CN106021947A - 一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，获取与所述采煤沉陷区相连的河道天然来水日平均流量，根据河道天然来水日平均流量计算河道日天然来水量；获取所述采煤沉陷区设计洪水位对应的库容，获取所述采煤沉陷区死库容，获取与所述采煤沉陷区相连的河道汛限水位对应的洪量；根据所述河道天然来水日平均流量、设计洪水位对应的库容、死库容、河道汛限水位对应的洪量通过水量平衡关系定量计算采煤沉陷区蓄滞洪效果。本发明免去长时间大量开展各种观测实验才能推出采煤沉陷区的蓄滞洪效果，节省了工作成本，降低了研究难度，更加直观地展现了给定条件下采煤沉陷区蓄洪削峰的效果，对缓解当地的洪涝灾情有积极作用。

Description

一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法

技术领域

本发明涉及水利技术领域，尤其涉及一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法。

背景技术

采煤沉陷区是由于煤层开采形成的采空区破坏了周围岩体原始应力平衡，造成地表沉陷，使平原矿区地表大面积积水，不仅减少了可用土地资源，对地面设施、生态环境和当地居民生活也有不同程度的影响。

部分采煤沉陷区周边气候复杂多变，年际降水量变化大且年内分配极不均匀，形成了降水少易旱、有降水易涝、强降水易洪的典型区域旱涝特征；利用采煤沉陷区进行蓄滞洪，对建立科学防洪调度体系，解决沉陷区周边洪涝问题，缓解区域防汛减灾的压力有都具有积极的作用。

现阶段，国外对采煤沉陷区的研究主要集中于对土地复垦及综合治理，主要是将沉陷区洼地进行回填、整平、恢复土壤结构等工作后，把沉陷区开发为林地、草地、农地、生物栖息地等有益自然环境的场所；国内部分采煤沉陷区多用来作为储水水库，综合治理方法、地质环境影响、沉陷区水资源综合利用是学者们研究的重点，针对沉陷区水资源配置的研究较多，采煤沉陷区蓄滞洪效果方面的研究较少，特别是采煤沉陷区对洪水的削峰效果定量计算化研究并不多见。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，便于评估不同沉陷情景下沉陷区对各级别洪水的蓄滞效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，

获取采煤沉陷区相连的河道天然来水日平均流量：所述河道天然来水日平均流量为24小时内通过河流某一断面的水量的算术平均值；

获取采煤沉陷区设计洪水位对应的库容：所述设计洪水位对应的库容为当遇到设计标准洪水时，采煤沉陷区经调洪后达到的最高水位以下的蓄水容积；

获取采煤沉陷区死库容：所述死库容为采煤沉陷区在正常运用情况下，允许消落到的最低水位以下的蓄水容积；

获取采煤沉陷区相连的河道汛限水位对应的洪量：所述汛限水位对应的洪量为河流按照以往汛期的最大水流量和河岸的最大承受水量设定的水位对应流量与时间的乘积，时间按24小时计算；

