CN103614986B - 一种适用于尾矿库排洪的无压流进水方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于尾矿库排洪的无压流进水方法，该方法利用水动力学中的恒定总流能量方程，通过采用水流加速段，减小水流阻力，利用沟底水流的位置势能与行近流速，使原沟底水流的行近流速转化为设计流速；所述水流加速段属于进水构筑物，设置在排洪系统的进口处，与排洪系统的排水管、排洪隧洞或排洪明渠连接，所述水流加速段为混凝土结构或浆砌石结构，形式为八字形、喇叭口型或矩形，所述水流加速段的两侧与两侧山体紧密结合，所述水流加速段的粗糙系数小于原沟底的粗糙系数。利用本发明，不需建设挡水坝提高进水水头与流速；施工与检修方便，运行可靠；特别适用沟底较陡的情况，投资较低；施工质量容易控制，能有效解决水流能量的转化效率低下问题。

Description

一种适用于尾矿库排洪的无压流进水方法
技术领域
本发明涉及一种适用于尾矿库排洪的无压流进水方法。
背景技术
目前，我国尾矿库数量达12000余座，堆存量100多亿吨。尾矿库安全关系到下游居民的生命财产安全、土地环境的污染，特别是近几年频发的尾矿库安全事故，给国家带来了较大的经济损失，安全事故造成的人员伤亡影响了社会的和谐稳定，尾矿库安全问题也是国家安监系统长期重点解决的问题。
尾矿库的安全设施主要由初期坝、堆积坝、排洪系统、排渗系统、观测设施等组成，排洪系统对尾矿库的安全尤为重要，排洪系统一旦出现问题，将会出现洪水漫顶、超过设计洪水位情况，导致尾矿库堆积坝的浸润线快速升高，坝体稳定性安全系数大幅减低，造成溃坝等安全事故，给下游居民造成重大的生命、财产损失。排洪系统设计的关键问题包括断面尺寸、进水能力、结构承载力。
排洪系统的设计包括两部分，一部分为进水构筑物，另一部分为排水或输水构筑物，如排水隧洞、排水管、明渠等。首先，要根据尾矿库的水文计算，确定洪水流量，汇流时间，然后，确定排洪系统的最大下泄流量。根据排洪系统的最大下泄流量，进行水力计算，确定排水构筑物尺寸与断面平均流速。满足尾矿库防洪要求的排水构筑物最大断面平均流速即为设计流速。设计流速与最大下泄流量是尾矿库排洪系统进水构筑物设计计算的前提条件。
对于汇水面积稍大的尾矿库，为了减轻尾矿库库内的防洪压力，需要建设库内、库外两套排洪系统，以提高排洪系统的进流能力。库外排洪系统的形式一般为“挡水坝+排水管（或排洪隧洞、排洪明渠形式）”。挡水坝的高度取决于排洪系统的设计流速大小与坝前的淤积年限要求。设置挡水坝后，水流的流动形式发生变化，流速发生两次转变，一次是行近流速转化为坝前的静压水头，流速降低，泥石淤积；另一次是坝前的静压水头转化为排洪系统进口的水流流速，流速升高。能量也发生两次转变，分别为水流的动能与势能转化为水流势能，水流势能再转化为水流动能。发生两次能量转变后，水流能量的转化效率降低。此外，采用挡水坝结构还存在投资成本高，施工麻烦，运行可靠性欠理想，检修不方便等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种水流能量转化效率高，投资成本低，施工简便，运行可靠，方便维修的无压流进水方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种适用于尾矿库排洪的无压流进水方法，利用水动力学中的恒定总流能量方程，通过采用水流加速段，减小水流阻力，利用沟底水流的位置势能与行近流速，使原沟底水流的行近流速转化为设计流速；
所述水流加速段属于进水构筑物，设置在排洪系统的进口处，与排洪系统的排水管、排洪隧洞或排洪明渠等连接，所述水流加速段为混凝土结构或浆砌石结构等，形式可为八字形、喇叭口型或矩形等，所述水流加速段的两侧与两侧山体紧密结合，以收集沟内的全部水流，所述水流加速段的粗糙系数小于原沟底的粗糙系数，所述水流加速段的过流断面进行抹浆、抹面处理，或表面采用高强混凝土，以提高水流的抗冲刷流速。
