尾矿库溃坝泥石流计算
泥石流堵溃点溃决计算公式的工程运用
泥石流堵溃点溃决计算公式的工程运用摘要：泥石流地质灾害是地质灾害类型中危害较大的一类，其致灾往往具备突发性、广泛性和后续性等特点。
其中的后续性特征多表现为前次泥石流过程中可能形成新的垮塌堆积体或不稳定坡体垂直临空面为下一次泥石流的爆发提供丰富的物源条件，在这之中的沟道堵溃点对后续泥石流的影响极大。
故计算出堵溃点溃决时的泥石流流量和固体冲出量，对泥石流的防治有着极为重要的作用。
本文将运用相关公式计算出实际工程中的泥石流溃决流量和冲出量，并与实际情况进行对比。
以此验证计算公式的准确性，为以后工作中公式运用提供支撑。
关键词：泥石流；溃决流量；计算公式1导言2018年7月10日至7月20日，四川省阿坝藏族羌族自治州内某泥石流沟先后爆发两次泥石流，造成沟道淤高2m～3m，淤埋下游2户居民房屋。
据统计两次泥石流累计固体冲出量约为7.50×104m3，其冲出量远大于之前泥石流冲出规模。
经调查其物源主要来源于1处沟内崩滑堆积物源入沟堵溃点。
计算出泥石流发生时的特征参数可为后续工程治理提供有效的依据，降低泥石流再次致灾风险。
2泥石流流域基本特征2.1泥石流沟道特征该泥石流沟流域面积约12.27km2，沟道长度约7.06km，高程介于1620～4040m之间，相对高差约2420m，平均纵坡降约342.8‰。
沟谷呈“V”字型，谷底一般宽6～12m，沟道中下游两岸斜坡基岩出露，为震旦系上统灯影组(Zb dn)灰岩，坡度一般80～85°，上游沟道两侧斜坡坡度一般45～55°，局部基岩出露区60～75°。
沟口上游约200m（1640m高程）处、支沟口（1880m高程）处为两处基岩跌水坎，坎宽分别为3.5m、5m，高度分别为16m、13m。
根据调查，沟域内发育4处崩滑堆积体和1段沟床堆积物源。
按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220--2006）附录H填写调查表并按附录G进行易发程度评分，标准得分N=118，属极易发。
泥石流计算书1
1.泥石流水文参数计算1.1 计算断面的确定泥石流计算断面的选择主要为流域内典型断面。
1.2 计算公式和参数主要计算公式及参数取自《四川省水文手册》、《泥石流灾害防治工程设计规范》（DZ/T0239－2004）以及《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）。
根据泥石流防治工程的需要，对泥石流流体重度、流速、流量、一次冲出量、一次固体冲出物质总量、泥石流整体冲压力、爬高、最大冲起高度、弯道超高等进行计算和校核。
1.3 主要参数校核1.3.1 短历时暴雨公式当t＜1小时 H tp=S p·t1-n1P n1p=a1+b1·lgp当t=1-24小时 H tp=S p·t1-n2p n2p=a2+b2·lgp S p=H24p·24n2p-1 1.3.2 长历时暴雨公式当T=1-7日 H Tp=H24p·T mp m p=a+b·lgp式中：H tp——短历时t小时的设计暴雨量（mm）；H Tp——长历时t日的设计暴雨量（mm）；H24p——年最大24小时的设计暴雨量（mm）；n1p、a1、b1——短历时（t＜小时）设计暴雨的公式指数及其参数；n2p、a2、b2——短历时（t=1-24小时）设计暴雨公式指数及其参数；m p、a、b——长历时（t=1-7日）设计暴雨的公式指数及其参数，据四川省水文手册附图2-9、2-10查得a=0.45, b=0.01；p——设计频率（%）；S p——设计暴雨雨力（mm/小时）；计算结果见下表：单位：mm 表1-1各种历时设计暴雨量1.3.3 洪水①洪峰流量计算由于棉簇沟泥石流无洪水实测资料，只能用间接法求得洪峰流量，根据暴雨资料，用推理公式计算最大流量，计算成果汇总见表1-1，基本公式：Q P=0.278 ψ· F·S/τn产流参数采用公式：u=（1-n）n(n/(1-n))(S/h n)(1/(1-n))=3.6·F-0.19汇流参数采用公式：m=0.318·θ0.204式中： Q P ——最大流量（m3/s）；ψ——洪峰径流系数，ψ=1-τn·μ/ S P；τ——流域汇流时间（小时），τ=τ0·ψ-1/（4-n）；τ0——当ψ=1的汇流时间，τ0= 【0.383/(m/θS P1/4)】4/（4-n）；m——汇流参数，m=0.055θ0.72；S P——设计暴雨雨力（mm/小时），S P=H24P·24n2p-1；n——暴雨公式指数；F——集水面积（km2），取1.5km2；θ——流域特征系数，θ= L/（J1/3F1/4）；L——沟道长度（km），取1.5km；J——平均坡降（‰），取193.0‰；其余参数见上述。
尾矿库溃坝流量的计算
一个尾矿库溃坝流量的计算
渣坝最严重的风险便是坝体溃决，溃坝后最大泄流量可用下述公式计算：
Qn=Rn×Hn2×Knp
式中：
Qn----溃坝流量，m3/s；
Bn----溃坝长度，m；