根据所述的河道天然来水日平均流量、设计洪水位对应的库容、死库容、河道汛限水位对应的洪量通过水量平衡关系定量计算采煤沉陷区蓄滞洪效果。

所述的采煤沉陷区还包括：河道区、沉陷区、供水区；

所述的采煤沉陷区蓄滞洪效果包括：沉陷区蓄水效果、沉陷区理论下泄量、供水区取用水量和沉陷区库容调节变化量。

所述的水量平衡关系为：

V_t-V_y＝Q_r-Q_u-Q_re

其中：V_t为当日沉陷区蓄水量，V_y为上一日沉陷区蓄水量，Q_r为河道日天然来水量，Q_u为沉陷区当日用水量，Q_re为河道下泄量。

Q_r＝q_r·Δt

其中q_r为河道天然来水日平均流量，Δt为时间步长，按24小时计算；

所述的沉陷区蓄水效果为：

当Q_r≤Q_f时，所述沉陷区不起蓄所述河道区来水，沉陷区理论下泄量不为零；

当Q_r>Q_f时，所述沉陷区起蓄所述河道区来水，沉陷区理论下泄量为零；

所述的沉陷区理论下泄量为：

所述的供水区取用水量为：

所述的沉陷区库容调节变化量为：

其中：q_f为河道区防洪汛限水位对应天然来水日平均流量，Q_f为河道区防洪汛限水位对应的日天然来水量，V_max为沉陷区最大库容量，V_min为沉陷区死库容量，Q_o为沉陷区下泄量，Q_mu为供水区当日最大取用水量，Q为供水区理论供水量，V为沉陷区即时库容。

通过对所述采煤沉陷区上游的水文站对洪水的规模进行预报，当汛期来水即将超过所述河道区汛限水位对应的洪量时，打开所述采煤沉陷区与河道区上游连接的闸一，将汛期洪水蓄入所述采煤沉陷区内，与此同时关闭用于连接所述供水区的闸三，待所述采煤沉陷区内的库容即将达到设计洪水位对应的库容时，打开与所述采煤沉陷区以及河道区下游连接的闸二。当洪峰过境时，关闭闸一和闸二，打开闸三，将所述采煤沉陷区内的蓄水有序供给生活生产所用，在下一个洪峰到来之前科学调度调节库容，以备拦蓄洪峰。

本发明的优点是：本发明免去长时间大量开展各种观测实验才能推出采煤沉陷区的蓄滞洪效果，节省了工作成本，降低了研究难度，更加直观地展现了给定条件下采煤沉陷区蓄洪削峰的效果，对缓解当地的洪涝灾情有积极作用，同时可方便地方矿业集团和水务部门制定利用采煤沉陷区蓄滞洪进行防汛调度的方案，减轻洪涝灾害对当地的破坏。

附图说明

图1为本发明实施例平面示意图。图2为本发明实施例调洪过程图。

图3为本发明实施例2015年沉陷情景下某沉陷区5年一遇调洪过程图。

图4为本发明实施例2020年沉陷情景下某沉陷区5年一遇调洪过程图。

图5为本发明实施例2030年沉陷情景下某沉陷区5年一遇调洪过程图。

图6为本发明实施例2015年沉陷情景下某沉陷区10年一遇调洪过程图。

图7为本发明实施例2020年沉陷情景下某沉陷区10年一遇调洪过程图。

图8为本发明实施例2030年沉陷情景下某沉陷区10年一遇调洪过程图。

图9为本发明实施例2015年沉陷情景下某沉陷区20年一遇调洪过程图。

图10为本发明实施例2020年沉陷情景下某沉陷区20年一遇调洪过程图。

图11为本发明实施例2030年沉陷情景下某沉陷区20年一遇调洪过程图。

图12为本发明实施例2015年沉陷情景下某沉陷区50年一遇调洪过程图。

图13为本发明实施例2020年沉陷情景下某沉陷区50年一遇调洪过程图。

图14为本发明实施例2030年沉陷情景下某沉陷区50年一遇调洪过程图。

图15为本发明实施例调蓄前后蓄滞洪量对比示意图。

具体实施方式

一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，

获取采煤沉陷区相连的河道天然来水日平均流量：所述河道天然来水日平均流量为24小时内通过河流某一断面的水量的算术平均值；

获取采煤沉陷区设计洪水位对应的库容：所述设计洪水位对应的库容为当遇到设计标准洪水时，采煤沉陷区经调洪后达到的最高水位以下的蓄水容积；

获取采煤沉陷区死库容：所述死库容为采煤沉陷区在正常运用情况下，允许消落到的最低水位以下的蓄水容积；

获取采煤沉陷区相连的河道汛限水位对应的洪量：所述汛限水位对应的洪量为河流按照以往汛期的最大水流量和河岸的最大承受水量设定的水位对应流量与时间的乘积，时间按24小时计算；

