尾矿库的雨洪特性与洪水计算方法的选择

尾矿库的雨洪特性与洪水计算方法的选择【摘要】在尾矿库工程设计中，洪水计算是设计工作的重点。本文以尾矿库的雨洪特征、

洪水特征为基础，对比了推理公式法和水量平衡法的优缺点，提出了尾矿库设计时计算洪水

的方法。并通过实际案例，对选择计算方法的合理性进行了认证，具有一定的工程参考价值。

【关键词】尾矿库；雨洪特性；洪水计算方法；选择

1 尾矿库雨洪特性

1.1 尾矿库的降雨特征

尾矿库的降雨特征指的是各种降雨因素下的空间分布和时程分布。在对小流域雨洪进行

计算时，主要是以暴雨为基础，暴雨的的空间分布和时程分布会对洪水的整个形成过程造成

影响。通过分析相关的观测资料证明，由于暴雨的分布缺乏均匀性，在一定程度上对中量级

和小量级的洪水参数的分析造成了影响。一般情况下，暴雨分布缺乏均匀性主要是因为暴雨

的中心发生变化造成的，因此和选用的分析计算时间段有一定的联系。由于尾矿库属于小流域，流域面积不大，可以不用考虑暴雨分布是否均匀，只需要将流域面雨量作为流域中心点

的雨量即可。此外，由于尾矿库属于小流域，通常不会建立专门的水文站，因此流量资料和

暴雨资料不完善，在查找设计点的暴雨量时，一般可以参考通过审批的降雨统计参数等值图

进行分析，当周围地区和本地区近段时间有大暴雨出现时，要检查计算成果，并做出相应的

调整。

1.2 洪水的基本特征

（1）小流域面积上经常会出现比较大的洪水，在短时间、高强度暴雨的影响下，多表

现为单瘦的单峰型。

（2）根据当前的雨洪资料证明，尾矿库的流域面积很小，洪峰和雨峰是相互对应的，

常常出现雨停峰现的情况。

（3）尾矿库使用时，流域的特征参数、水面的面积大小等都是不断变化的，不同时间

段内，即便是频率一致的暴雨也无法产生相同的洪水。在尾矿库的不断应用下，洪水总量和

洪峰流量都表现为增加的趋势。

2 尾矿库洪水计算的基本特征

尾矿库和常规的小流域比较，主要具有下述几个特点：

（1）干流的长度。常见的小流域干流都很明显，主要以河道汇流为主。而尾矿库多位

于环山的山体中，主沟一般不明显，并且主沟多是由多个汇水支沟构成，在对洪水计算进行

设计时，一般要参考尾矿库的基本特征，使用合理的计算方法。并且，尾矿在不断堆积的情

况下，河槽终点会持续发展到上游，并缩短干流的长度。

（2）汇水的面积。由于尾矿库的汇水面积不大，主要由水面面积和陆面面积组成，并

且水面面积所占的比例都比较高。所以在对洪水计算进行设计时，要求考虑尾矿库汇流和水

面之间的关系[1]。在尾矿库设计中也规定了库水面积要达到总面积10%时，要对水面面积和

陆面面积分别进行计算。

（3）尾矿库的调蓄能力。一般的小流域多是根据设计的洪峰流量大小来对洪水进行推

算的。而尾矿库中由于含有很多尾矿水，自身有调蓄能力，在对洪水进行设计计算时，为了

达到调洪演算的实际要求，不仅需要对洪水总量、洪峰流量进行推算，还要对设计洪水工程

线进行推算。此外，随着尾矿库生产水位的逐渐提升，想要保证尾矿库排洪能力达到设计要求，进行调洪计算就显得更加的重要。

3 选择洪水计算方法

当前主要使用经验公式法、推理公式法、瞬时单位线法、综合单位线法、水平衡量法进行洪水计算。

3.1 推理公式法

一般在小流域洪水计算中多使用推理公式法。而这种方法只可以对坝址处的洪水进行计算，由于尾矿库中洪水和坝址洪水是在不同的条件下形成的，汇水面积、调蓄能力和干流长度均不相同。按照多年的计算实例来看，坝址洪水和水库入库洪水的洪峰比值一般保持在1.01～1.53，而这一比值在尾矿库使用的后期，随着水面面积的不断增加，比值也会随之增加[2]。因此相关规定中对于尾矿库中水的面积在流域面积的10%以内时，才可以按照全面积陆面汇流进行计算。所以，推理公式只适用于尾矿库使用初期。对于库水面积大于尾矿库总汇水面积10%的尾矿库，不可以使用推理公式进行计算。

3.2 水量平衡法

水量平衡法指的是利用水动力学的方法对河槽、地下和坡面汇流计算问题进行解决，然后将坝址断面处洪峰流量和洪水过程线计算出来。因此，此方法比较适合用来解决流域内部的计算问题。计算公式如下：

在公式中，为末时段的M值；为初时段的M值；为时段初值的出流；时段的平均入流。

通过使用这个方法，可以分步计算尾矿库水面区域和陆面区域，其中水面区域可以根据直接降雨情况进行计算，陆面区域可以直接使用水平衡法进行计算。然后再将这两个区域中的洪水计算结果进行合并，将计算结果作为尾矿最后的设计洪水过程线。当前，此方法已经实现了程序化计算，只需要将尾矿库的陆面面积、暴雨的时程分布情况、水面面积等相关参数后，就可以直接利用软件将洪水结果计算出来，计算速度显著提升。

3.3 应用案例

某尾矿库的汇水面积为， , ，各个时间段流域的特征参数如表1所示。

表1 各个时间段流域特征参数

尾矿不同使用阶段水面面积F1（km2）陆面面积F（km2）汇水面积（km2）流域的长度L（km）河槽平均坡度（J）E0(m/km)

使用初期014.3014.305.380.08601.7

使用中期2.9211.3914.301.590.21598.06

使用后期6.597.7214.301.250.25517.65

使用水量平衡法和推理公式法对尾矿库各个使用时期设计的洪水过程线，最终计算结果如图1所示。

图1 洪水过程线

从上图可以看出，矿库的雨洪特征基本上是一致的，整个计算过程也符合库水面积要达到总面积10%时，分别计算水面面积和陆面面积汇流。因此，本工程使用水量平衡法对尾矿库中后期的洪水设计计算是可行的。

结语

本文主要得出以下结论：①一般情况下，尾矿库多为小型流域，尾矿库建成后流域的特征参数、水面面积、洪水参数都持续保持在一个动态状态下。对于频率相同的暴雨，在不同的尾矿时期所产生的洪水量也存在一定的差异性，并且在尾矿库的不断使用下，洪水总量和洪峰流量也会逐渐增加。②对于使用初期的尾矿库，可以使用水量平衡法和推理公式法计算设计洪水，在中后期一般采用水量平衡法推算设计洪水量。③调洪结果受设计洪水流量的影响比较大。因此，在选洪水计算方法时要根据尾矿库的地形特点进行计算，降低计算误差以提高计算结果准确性。

参考文献：

[1]吴婉玲,谢华伟,陈晓东.特小流域暴雨洪水计算研究概述[J].浙江水利水电专科学校学报,2010,(03):30-33.

[2]束永保,高尚青,李培良.平地型尾矿库调洪计算简法[J].第四届全国尾矿库安全运行技术高峰论坛,中国北京,2011:209-212.

作者简介：

殷小林1，男（1986-）硕士，陕西乾县，助工，从事工作：尾矿库设计

施灿海2，男（1988-）学士，云南洱源，助工，从事工作：尾矿库设计