设计频率暴雨量预测对露采坑疏干排水的指导意义

周振

新疆有色地勘局七〇六队

摘要：矿山详查-勘探水文工作阶段须对拟建露采坑的涌水量进行预测，其中大气降水沿地表流入矿坑的水量可按正常降雨量及设计频率暴雨量分别计算，二者相比，前者水量很小，一般只有后者的1/10～1/100。利用皮尔逊Ⅲ型曲线离均系数进行设计频率暴雨涌水量预测，对比其与正常降雨涌水量的差异，可对露采场疏干排水设施的设置起指导意义，排除生产过程中的安全隐患。

关键词：露采矿坑；设计频率暴雨量；皮尔逊Ⅲ型曲线离均系数。

一、概述

依据规范要求，计算露采场降雨流入量时，除预测正常降雨涌水量外，应考虑按设计频率暴雨时的降雨量，根据多年观测一日或三日最大降雨量来计算一日暴雨最大流入矿坑的涌水量，本次采用年平均降雨量及设计频率暴雨降雨量分别对新疆阿勒泰地区某铅锌矿拟建露采场进行大气降水流入矿坑涌水量预测，对比其差异，对露采坑疏干排水设施的设置提供依据。

二、露采矿坑大气降水涌水量计算

2.1工作区概况

测区位于阿尔泰山中段南麓的低中山区，海拔高程900～1344米，北东呈现中山地形，而南西呈现沟溪切割低山地形，总的地势由北东向南西降低。地处欧亚大陆腹地，属典型的北温带寒冷干旱气候，夏季干燥炎热，冬季寒冷漫长，春秋两季短暂而多风，昼夜温差15℃～20℃，气温变化大，年平均气温2.8℃。最高气温38.7℃，最低气温-49.8℃，年降水量350.40毫米，蒸发量1191.90毫米，雨季在7～8月，大多以暴雨形式降落。

2.2露采场相关参数

铅锌矿区矿床平均地表出露标高为1129米，平均静位埋深标高为1096.59米，露采矿场地表露天开采境界面积拟定为近似矩形，最终露采场截面为倒梯形，最大露采深度为179米，每阶段采高为50米，露采场上口长246米，宽224米。

露采边坡出露主要岩性为变流纹质凝灰岩，黑云母变砂岩、磁铁矿化大理岩等，微-中风化，Ⅳ、V级结构面为主，少见II、Ⅱ级结构面，层间有一定的结合力，结构面一般发育有2—3组，以两组高角度剪切节理为发育，面裂隙率1.5-3.4%，钻孔RQD值57.30-86.40%，岩体较完整-中等完整。

2.3露采场大气降水涌水量预测

2.3.1年均降雨量法预测

计算公式选择：

式中：

Q年均—大气降水流入矿坑水量（m3/d）

F—露采场境界面积（m2）

A—年平均大气降水量（m/y）

α—地表径流系数，依据水文地质手册查表选取0.5

2.3.2设计频率暴雨法预测

1、计算公式选定

式中：

Q暴雨—设计频率暴雨流入矿坑水量（m3/d）

F—露采场境界面积（m2）

H—设计频率暴雨一日最大降雨量（mm）

α—地表径流系数，依据水文地质手册查表选取0.7

2、参数计算

利用查皮尔逊Ⅲ型曲线离均系数φ计算相应频率概念的暴雨降入采坑的水量，φ值取决于设计频率P与偏差系数Cs、变差系数Cv。

公式选择：，，

表1 设计频率P与变差系数Cv计算

次序

n年份

mH

（mm）K=H/Hpk-1（k-1）2经验频率

P=m/（n+1）×100%

1200924.31.370.370.144.76

2199421.91.240.240.069.52

3200121.51.210.210.0514.29

4199320.81.170.170.0319.05

5200720.81.170.170.0323.81

6199718.71.060.060.0028.57

7200518.11.020.020.0033.33

81996181.020.020.0038.10

9200617.50.99-0.010.0042.86

10199217.40.98-0.020.0047.62

11200317.30.98-0.020.0052.38

12199817.20.97-0.030.0057.14

132000170.96-0.040.0061.90

14201016.40.93-0.070.0166.67

15200215.80.89-0.110.0171.43

16200815.80.89-0.110.0176.19

17199515.40.87-0.130.0280.95

18200414.30.81-0.190.0485.71

19199113.30.75-0.250.0690.48

20199912.80.72-0.280.0895.24

总和 354.3 0.53

注：根据阿勒泰市气象局191～2010年，连续20年观测的每年一日最大降水量。

设计频率暴雨一日最大降雨量H计算公式选取：

，，

，

，查皮尔逊III型频率曲线φ值表（参考《供水水文地质手册》第二册，地质出版社1977，第666～671页），计算不同频率的一日最大降水量，并按一日最大降雨量计算设计频率暴雨流入露采矿坑水量。

表2 不同频率的一日最大降水矿坑涌水量计算

频率

P（%）1510205075909599

100年一遇20年一遇10年一遇5年

一遇2年

一遇5年

一遇10年一遇20年一遇100年一遇

φ2.681.771.320.81-0.08-0.71-1.22-1.35-1.96

φ·Cv0.460.300.220.14-0.01-0.12-0.21-0.23-0.33

Kp=φ·Cv+11.461.301.221.140.990.880.790.770.67

H=Hp×Kp（mm）25.7623.0321.6720.1417.4615.5614.0313.6411.80

露采坑涌水量

（m3/d）993.6888.3835.8776.8673.4600.1541.1526.1455.1

注：频率为50%的一日最大降水量，相当2年一遇的一日最大降水量，也就是多年平均的一日最大降水量；频率为80%的一日最大降水量，相当5年一遇的枯水年的一日最大降水量；频率为90%的一日最大降水量，相当10年一遇的枯水年的一日最大降水量；频率为95%的一日最大降水量，相当20年一遇的枯水年的一日最大降水量；频率为99%的一日最大降水量，相当100年一遇的枯水年的一日最大降水量。