根据所述的河道天然来水日平均流量、设计洪水位对应的库容、死库容、河道汛限水位对应的洪量通过水量平衡关系定量计算采煤沉陷区蓄滞洪效果。

所述的采煤沉陷区还包括：河道区、沉陷区、供水区；

所述的采煤沉陷区蓄滞洪效果包括：沉陷区蓄水效果、沉陷区理论下泄量、供水区取用水量和沉陷区库容调节变化量。

所述的水量平衡关系为：

V_t-V_y＝Q_r-Q_u-Q_re

其中：V_t为当日沉陷区蓄水量，V_y为上一日沉陷区蓄水量，Q_r为河道日天然来水量，Q_u为沉陷区当日用水量，Q_re为河道下泄量。

Q_r＝q_r·Δt

其中q_r为河道天然来水日平均流量，Δt为时间步长，按24小时计算；

所述的沉陷区蓄水效果为：

当Q_r≤Q_f时，所述沉陷区不起蓄所述河道区来水，沉陷区理论下泄量不为零；

当Q_r>Q_f时，所述沉陷区起蓄所述河道区来水，沉陷区理论下泄量为零；

所述的沉陷区理论下泄量为：

所述的供水区取用水量为：

所述的沉陷区库容调节变化量为：

其中：q_f为河道区防洪汛限水位对应天然来水日平均流量，Q_f为河道区防洪汛限水位对应的日天然来水量，V_max为沉陷区最大库容量，V_min为沉陷区死库容量，Q_o为沉陷区下泄量，Q_mu为供水区当日最大取用水量，Q为供水区理论供水量，V为沉陷区即时库容。

图1为本发明采煤沉陷区蓄滞洪效果定量计算实施例平面示意图，如图1所示，所述采煤沉陷区包括河道区1、沉陷区2、供水区3三大区域，本实施例的方法可以包括：

通过河道区上游水文站预报以及流量计4测定获取与所述采煤沉陷区相连的河道天然来水日平均流量q_r见附表1，获取所述采煤沉陷区设计洪水位对应的库容V_max，获取所述采煤沉陷区死库容V_min，获取与所述采煤沉陷区相连的河道汛限水位对应的洪量Q_f；

表1实施例一河道天然来水日平均流量表

根据所述河道天然来水日平均流量q_r计算为河道日天然来水量Q_r。

当河道区河道日天然来水量Q_r即将超过防洪汛限水位对应的日天然来水量Q_f时打开所述沉陷区与河道区上游连接的闸一5，将汛期洪水蓄入所述沉陷区内，与此同时关闭用于连接所述供水区的闸三7，此时河道区下泄量为Q_re；

待所述沉陷区内的库容V即将达到设计洪水位对应的库容V_max时，打开与所述沉陷区以及河道区下游连接的闸二6进行泄水，所述沉陷区泄水量为Q_o，；

当洪峰过境，即河道区河道日天然来水量Q_r低于防洪汛限水位对应的日天然来水量Q_f时，关闭闸一5和闸二6，打开闸三7，将所述沉陷区内的蓄水有序排至所述供水区，供生产生活所用，相应的供水区取用水量为Q。

待所述沉陷区内的库容V即将达到死库容V_min时，关闭闸三7，相应的沉陷区当日用水量为Q_u，在下一个洪峰到来之前科学调度调节库容，以备拦蓄洪峰，相应的采煤沉陷区蓄滞洪效果计算见附表2。

附表2实施例一采煤沉陷区蓄滞洪效果计算表

注：采煤沉陷区设计洪水位对应的库容V_max＝2432万m³，所述采煤沉陷区死库容V_min＝317万m³，与所述采煤沉陷区相连的河道汛限水位对应的洪量Q_f＝547万m³，供水区当日最大取用水量Q_mu＝20万m³。