进一步，所述水流加速段前设有拦污栅。对于较大的工程，可以在加速段的中间设置导流墩，方便水流加速段前拦污栅的设置，有效拦截泥石流、树根、草皮等杂物。
利用本发明，不需建设挡水坝提高进水水头与流速；施工与检修方便，运行可靠；特别适用沟底较陡的情况，投资较低；施工质量容易控制。
此外，本发明能有效解决水流能量的转化效率低下问题，通过在排洪系统进口设置水流加速段，利用水流的势能，可以将水流的流速由行近流速快速提高至设计流速，以满足排洪系统对进流流速与流量的要求，水流加速段的动能不再发生二次转变，水流的势能可以高效的转化为水流动能，从而提高水流能量的转化效率。
附图说明
图1 为本发明实施例的水流加速进水段的剖面示意图；
图2 为图1所述水流加速进水段的平面示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
实施例
本实施例之适用于尾矿库排洪的无压流进水方法，利用水动力学中的恒定总流能量方程，通过采用水流加速段，减小水流阻力，利用沟底水流的位置势能与行近流速，使原沟底水流的行近流速方便地转化为设计流速（设计流速指既定的排水构筑物下，达到满足防洪要求的最大下泄流量时，排水构筑物内的平均流速）。
参照图1-2，所述水流加速段1属于进水构筑物，设置在排洪系统的进口处，与排洪系统的排水管3连接，所述水流加速段1为钢筋混凝土结构，形式为喇叭口型，所述水流加速段1的两侧与两侧山体紧密结合，以收集沟内的全部水流，水流加速段的粗糙系数小于原沟底的粗糙系数，所述水流加速段1的过流断面进行抹浆、抹面处理，以提高水流的抗冲刷流速。
所述水流加速段1前设有拦污栅2，防止杂物进入。当然，对于较大的工程，可以在加速段的中间设置导流墩，方便加速段前拦污栅设置，有效拦截泥石流、树根、草皮等杂物。
本发明的基本原理为水动力学中的恒定总流能量方程：
；
式中：下标1、2-表示在水流加速段上游断面、下游断面处取值；-位置水头，m；-压强，kpa；-断面平均流速，m/s；-流体的密度，kg/m3；-重力加速度，m/s2；-动能修整系数；-上游断面与下游断面之间的水头损失，m。
水流加速段长度的计算方法：
已知排水构筑物最大下泄流量对应的原沟底水深、行近流速，对应的隧洞或排水管内的水深、平均流速，水流加速段或沟底的平均坡度，水流加速段的粗糙系数及断面尺寸。水流加速段的长度可以按照明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算公式计算，考虑到水流加速段的局部水头损失，加速段长度应适当加长。
水流加速段的形式、加速段材料可以灵活选择。常用的形式还可为八字型等；常用的材料还可为混凝土，如C20、C25、C30、C40、C50混凝土，标号越高，抗冲刷流速越大。
水流加速段与无压流排水段连接应平顺，加速段上游与两侧山体紧密相连，以保证洪水不进入尾矿库，全部引入加速段中。
水流加速段各部位的水深根据明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算方法确定，高度为水深与安全超高之和，安全超高一般取0.3-0.5m。

Claims (2)

1. 一种适用于尾矿库排洪的无压流进水方法，其特征在于：该方法利用水动力学中的恒定总流能量方程，通过采用水流加速段，减小水流阻力，利用沟底水流的位置势能与行近流速，使原沟底水流的行近流速转化为设计流速；
所述水流加速段属于进水构筑物，设置在排洪系统的进口处，与排洪系统的排水管、排洪隧洞或排洪明渠连接，所述水流加速段为混凝土结构或浆砌石结构，形式为八字形、喇叭口型或矩形，所述水流加速段的两侧与两侧山体紧密结合，以收集沟内的全部水流，所述水流加速段的粗糙系数小于原沟底的粗糙系数，所述水流加速段的过流断面进行抹浆、抹面处理，或表面采用高强混凝土，以提高水流的抗冲刷流速。
2.根据权利要求1所述的适用于尾矿库排洪的无压流进水方法，其特征在于：所述水流加速段前设有拦污栅。
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