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【摘要】通过对麟游矿区园子沟煤矿工业场地位置和环境的分析,对工业场地不同位置处的洪水位进行了计算,确定通过将河道改道并整治后提高场地场平标高的方案,使矿井工业场地及井口不受河道洪水的威胁。
【关键词】 工业场地；洪水位；河道改道并整治；标高
中图分类号：X752 文献标识码：A
1.概述
园子沟煤矿工业场地位于永陇矿区的西北部，行政区划属宝鸡市麟游县管辖，南距招贤镇约32km，西南距凤翔县长青工业园约60km，距宝鸡市110km，向东距麟游县约55km。
本井田属页岭以北的陇东黄土高原南部边缘地带，总的地形特征呈东南高、西北低。南部平均海拔+1400m，最高海拔+1542m，北部山岭逐渐降低，平均海拔+1200m，两亭河在本区东北侧出口处河谷最低标高为+1122.97m。最大高差419.03m，一般高差200m左右，属川梁相间残塬沟壑地貌。
2.防洪设计
2.1 流域概况
园子沟煤矿工业场地位于天堂河的东岸河滩地上。两亭河与长益川均属泾河三级支流，均发源于井田南部外围老爷岒北麓的凤翔县境内，自南向北流入天堂河；天堂河属泾河的二级支流，出省界汇入甘肃省的达溪河；三条河流的交汇处位于工业场地的西南侧。两亭河流量0.060m3/s（2009年3月7日），长益河流量0.039m3/s（2009年3月7日），三条河流均为常年流水。以上河流流域内仅在上游设有一雨量观测站——两亭雨量站，有断断续续的雨量观测资料，流域内无水文站，亦无径流及洪水观测资料，相邻流域漆水河先后设有好畴河及龙岩寺水文站，龙岩寺水文站控制流域面积1125km2,有1958年7月至1967年12月的水文观测资料；好畴河水文站控制流域面积1007km2，有1971年至今的水文观测资料。好畴河水文站实测最大洪峰流量661m3/s,发生于1954年。
2.2 流域特征
流域地势南高北低，其中大部分山体坡面土层较厚，山上多为梯田，植被较茂盛，水量较小，河道弯曲。降雨多集中在6～9月，雨量约占全年雨量的一半以上，暴雨分布具有明显的季节性。
2.3 洪水特征
洪水主要由暴雨补给，汛期与降雨一致。河中上游河床纵坡较大，下切较深，流域内山坡较陡，暴雨时汇流时间短，洪水流量增加较快，洪水位增长快。最大和历时长的暴雨对河流的洪峰起控制作用。
2.4 洪峰流量计算及验证
一般水文计算，应该在流域范围内，从当地既有水文站收集若干观测年度每年的最大流量，结合收集到的资料，作为一连续系列，采用数理统计法计算其百年一遇流量。还应在一连续系列观测资料中，任选不同重现期反求设计流量，即采用历史洪水推算法计算。然后与各种经验公式计算结果相比较，才能确定该流域地区具体最适合采用哪种公式计算结果更为可靠。圆子沟井田所在区域，目前缺乏数理统计资料和历史洪水资料及由此推算出的Q1%（百年一遇洪峰流量） 、Q0.33%（三百年校核洪峰流量）结果，因此采用推理公式和地区经验公式计算洪峰流量。
本次洪峰流量计算采用了《给排水设计手册 第7册 城镇防洪》中记录的本地区及流域特征所适用的三种计算公式，分别为：水利科学研究院水文研究所公式、铁道部第一设计院公式和渭河北岸泾、洛、渭区经验公式。具体计算如下：
2.4.1 流量计算
I：流域主河槽平均坡度I=13.2‰，L：流域长度L=20.09km。
F：流域面积F=185.25km2μ：流域平均损失率μ=2.0mm/h
n：暴雨点面递减系数取n=0.75
根据全国暴雨雨力(P=1%)等值线图，取S1%=100
1）根据水利科学研究院水文研究所公式计算得出:Q1%=736.68m3/s
2）根据铁道部第一设计院公式Q1%=703.76m3/s
3）渭河北岸泾、洛、渭区经验公式Q1%=645.61m3/s。
从以上计算可以看出，渭河北岸泾、洛、渭区经验公式与其它两种公式计算结果相差较大，而水利科学研究院水文研究所公式和铁道部第一设计院公式计算结果较为相近。由于渭河北岸泾、洛、渭区经验公式平均误差为12%，最大误差34%，因此，本公式计算结果仅作参考。另外，水利科学研究院水文研究所公式和铁道部第一设计院公式计算结果相差不到5%，为了安全起见，本次计算采用水利科学研究院水文研究所公式计算结果，即：Q1%=736.68m3/s。
洪水流量计算验证表
验证方法 Q1% 相差 Q1%采用值