图2为本发明采煤沉陷区蓄滞洪效果定量计算实施例蓄洪削峰效果图，如图2所示，可以直观看出实施例采煤沉陷区对洪水的调蓄效果。

图3-图14为本发明采煤沉陷区蓄滞洪效果定量计算方法实施例通过ENVI遥感技术，从面积、深度、库容对某采煤沉陷区蓄滞空间历史演变规律进行研究得到分别在2015、2020、2030年3种不同沉陷情景下，经过该采煤沉陷区分别拦蓄5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇的洪水相应的调洪过程图。

如图3-图14所示，实施例某采煤沉陷区在2015、2020、2030三种不同蓄滞空间下对5、10、20、50年一遇的洪水均有一定的蓄洪削峰作用。由附表3可以看出实施例二某采煤沉陷区在三种不同沉陷情景下对不同频率洪水的具体削减效果。

附表3实施例二采煤沉陷区不同沉陷情景下对不同频率洪水削效果表

图15为本发明采煤沉陷区蓄滞洪效果定量计算方法实施例调蓄前后蓄滞洪量对比示意图，如图15所示，在不同沉陷情景下经实施例某采煤沉陷区调蓄后，各级别洪量均相应减少，调蓄前后洪量对比见附表4。

附表4实施例二某采煤沉陷区调蓄前后蓄洪量对比表单位：亿m³

Claims (4)

1.一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，其特征在于：

获取采煤沉陷区相连的河道天然来水日平均流量：所述河道天然来水日平均流量为24小时内通过河流某一断面的水量的算术平均值；

获取采煤沉陷区设计洪水位对应的库容：所述设计洪水位对应的库容为当遇到设计标准洪水时，采煤沉陷区经调洪后达到的最高水位以下的蓄水容积；

获取采煤沉陷区死库容：所述死库容为采煤沉陷区在正常运用情况下，允许消落到的最低水位以下的蓄水容积；

获取采煤沉陷区相连的河道汛限水位对应的洪量：所述汛限水位对应的洪量为河流按照以往汛期的最大水流量和河岸的最大承受水量设定的水位对应流量与时间的乘积，时间按24小时计算；

根据所述的河道天然来水日平均流量、设计洪水位对应的库容、死库容、河道汛限水位对应的洪量通过水量平衡关系定量计算采煤沉陷区蓄滞洪效果。

2.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，其特征在于：所述的采煤沉陷区还包括：河道区、沉陷区、供水区；

所述的采煤沉陷区蓄滞洪效果包括：沉陷区蓄水效果、沉陷区理论下泄量、供水区取用水量和沉陷区库容调节变化量。

3.根据权利要求2所述的一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，其特征在于：所述的水量平衡关系为：

V_t-V_y＝Q_r-Q_u-Q_re

其中：V_t为当日沉陷区蓄水量，V_y为上一日沉陷区蓄水量，Q_r为河道日天然来水量，Q_u为沉陷区当日用水量，Q_re为河道下泄量。

4.根据权利要求3所述的一种采煤沉陷区蓄滞洪效果的定量计算方法，其特征在于：

Q_r＝q_r·Δt

其中q_r为河道天然来水日平均流量，Δt为时间步长，按24小时计算；

所述的沉陷区蓄水效果为：

当Q_r≤Q_f时，所述沉陷区不起蓄所述河道区来水，沉陷区理论下泄量不为零；

当Q_r>Q_f时，所述沉陷区起蓄所述河道区来水，沉陷区理论下泄量为零；

所述的沉陷区理论下泄量为：

所述的供水区取用水量为：

所述的沉陷区库容调节变化量为：

其中：q_f为河道区防洪汛限水位对应天然来水日平均流量，Q_f为河道区防洪汛限水位对应的日天然来水量，V_max为沉陷区最大库容量，V_min为沉陷区死库容量，Q_o为沉陷区下泄量，Q_mu为供水区当日最大取用水量，Q为供水区理论供水量，V为沉陷区即时库容。