾矿库进行后期防洪安全分析，结果如下。

表1 采用不同计算方法的防洪分析结果表Table 1 Flood prevention analysis result table of using the different computation ways计算方法1（计算至初期坝坝址）计算方法2（计算至滩顶）计算方法3（计算至库尾水域）流域面积(km2) 0.73 0.596 0.596主沟槽长度(km) 1.422 1.052 0.73主沟槽坡降0.084 0.069 0.144洪峰流量(m3/s) 28.22 25.06 33.32汇流时间(h) 0.712 0.601 0.339洪水总量(×104m3) 17.18 14.03 14.03最大下泄流量(m3/s) 19.02 16.47 17.11调洪水深（m） 1.173 1.059 1.088安全超高（m）0.827 0.941 0.912最小滩长（m）82.7 94.1 91.2 由上表可以分析得出：(1)在3种计算方法中，由于方法1采用了与初期相同的流域参数，因此其汇水面积最大，主沟槽长度最长，入库洪水总量也最大；而对于后两种计算方法，由于流域面积相同，因此入库的洪水总量是一样的。

相对于方法2来说，由于方法3的主沟槽长度仅计算至库尾水域，主沟槽长度最短，坡降最大，以此计算的洪峰流量最大，汇流时间也最短。

(2)尾矿库后期如果采用初期的流域参数进行防洪安全分析，由于汇流面积较大等因素，在相同的条件下，计算出的安全超高最小，也就是说，如果要满足规范规定的安全超高，就可能需要布置更大的排洪系统，这在一定程度上增加了工程投资，而这部分增加的投资实际上是由于计算的误差引起的，而不是工程安全所必需的，因此属于浪费性投资。

(3)由于本尾矿库的库长较短（仅322m），采用方法2和方法3对本尾矿库后期防洪安全的影响不是太大。

相对来说，由于方法3 中主沟槽变短、坡降变大，因此洪水来的更快、更集中，也更大，以此进行防洪安全分析对尾矿库的安全是有利的。

4 结论(1)在尾矿库后期，选用与尾矿库初期相同的流域参数进行防洪安全分析是不合适的。