水利科学研究院水文研究所公式 736.68 m3/s 0% 736.68m3/s
铁道部第一设计院公式 703.76 m3/s -4.47%
渭河北岸泾、洛、渭区经验公式 645.61 m3/s -12.36%
另外，根据铁道部第一设计院公式不同频率换算系数，Q0.33% :Q1%=1.35:1，则Q0.33%=994.52m3/s。
2.4.2 洪水位计算
洪水位的计算需要河床粒径、河槽形状、河滩地、河床纵断面、水文横断面、河流粗糙程度、河床形状等诸多因素条件。本次设计考虑将工业场地过境河道改造拓宽，改造后的河道底宽60m，边坡坡比为1:1。根据现有资料，计算场地洪水位标高如表所示。
断面计算结果
断面 1%流速 1%静水位 0.33%流速 0.33%静水位
煤流出入口 5.04 1119.35 5.63 1119.81
辅助生产区东侧 4.34 1114.35 4.85 1114.88
单身宿舍东侧 5.04 1110.05 5.63 1110.51
壅水
工业场地河道整治后的河段，河道平坦，且跨河桥梁均为钢筋混凝土简支梁桥，桥柱截面较小，跨度较大，且基础位于河道以下，因此桥梁壅水可不计此部分高度。
波浪袭击高度
由于桥位附近波浪高难以调查，采用桥位勘测规范公式计算。桥位处河段缺少风速、风向、浪程等资料，计算取用浪程D=500m，平均水深h=2.7m，风速取Vw=20m/s（相当于八级风速），则计算得出波浪袭击高度为0.56m。
洪水位结果
根据计算的波浪袭击高度，工业场地洪水位如下表
洪水位计算结果
断面 1%流速 1%洪水位 安全高度 0.33%流速 0.33%洪水位
煤流出入口 5.04 1119.91 1120.91 5.63 1120.37
辅助生产区东侧 4.34 1114.91 1115.91 4.85 1115.44
单身宿舍东侧 5.04 1110.61 1111.61 5.63 1111.07
注：根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）第10.2.3条规定。“防洪设计标高应按洪水重现期的计算水位（包括壅水和风浪袭击高度）加安全高度。安全高度在平原地区应为0.5m，山区应为1.0m”。
2.5 结论
就目前现有的资料，工业场地标高为+1111.80～+1125.40m，满足«煤炭工业矿井设计规范»1/100的洪水频率设防；场地内主立井井口标高+1118.30m，副立井轨面标高+1117.50m，回风立井锁口标高+1119.40m满足«煤炭工业矿井设计规范»1/100的洪水频率设防，1/300的频率校核。
3 改河工程
天堂河经过工业场地段改道前河床弯弯曲曲、形状极不规则，对场地布置极为不利。因此根据总平面布置的需要，将既有河道改至工业场地的西侧，通过加宽取直后与工业场地相邻。改造后的河道纵坡根据工业场地竖向标高以及地形特点确定，基本与工业场地南北向坡度一致，纵坡大概为0.6%-1.0%，河道底宽60.0m，河道深5.0m，河道边坡为1：1。
另根据以上防洪计算及河道改道后的行洪路线、坡降、百年一遇平均流速等，计算所得百年一遇洪水平行冲刷深度为0.53m,工业场地煤流出入口北侧顶冲段洪水顶冲深度为1.86m。故工业场地煤流出入口北侧及块精煤仓西侧之间的顶冲段边坡采用钢筋混凝土护坡砌筑，厚度为0.4m,基础埋深深度为2.2m。其他段河道边坡采用浆砌片石砌筑，厚度为0.4m，基础埋深为1.0m，低于洪水冲刷线0.47m。
4.结语
在山区矿井设计中，场址选择应充分考虑防洪因素，尽量避开洪水威胁；当矿井工业场地布置在河滩地上时，一般可通过修筑防洪河堤，或对河流改道、加宽和取直等综合治理措施，合理确定防洪标高，以确保矿井顺利建设和安全生产。如有条件，尽可能将河道改移到工业场地外侧；当河道不可避免地橫穿工业场地时，河流两侧修筑防洪堤，河道可优先考虑采用矩形断面，这样既有利于工业场地总平面布置，有效地利用河滩地，也可有效地节省土石方工程量，节约投资。
参考文献
[1]中国市政工程东北设计研究院主编.给水排水设计手册.第7册.城镇防洪.北京：中国建筑工业出版社出版，2000.6
[2]中国煤炭建设协会主编.煤炭工业矿井设计规范.北京：中国计划出版社出版，2005.12
[3]姚华、王海军.布尔台煤矿工业场地总平面布置设计特点.煤炭工程.2009年02期
