東河河道演變對(duì)千噸選廠尾礦庫(kù)的影響分析

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摘要：河流受地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的科里奧利力和離心慣性力的影響，對(duì)河岸形成沖刷，從而使河道發(fā)生彎曲演變，在河道的演變過程中，有的地方從河道變?yōu)榭砂峨A地，有的地方則從河岸變成河道，這種變化不可避免地對(duì)河岸上的各種建構(gòu)筑物產(chǎn)生不良影響。對(duì)于選址于河岸附近的尾礦庫(kù)而言，按照《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》等法規(guī)的規(guī)定，必須充分考慮到這種不良影響，并具備可靠的防范措施，以保證尾礦庫(kù)的運(yùn)行安全。

　　關(guān)鍵詞：河道演變；側(cè)蝕作用；千噸選廠；尾礦庫(kù)；選址

　　在實(shí)際工作中，尾礦庫(kù)的選址工作一直是設(shè)計(jì)人員與礦山管理人員非常重視的工作，在一些地區(qū)，當(dāng)沒法找到合適的山溝建庫(kù)時(shí)，就只有在山間河灘上選地建庫(kù)，而此時(shí)就不可避免的有部分壩段接近河流邊緣，山間河流極易爆發(fā)山洪、泥石流等災(zāi)害，可能由于河道下切沖蝕或河床淤積等使河床在水平和垂直方向上發(fā)生變化，從而對(duì)建于河灘之上的尾礦庫(kù)造成不良影響，下面以柿竹園礦千噸選廠尾礦庫(kù)為例對(duì)其影響進(jìn)行分析。

　　一、東河及千噸選廠尾礦庫(kù)概況

　?。ㄒ唬〇|河概況

　　東河原名大浪江，源于西坪頭嶺，流經(jīng)柿竹園礦、白露塘、雅市，從大面洲注入東江，為東江一級(jí)支流，全長(zhǎng)約42.7km。東河在柿竹園公司總部南部延伸9.5km，河床寬窄不一，最寬處位于金獅嶺采石場(chǎng)上，寬60余米，最窄處位于建設(shè)橋南100m處，河床寬僅10余米；河道兩側(cè)為柿竹園公司柴山工區(qū)以及多金屬采場(chǎng)，同時(shí)還存在大量民采，故兩岸多處存在采礦廢石場(chǎng)。從礦部所處位置山口流出后，河床驟然開闊，其河漫灘及階地寬度可達(dá)千米以上。水量受降雨量控制，流量一般為0.3～55m³/s，平水期平均流量4m³/s，枯水期平均流量0.5m³/s，雨季比平水期增大數(shù)倍。

　?。ǘ┣嵾x廠尾礦庫(kù)概況

　　柿竹園礦千噸選廠尾礦庫(kù)于1998年10月投入使用，初期壩采用砂卵石堆筑，壩頂標(biāo)高187m，壩高6m，后期最終堆積標(biāo)高191m。最大壩高10m，總庫(kù)容238.3萬(wàn)m³，總有效庫(kù)容202.5萬(wàn)m³?？蓾M足選廠服務(wù)10.5年。2002年長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)院對(duì)該庫(kù)進(jìn)行了擴(kuò)容設(shè)計(jì)：在原有壩基礎(chǔ)上加高4m，增加總庫(kù)容150萬(wàn)m³。

　　庫(kù)區(qū)位于東河西岸河漫灘，沿河向成長(zhǎng)方形分布，東部緊貼河道，壩腳與東河之間僅為一個(gè)寬不到10m的臺(tái)階；西側(cè)階地寬闊平緩，廣布農(nóng)田。庫(kù)區(qū)地形平坦，尾礦庫(kù)匯水面積0.4km²，占河灘40hm²，四面筑壩形成庫(kù)區(qū)。

　　庫(kù)區(qū)地質(zhì)條件單一，表層多為厚度不超過0.5m的粉砂或粉土覆蓋，僅西北角有一層灰色或桔黃色粉質(zhì)粘土出露，覆土之下，全區(qū)廣泛連續(xù)埋藏深厚卵礫石層，初期壩及排洪設(shè)施均置于其上，卵礫石含砂率不高，含泥微少，巖質(zhì)堅(jiān)硬，最大粒徑100～400mm之間，頗為密實(shí)，透水性良好。地下水為孔隙型潛水，埋藏深度一般2.2～2.8m，流向由南向北偏東。在建庫(kù)時(shí)，表層土基本被挖走，壩基基本上是座落在卵礫石層之上。