根据上述计算的结果，一日最大降水沿地表流入采坑中的水量：100年一遇的是9.9×102m3/d；20年一遇的是8.9×102m3/d；10年一遇的是8.4×102m3/d；5年一遇的是7.8×102m3/d；多年平均值是8.7×102m3/d。

2.4涌水量预测精度评价

阿勒泰地区一日最大降水量的观测序列（）长达20年，连续20年一日最大降雨量观测数据显示，一日最大降雨量有所升高，略呈年代际阶梯型成长趋势，与一日最大降雨流入矿坑涌水量呈正比关系。

正常降雨地表径流系数选取0.5、暴雨地表径流系数值选用0.7仍有较大的误差，露采坑上口为近似矩形，参照GB15218-94《地下水资源分类分级标准》，计算的一日最大降水沿地表流入采坑中的水量（Q暴雨），其精度相当C级，最大误差大体在50%以内。

三、结语

1、采用年均降雨量计算露采矿坑涌水量数值为26.45m3/d，采用设计频率暴雨一日最大降雨量计算露采矿坑涌水量为8.7×102m3/d，相差达33倍。

2、阿勒泰地区连续20年一日最大降雨量观测数据显示，一日最大降雨量有所升高，略呈年代际阶梯型成长趋势，与一日最大降雨流入矿坑涌水量呈正比关系。

3、设计频率暴雨一日最大降雨量预测对矿坑疏干排水设施的设置有指导性意义，避免了在日后生产过程中可能因暴雨而产生的安全问题。

参考文献：

[1]《供水水文地质手册》

[2]《矿区水文地质工程地质勘探规范》GB12719-1991

[3]《新疆阿勒泰地区近50年来极端气温与降水变化》古丽扎提·哈布肯

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七、检查井的质量控制

7.1 常见质量问题。带水浇注检查井基础且其尺寸和高程偏差较大；井墙砌砖通缝、砂浆不饱满、抹面起鼓发裂；不做流槽或做法不符合要求；踏步、井圈、井盖安装不符合要求。

7.2 质量控制措施。

7.2.1 严格控制检查井基础的质量。不能带水浇注垫层和基础，要保证基础的几何尺寸和高程符合设计要求，待混凝土达到一定强度才能砌砖。

7.2.2 严格控制井墙的砌筑质量。井壁必须竖直，不得有通缝；灰浆要饱满，砌缝要平整；抹面要压光，不得有空鼓、裂缝等现象。

7.2.3 流槽的做法要规范。雨水流槽高度应与主管的半径相平，流槽的形状应为与主管半径相同的半圆弧；污水流槽的高度应与主管内顶相平，下半部分是与主管半径相同的半圆弧，上半部分与两侧井墙相平行，宽度与主管管径相同。

7.2.4 严格控制踏步、井圈、井盖的安装质量。要使用灰口铸铁踏步，安装要牢固，污水井踏步要涂防锈漆：安装井圈要座浆饱满，井盖和井圈要配套。在交通量大的道路上必须安装重型井盖。

八、回填土质量控制

8.1 常见质量问题。带水同填或回填土土质不符合要求；没有分层回填；对回填土密实度控制不严。

8.2 质量控制措施。

8.2.1 严格控制回填土土质。回填土中不得含有碎砖、石块、混凝土碎块及大于10cm的硬土块；填土含水量以接近最佳含水量为宜。还土前，应对所还土壤进行轻型标准击实试验，测出其最佳含水量和最大干密度；回填时槽内应无积水，不得回填淤泥、腐殖土、冻土及有机物。

8.2.2 严格控制每层回填土厚度。管沟回填应分层夯实，每层厚度不大于 30cm，并对每层填土的密实度按规范进行检测，合格才能继续回填；要求管道两侧同时进行填土，两侧高差不大于30cm。

8.2.3 严格控制回填土密实度。管沟胸腔部位密实度不小于90%；管顶50cm范围内密实度应在85%～88%之间，以防压坏管材和盖板∶管项 50cm以上密实度要求同路基密实度一样。

九、结束语

综上所述，市政给排水施工质量控制不但关系到人、物、材，而且关系到空间和时间的运用，如果再施工过程中不能把握好任何一个环节，其将会影响到工程的质量。所以我认为应该在施工过程中通过全过程的质量控制及时发现每个环节中可能出现的质量问题，有效地控制工程中的那些错误，给排水工程的施工质量才可以全面提高。

参考文献：

[1]黄国章.浅谈市政排水管道工程施工质量通病的防治[J].福建建设科技，2008，（1）.

[2]严家友.浅谈市政排水工程施工管理要点及质量通病防治[J].江苏建筑，2004，（3）.

[3]高歌.浅谈市政给排水管道施工质量控制要点[J].现代企业文化，2010（27）.

[4]潘一毅.市政给排水管道的施工质量控制及预防治理措施[J].科技信息，2013（6）.