[4]陈刚.对山区矿井防洪设计中河道治理的研究与探讨.煤炭工程.2009年03期
[5]李建江.浅谈矿井工业场地的防洪设计. 煤炭工程.2003年08期
【关键词】 工业场地；洪水位；河道改道并整治；标高
中图分类号：X752 文献标识码：A
1.概述
园子沟煤矿工业场地位于永陇矿区的西北部，行政区划属宝鸡市麟游县管辖，南距招贤镇约32km，西南距凤翔县长青工业园约60km，距宝鸡市110km，向东距麟游县约55km。
本井田属页岭以北的陇东黄土高原南部边缘地带，总的地形特征呈东南高、西北低。南部平均海拔+1400m，最高海拔+1542m，北部山岭逐渐降低，平均海拔+1200m，两亭河在本区东北侧出口处河谷最低标高为+1122.97m。最大高差419.03m，一般高差200m左右，属川梁相间残塬沟壑地貌。
2.防洪设计
2.1 流域概况
园子沟煤矿工业场地位于天堂河的东岸河滩地上。两亭河与长益川均属泾河三级支流，均发源于井田南部外围老爷岒北麓的凤翔县境内，自南向北流入天堂河；天堂河属泾河的二级支流，出省界汇入甘肃省的达溪河；三条河流的交汇处位于工业场地的西南侧。两亭河流量0.060m3/s（2009年3月7日），长益河流量0.039m3/s（2009年3月7日），三条河流均为常年流水。以上河流流域内仅在上游设有一雨量观测站——两亭雨量站，有断断续续的雨量观测资料，流域内无水文站，亦无径流及洪水观测资料，相邻流域漆水河先后设有好畴河及龙岩寺水文站，龙岩寺水文站控制流域面积1125km2,有1958年7月至1967年12月的水文观测资料；好畴河水文站控制流域面积1007km2，有1971年至今的水文观测资料。好畴河水文站实测最大洪峰流量661m3/s,发生于1954年。
2.2 流域特征
流域地势南高北低，其中大部分山体坡面土层较厚，山上多为梯田，植被较茂盛，水量较小，河道弯曲。降雨多集中在6～9月，雨量约占全年雨量的一半以上，暴雨分布具有明显的季节性。
2.3 洪水特征
洪水主要由暴雨补给，汛期与降雨一致。河中上游河床纵坡较大，下切较深，流域内山坡较陡，暴雨时汇流时间短，洪水流量增加较快，洪水位增长快。最大和历时长的暴雨对河流的洪峰起控制作用。
2.4 洪峰流量计算及验证
一般水文计算，应该在流域范围内，从当地既有水文站收集若干观测年度每年的最大流量，结合收集到的资料，作为一连续系列，采用数理统计法计算其百年一遇流量。还应在一连续系列观测资料中，任选不同重现期反求设计流量，即采用历史洪水推算法计算。然后与各种经验公式计算结果相比较，才能确定该流域地区具体最适合采用哪种公式计算结果更为可靠。圆子沟井田所在区域，目前缺乏数理统计资料和历史洪水资料及由此推算出的Q1%（百年一遇洪峰流量） 、Q0.33%（三百年校核洪峰流量）结果，因此采用推理公式和地区经验公式计算洪峰流量。
本次洪峰流量计算采用了《给排水设计手册 第7册 城镇防洪》中记录的本地区及流域特征所适用的三种计算公式，分别为：水利科学研究院水文研究所公式、铁道部第一设计院公式和渭河北岸泾、洛、渭区经验公式。具体计算如下：
2.4.1 流量计算
I：流域主河槽平均坡度I=13.2‰，L：流域长度L=20.09km。
F：流域面积F=185.25km2μ：流域平均损失率μ=2.0mm/h
n：暴雨点面递减系数取n=0.75
根据全国暴雨雨力(P=1%)等值线图，取S1%=100
1）根据水利科学研究院水文研究所公式计算得出:Q1%=736.68m3/s
2）根据铁道部第一设计院公式Q1%=703.76m3/s
3）渭河北岸泾、洛、渭区经验公式Q1%=645.61m3/s。
从以上计算可以看出，渭河北岸泾、洛、渭区经验公式与其它两种公式计算结果相差较大，而水利科学研究院水文研究所公式和铁道部第一设计院公式计算结果较为相近。由于渭河北岸泾、洛、渭区经验公式平均误差为12%，最大误差34%，因此，本公式计算结果仅作参考。另外，水利科学研究院水文研究所公式和铁道部第一设计院公式计算结果相差不到5%，为了安全起见，本次计算采用水利科学研究院水文研究所公式计算结果，即：Q1%=736.68m3/s。
洪水流量计算验证表
验证方法 Q1% 相差 Q1%采用值
水利科学研究院水文研究所公式 736.68 m3/s 0% 736.68m3/s
铁道部第一设计院公式 703.76 m3/s -4.47%