Hn----坝溃前上下游液化位差，m；
Knp----与运营条件，坝体材质等有关的系数，根据有关资料，取0.75。
高速溃坝是在蠕变拉裂----剪断复合机制下形成的，在重力和残余剪切强度作用下，自坡脚区材料强度破坏开始，缓慢累进性破坏，其过程初为坡脚蠕变，接着沿接裂扩张，然后中部剪断贯通，当贯通剪断面形成时，斜坡开始高速滑动，
与此相应，溃坝过程由静止、加速并达到整体滑动的最大速度，其后滑体自后部至前锋依次减速构成，溃坝过程往往在几分钟内完成。
溃坝液体下泄时一般以涌坡形式运动，涌波的高度是不断变化的，同时逐渐向下游形成扇形流推进，最后流进附近地势较低的**江，引起**江水体污染事故的发生。
渣坝不同长度决口的最大泄流量见表10-1。
尾矿库溃坝淹没范围的定量计算方法研究
*尾矿库溃坝淹没范围的定量计算方法研究李全明1玲2王云海1钢1李李高级工程师( 1 中国安全生产科学研究院中安国泰( 北京) 科技发展中心，北京1000292 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084)学科分类与代码: 6203070( 安全系统工程)中图分类号: X936文献标志码: A基金项目: 国家自然科学基金资助(50974109) ; 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室项目(s k l h se－2011 －D －02) 。
【摘要】为降低人造高势能饱和体－尾矿库在金属非金属矿山安全生产中的危险，提高尾矿库工程溃决的预报预测水平，以溃坝洪水与泥浆的动力学过程作为研究重点，以溃坝洪水运动为主线，综合运用水文学、水动力学等运动理论和有限差分数值计算方法，建立描述尾矿库溃决泥浆运动的数值模型，研究得到尾矿库溃坝淹没范围的定量评估方法。
最后进行实际工程预测，计算表明该模型和计算方法可为尾矿库溃坝风险等级的划分提供依据。
【关键词】尾矿库;淹没范围;水动力学;风险评估; 数值模拟Research on Qu a n t i tat i v e C a l cu l at i n g Method for T a ili n g Ponds Submerged Area i nM eta l and N o n meta l M i n e sLI Q uan-m i n g1LI Li n g2WANG Y un-ha i1LI G an g1( 1 C h i na Academy of Safety S c i en c e＆T e c hno l ogy(C h i na Safety-T e c hno l ogy D eve l opment Center ( B e i j i ng) ) ，B e i j i ng100029，C h i na 2 State Key L aboratory of H ydros c i en c e＆E ng i neer i ng，T s i nghua U n i vers i ty，B e i j i ng100084，C h i na)A b s t r a c t: In order to reduce the art i f i c i a l stone f l ow of ta ili ng ponds w i th h i gh potent i a l energyin safeprodu c t i on of meta l and nonmeta l m i nes，and to i mprove the d i saster forecast l eve l，th i s paper，ta k i ng thefa ili ng and mud hydrodynam i c procedure as the research focus and the f l ood i ng of fa ili ng as the ma i nthread，c omprehens i ve l y emp l oys hydro l ogy，hydrodynam i c theory and f i n i te d i fferen c e method to bu il d a numer i c a l mode l of mud hydrodynam i c procedure，and then proposes a quant i tat i ve assessment method forta ili ng ponds submerged area． T yp i c a l project examp l e demonstrates that the mode l and thec a l c u l at i onK e y w o r d s: ta ili ng submerged area;hydrodynam i c s;r i s k assessment;numer i c a l s i mu l at i on达80 亿t。