　　（三）河道整治

　　東河在尾礦庫(kù)建設(shè)過程中對(duì)庫(kù)區(qū)經(jīng)過河段的彎道進(jìn)行了整治，使其在尾礦庫(kù)東部形成一條直線河道，緊挨庫(kù)區(qū)南側(cè)與原河道相接；改直河流底坡降i=0.01，河床寬40m，與下游整治河道一致，河道平均開挖2m深，長(zhǎng)為800m，河道開挖量用于填筑河堤和筑壩，河岸及靠河道的壩外側(cè)下部用漿砌塊石護(hù)坡，河道內(nèi)修建了5道駝峰滾水壩及3道丁字壩，以減緩流速、固定水流、保護(hù)河堤。

　　二、2006年?yáng)|河洪水造成尾礦庫(kù)局部垮壩

　　2006年7月14日至15日，受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“碧利斯”的影響，郴州地區(qū)遭受500年一遇強(qiáng)暴雨襲擊，短時(shí)間內(nèi)，山洪裹挾著大量礦山廢棄泥石從東河上游直沖而下，對(duì)上游山谷內(nèi)的溝床沖刷十分嚴(yán)重，沖出溝口后，大量的泥沙、石塊等逐漸堆積在谷口以下3km的范圍內(nèi)，將此處河床抬高，洪水漫堤后直沖尾礦庫(kù)東壩局部地段，造成該處被不斷掏空，形成垮壩，流失尾礦上萬(wàn)立方米，對(duì)下游造成了不良的社會(huì)影響。

　　三、東河河床演變趨勢(shì)及特征分析

　　（一）河床演變的理論依據(jù)

　　受地球自轉(zhuǎn)所形成的科里奧利力及慣性離心力的影響，流動(dòng)的河水將對(duì)河岸形成沖刷，對(duì)于北半球的河流而言，自西向東的河流右岸沖刷嚴(yán)重，自東向西的河流左岸沖刷嚴(yán)重，南北向的河流右岸沖刷嚴(yán)重。

　　河水及其攜帶的碎屑物對(duì)河床兩側(cè)或河谷谷坡的破壞作用稱側(cè)蝕作用。側(cè)蝕作用的結(jié)果是使河谷展寬，使河床變彎曲。在河流的任一河段其下蝕作用和側(cè)蝕作用都是同時(shí)進(jìn)行的，但在河流縱比降較小的彎道河段中側(cè)蝕作用占主要地位。這是由于彎道河段流水的慣性離心力，使主流線偏移并發(fā)生單向橫向環(huán)流的結(jié)果。

　　河水進(jìn)入彎道河段后，水流受慣性離心力的影響，其主流線逐漸向凹岸偏移，至河彎頂部，主流線緊靠凹岸，使彎頂?shù)陌及妒芰魉膹?qiáng)烈沖蝕，經(jīng)過反復(fù)沖蝕，使凹岸壁底部被掏空并發(fā)生崩坍而向后退。水流的主要沖擊點(diǎn)（稱頂沖）則與流量的變化存在密切關(guān)系，低水位時(shí)，頂沖位于彎頂稍靠上的部位，高水位時(shí)，頂沖位置會(huì)向下游偏移，發(fā)生在彎頂以下，導(dǎo)致流水對(duì)彎頂?shù)臎_刷位置發(fā)生周期性的移動(dòng)。

　　與此同時(shí)，彎道水流在其慣性離心力作用下產(chǎn)生單向橫向環(huán)流。單向環(huán)流的表流對(duì)凹岸進(jìn)行侵蝕，底流則把破壞下的碎屑物質(zhì)帶向凸岸。

　　由于單向環(huán)流、主流線的偏移，彎頂附近的凹岸受到強(qiáng)烈的沖蝕使岸腳被掏空并導(dǎo)致岸壁塌落、后退。與此同時(shí)，環(huán)流還將部分較細(xì)的碎屑物質(zhì)帶至凸岸沉積，使凸岸不斷前伸，致使河谷或河床愈來愈彎曲。

　　（二）東河河床演變的趨勢(shì)與演變特征

　　東河為一條典型的山溪季節(jié)性沖積河流，流經(jīng)不同的地質(zhì)區(qū)域，受河道邊界條件和河床質(zhì)地因素的限制，河床形態(tài)的發(fā)育和平面位置始終是在沖刷和沉積的過程中調(diào)整變化。

　　不同河段的河床形態(tài)隨水流條件而異，受河流的沖刷河床斷面變窄，而泥沙的淤積將使河床變寬，通過對(duì)河道的調(diào)整讓河流過程達(dá)到一種新的相對(duì)平衡，河床橫斷面形態(tài)也隨之不斷變化。其橫斷面形態(tài)變化在空間上表現(xiàn)為：上游山谷內(nèi)河段以下蝕、沖刷為主，橫斷面形態(tài)多呈“V”字型；中下游河段河床沖、淤作用兼有，河床橫斷面形態(tài)多呈“U”字型。