渭河北岸泾、洛、渭区经验公式 645.61 m3/s -12.36%
另外，根据铁道部第一设计院公式不同频率换算系数，Q0.33% :Q1%=1.35:1，则Q0.33%=994.52m3/s。
2.4.2 洪水位计算
洪水位的计算需要河床粒径、河槽形状、河滩地、河床纵断面、水文横断面、河流粗糙程度、河床形状等诸多因素条件。本次设计考虑将工业场地过境河道改造拓宽，改造后的河道底宽60m，边坡坡比为1:1。根据现有资料，计算场地洪水位标高如表所示。
断面计算结果
断面 1%流速 1%静水位 0.33%流速 0.33%静水位
煤流出入口 5.04 1119.35 5.63 1119.81
辅助生产区东侧 4.34 1114.35 4.85 1114.88
单身宿舍东侧 5.04 1110.05 5.63 1110.51
壅水
工业场地河道整治后的河段，河道平坦，且跨河桥梁均为钢筋混凝土简支梁桥，桥柱截面较小，跨度较大，且基础位于河道以下，因此桥梁壅水可不计此部分高度。
波浪袭击高度
由于桥位附近波浪高难以调查，采用桥位勘测规范公式计算。桥位处河段缺少风速、风向、浪程等资料，计算取用浪程D=500m，平均水深h=2.7m，风速取Vw=20m/s（相当于八级风速），则计算得出波浪袭击高度为0.56m。
洪水位结果
根据计算的波浪袭击高度，工业场地洪水位如下表
洪水位计算结果
断面 1%流速 1%洪水位 安全高度 0.33%流速 0.33%洪水位
煤流出入口 5.04 1119.91 1120.91 5.63 1120.37
辅助生产区东侧 4.34 1114.91 1115.91 4.85 1115.44
单身宿舍东侧 5.04 1110.61 1111.61 5.63 1111.07
注：根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）第10.2.3条规定。“防洪设计标高应按洪水重现期的计算水位（包括壅水和风浪袭击高度）加安全高度。安全高度在平原地区应为0.5m，山区应为1.0m”。
2.5 结论
就目前现有的资料，工业场地标高为+1111.80～+1125.40m，满足«煤炭工业矿井设计规范»1/100的洪水频率设防；场地内主立井井口标高+1118.30m，副立井轨面标高+1117.50m，回风立井锁口标高+1119.40m满足«煤炭工业矿井设计规范»1/100的洪水频率设防，1/300的频率校核。
3 改河工程
天堂河经过工业场地段改道前河床弯弯曲曲、形状极不规则，对场地布置极为不利。因此根据总平面布置的需要，将既有河道改至工业场地的西侧，通过加宽取直后与工业场地相邻。改造后的河道纵坡根据工业场地竖向标高以及地形特点确定，基本与工业场地南北向坡度一致，纵坡大概为0.6%-1.0%，河道底宽60.0m，河道深5.0m，河道边坡为1：1。
另根据以上防洪计算及河道改道后的行洪路线、坡降、百年一遇平均流速等，计算所得百年一遇洪水平行冲刷深度为0.53m,工业场地煤流出入口北侧顶冲段洪水顶冲深度为1.86m。故工业场地煤流出入口北侧及块精煤仓西侧之间的顶冲段边坡采用钢筋混凝土护坡砌筑，厚度为0.4m,基础埋深深度为2.2m。其他段河道边坡采用浆砌片石砌筑，厚度为0.4m，基础埋深为1.0m，低于洪水冲刷线0.47m。
4.结语
在山区矿井设计中，场址选择应充分考虑防洪因素，尽量避开洪水威胁；当矿井工业场地布置在河滩地上时，一般可通过修筑防洪河堤，或对河流改道、加宽和取直等综合治理措施，合理确定防洪标高，以确保矿井顺利建设和安全生产。如有条件，尽可能将河道改移到工业场地外侧；当河道不可避免地橫穿工业场地时，河流两侧修筑防洪堤，河道可优先考虑采用矩形断面，这样既有利于工业场地总平面布置，有效地利用河滩地，也可有效地节省土石方工程量，节约投资。
参考文献
[1]中国市政工程东北设计研究院主编.给水排水设计手册.第7册.城镇防洪.北京：中国建筑工业出版社出版，2000.6
[2]中国煤炭建设协会主编.煤炭工业矿井设计规范.北京：中国计划出版社出版，2005.12
[3]姚华、王海军.布尔台煤矿工业场地总平面布置设计特点.煤炭工程.2009年02期
[4]陈刚.对山区矿井防洪设计中河道治理的研究与探讨.煤炭工程.2009年03期
[5]李建江.浅谈矿井工业场地的防洪设计. 煤炭工程.2003年08期