泥石流计算方法
泥石流计算方法干线公路灾害防治试点工程技术指南（试行）中华人民共和国交通部二○○六年八月目录1 总则22 灾害调查和评估2 2.1泥石流和水毁 42.2路基病害73 防治工程设计93.1水毁防治工程103.2泥石流防治工程 (14)3.3路基病害防治工程 (15)4施工175 工程验收196 效果评估和总结20附录泥石流相关计算方法211 总则1.1 为提高公路抗灾能力，指导干线公路灾害防治工程试点工作的实施，特制定本技术指南。
1.2 公路灾害防治工程是通过增设和完善公路的灾害防护设施为重点，对公路边坡、路基、桥梁构造物和排（防）水设施进行综合整治，以提高公路抗灾能力的专项工程。
1.3 公路灾害防治试点工程的实施应按照“安全、耐久、节约、和谐”的原则，贯彻“预防为主、防治结合、因地制宜、综合治理”的方针，对公路灾害防治工程采取综合措施进行整治。
鼓励技术创新和采用经过论证的新技术、新材料和新工艺。
1.4 通过实施公路灾害防治试点工程，提高试点路段的抗灾能力、通行能力和行车安全水平，探索总结适合我国国情的公路灾害防治工程技术措施和组织实施方法，为全面实施积累经验。
1.5 本指南适用于干线公路灾害防治试点工程的实施。
1.6 干线公路灾害防治试点工程的实施，除应符合本指南外，还应符合国家有关标准的规定。
2 灾害调查和评估2.1 泥石流和水毁2.1.1水毁调查与评估，必须进行水毁形成条件调查，通过现场勘察认识所在河段的类型及河床变形、地质构造等特点，再结合灾害工程特点，研究水毁的原因。
水毁和泥石流都具有冲击、侵蚀、携带、淤积等破坏能力，但形成机理和流体性质完全不同。
2.1.2洪水与暴雨时空关系密切，以重复发生、夜间多发为特征。
其危害的方式包括冲刷、侵蚀、冲击、淤积、淹没、漫流改道为主，具有突发、集中、历程短、成灾快的特点。
调查评估的重点是洪水发生的时间、历程、流量、频率等。
2.1.3洪水调查的内容和方法见表2.1.3。
尾矿库计算方法
一、尾矿库计算原理把需要计算的区域划分成若干网格，分别计算每个网格内的设计高程与现状地面高程的挖填方量，最后分类汇总成整个区域的挖填方量。
二、尾矿库计算方法采用zdm软件中的土地平整软件包，可在数字地形图中（有等高线或高程点并且有 z 坐标）计算土方的挖填方量。
在土方计算范围区域内要有足够的等高线或高程点，如高程点不够，可用gcd 命令增加新高程点，或用getz命令获取高程点。
1 地块划分命令：dkhf功能：先将地块的设计高程用 text文字标注在封闭的地块上，选取文字，可在封闭的区域处生成高程不同的地块，并给地块编号。
如50.245/1表示为设计高程为50.245m地块编号为1。
2 计算区域挖填方量命令：atw功能：选择地块编号或封闭 pline线（给定设计高程/地块编号），给定划分的网格密度，程序自动将封闭的平整区域划分成网格，并在网格内计算挖填方量。
网格内数字，第一个数字为挖方量，第二个数字（负数）为填方量。
再此同时会在网格内生成挖、填分界点。
使用说明：在计算时在边角处有可能漏算，这时可用计算区域局部挖填方量caltw 命令进行补算。
网格划分越细，计算越精确，但速度越慢。
使用 a选项窗选设计高程/地块编号，可批量计算设置好的各个地块的挖、填量。
3 生成挖填分界线命令：twfj功能: 选择靠近地块边界的填、挖分界起始点，再选择其他挖、填分界点，程序会自动连接生成挖、填分界线。
可使用该功能生成等高线，水库水面线。
4 分类汇总挖填方量命令：tjtw功能:将计算的区域挖填方量按地块编号分类汇总成表。
并计算出的地块面积。
如小块面积地累计面积与计算的区域的面积不一致，程序会提示漏算了分隔区域，这时可用计算区域局部挖填方量caltw命令进行补算后再分类汇总。
本尾矿库计算全部为挖方土方量213926.31m³，面积为31403.51㎡即详图见cad附件。
尾矿库洪水计算资料
根据1：2000地质图可算出尾矿库汇水面积F=0.8km2，主槽流域长度L=1.15 km ，河槽底平均坡度降i=0.156，由于尾矿库库内大部分土质是砂质粘土，根据尾矿库安全评价报告，土壤入渗率u=4.2mm/s，流速系数Φ=0.85。
由该区水文手册可知，该地区年平均最大降雨量H24=140 mm，变差系数Cv=0.42，偏差系数Cs=3.5，Co=1.47，雨力递减系数n=0.7。
根据暴雨频率标准的规定，库容10-100m3的尾矿库，洪水设计频率按30年一遇，50年校核。
则由洪峰流量推理公式可算出洪水流量。
Φ.S.p.F
Qp=0.278
C.n
式中：Qp—p年一遇洪水流量，m3/s；
Φ—速流系数；
S—年平均最大降雨量，140mm；
P—洪水设计频率，年；
F—尾矿库汇水面积，km2；
C—变差系数；
n—雨力递减系数。
由公式算出30年一遇洪水流量Q30为m3/s。
尾矿库排水涵洞采用钢筋砼结构，过水端面尺寸宽1.8米，高1.6米（双格涵洞），洞底坡底i=0.03，浅洪流量为17.54m3/s，最大流速为6.1m/s，涵洞浅洪量能满足最大洪水量泄洪需要。
雨水主要积存在尾矿库内，目前尾矿库干滩长度为250m，尾矿库设计规范要求干滩长度不小于80～120m，则尾矿库蓄积雨水至少还有130m长的干滩长度，存量在1000m3以上。
尾矿坝下游建有回用水池，容积为300m3，蓄积于尾矿库中的雨水在枯水季节可通过回用水池供日常生产用水使用。
在30年一遇暴雨强度下，尾矿库可连续20.4分钟蓄积雨水。
可以认为暴雨时生产废水全部蓄积在尾矿库内，不向环境排放，蓄积水经回用水池后回用于生产。
泥石流年淤积量计算
泥石流年淤积量计算
泥石流年淤积量的计算通常是基于实地监测数据进行统计和分析。
以下是一种计算方法：
1. 首先确定监测区域内的泥石流通道的长度L（单位：米）和宽度W（单位：米）。
2. 利用泥石流监测点记录的流速数据，在整个监测区域内选取多个位置，测量泥石流的平均流速V（单位：米/秒）。
3. 计算泥石流的平均流量Q（单位：立方米/秒）= L x W x V。
4. 将泥石流的平均流量Q乘以泥石流流动的时间T（单位：秒），即可得到泥石流的总淤积量V（单位：立方米）= Q x T。
需要注意的是，以上只是一种一般的计算方法，实际计算过程中可能会考虑更多因素，如泥石流的沉积密度等。
具体的计算还应结合实际情况和相关专业知识进行。
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4.5 泥石流分析预测
根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）附录D的经验公式来预测泥石流堆积区的最大危险范围：
一、基础数据
1、流域最大高差H=15m；
2、主沟长度D=0.125m；
3、松散固体物（地表以上的尾渣）储量W=29.3×104m3；
4、流域面积A=2.928km2；
确定的泥石流特征值如下：
二、预测计算
1、泥石流堆积幅角R=47.8296-1.3085D+8.8876H
=47.8296-1.3085×0.125+8.8876×15=181(度)；
2、泥石流最大堆积宽度B=0.5452+0.0034D+0.000031W
=0.5452+0.0034×0.125+0.000031×29.3 =0.5465km；
3、泥石流最大堆积长度L=0.8061+0.0015A+0.000033W
=0.8061+0.0015×2.928+0.000033×29.3 =0.8115km；
4、泥石流堆积区的最大危险范围:
S=0.6667L·B-0.0833B2·sinR/(1-cosR)
=0.6667×0.8115×0.5465-0.0833×0.54652×sin181/(1-cos181) =0.2957-0.0249×(-0.0175/[1-(-0.9998)]
=0.2957+0.0000218=0.2959km2。
原计算方法：
1、泥石流流体重度γc
根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》表F.1，稀粥状泥石流流体重度γc=1.65t/m3，属粘性泥石流。
2、泥石流流速V c
粘性泥石流流速计算通用公式:V c=（1/n c）H c2/3I c1/2
式中：n c—泥石流沟床粗糙率，取n c=0.06；
I c—泥石流水力坡降（沟床坡降），取I c=5%。
H c—计算断面平均泥石流深（m）。
从图上测算H c=1.45m
γc—泥石流容重（t/m³），取γc=1.65t/m³；
计算流速V c=（1/0.06）×1.652/3×0.051/2=5.2m/s。
3、泥石流洪峰流量Q c
采用形态调查法Q c=W c×V c
式中：W c—泥石流过流断面（m2），从图上测算W c=10m2；
则Q c=10×5.2=52m3/s。
4、一次泥石流过程总量Q
一次泥石流过程总量与洪峰流量、历时因素有关：Q=K·Q c·T
泥石流历时一般地T=600～1800s，取T=600s；
K值的变化随流域面积S的大小而变化，当S＜5km2时，K=0.202；当5km2≤S≤10km2时，K=0.113；当S＞10km2时，K=0.0378；
则Q=0.202×52×600=6302m3。
5、一次泥石流冲出固体物质总量Q H
计算公式Q H=Q·（γc-γw）/（γH-γw）
式中γH—泥石流固体物质重度（t/m3），取γH=2.0t/m3；
γw—水的重度，取γw=1.0 t/m3；
则Q H=6302×（1.65-1）/（2.0-1）=4096m3。
从以上计算结果分析，该尾矿库一旦溃坝时涌向下游的固体物质总量4096m3，预计泥石流冲出距离（距初期坝脚）约380m。
本尾渣场下游平坦且属工业园区，500范围内无重要建筑物、构筑物，亦无风景区及自然保
护区，也无居民点分布，溃坝不影响人员、重要建构物的安全。
但会造成下游河流局部堵塞，造成一定的环境污染事故。