　　在河道中下游，彎道對(duì)河床形態(tài)變化的影響極大。彎道改變了水流力學(xué)性質(zhì)和泥沙輸移方式。河流沖淤過程隨水流方向、水流曲率發(fā)生變化，研究表明，在不穩(wěn)定流條件下，河流橫斷面隨時(shí)間變化，并且通過沖刷和淤積，不斷地對(duì)河道進(jìn)行著改造調(diào)整，以達(dá)到相對(duì)平衡。

　　柿竹園公司總部以南山谷內(nèi)河段河流比降較大，水流具有較強(qiáng)的攜沙能力，輸沙常處于不飽和狀態(tài)，東河的河床演變是以縱向沖刷下切、橫向侵蝕拓寬為主的發(fā)展趨勢(shì)。由于上游河段通過地段兩側(cè)為柿竹園公司的兩個(gè)開采工區(qū)以及大量民采，這些采礦活動(dòng)對(duì)地表植被破壞極大，還在地表遺留了大量的松散廢石，因此上游匯水區(qū)的保水能力下降，極易導(dǎo)致破壞性山洪爆發(fā)，山洪爆發(fā)的時(shí)候會(huì)將上游存在的大量廢石攜帶至山谷之外，攜石水流的沖刷能力十分強(qiáng)大，但由于山谷內(nèi)堅(jiān)硬河床的限制，此河段內(nèi)河流橫向擺動(dòng)的可能性極小，最主要的演變是河床的下切侵蝕，這一點(diǎn)從上游河床內(nèi)的多外攔石壩被沖毀就可得到證明。

　　東河在公司總部沖出山口后，河谷突然變寬，河床坡降明顯變緩，在原來沒有改造的情況下，東河在此地段是多彎的，并且還在慢慢地?cái)[動(dòng)；在對(duì)河道進(jìn)行拉直整治，尤其是在千噸選廠尾礦庫(kù)建成后其東側(cè)河段拉直后，在尾礦庫(kù)上游不遠(yuǎn)處與原河道相接位置還是一個(gè)大彎道，河水沖過彎道后直接進(jìn)入拉直的河段。在這種特殊邊界條件和水文條件的局部河段，發(fā)生顯著的河床變形，一則是河道變緩后大量砂石淤積，使河床抬高，河寬展寬，這一點(diǎn)從2006年“碧利斯”引發(fā)的洪水過后東河河床抬高近1m得到證明；二則高速洪流的側(cè)蝕作用對(duì)河岸的沖刷破壞將導(dǎo)致河流有從直向彎轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，甚至導(dǎo)致河流脫離原有河道。

　?。ㄈ〇|河河床演變對(duì)尾礦庫(kù)的破壞

　　東河河床演變對(duì)千噸選廠尾礦庫(kù)的破壞主要表現(xiàn)在如下方面：

　　1．每年雨季，山洪爆發(fā)時(shí)將上游大量的泥沙、廢石帶出山溝，形成稀性泥石流，對(duì)下游河道內(nèi)及附近建構(gòu)筑物造成極大的安全威脅。

　　2．山洪帶下的泥石沖出山溝后在溝口幾公里范圍內(nèi)快速沉積，將河床抬高，經(jīng)過幾次洪水后，原有的河堤等設(shè)施基本失去作用，洪水越過河堤對(duì)尾礦庫(kù)造成威脅。

　　3．由于尾礦庫(kù)上游不遠(yuǎn)處的彎道引起河內(nèi)洪水的橫向擺動(dòng)，對(duì)壩腳形成側(cè)蝕，造成尾礦庫(kù)臨河壩段發(fā)生垮壩，引起尾礦流失，造成極大的社會(huì)影響。

　　四、尾礦庫(kù)的安全防范措施

　　為保護(hù)千噸選廠尾礦庫(kù)的安全，必須對(duì)東河進(jìn)行必要治理、治理過程中應(yīng)堅(jiān)持“統(tǒng)籌兼顧、綜合潰理、因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)、變害為利”的原則。根據(jù)東河河道演變情況控制河勢(shì)變化，結(jié)合河道周邊條件和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、材料情況，對(duì)其進(jìn)行綜合治理。

　　1．清淤筑堤?？山Y(jié)合河道清淤筑堤，加大河道行洪斷面，提高河道行洪標(biāo)準(zhǔn)。

　　2．在彎道后的順直河道內(nèi)修丁壩、調(diào)整河勢(shì)，但丁壩不能修得過高或過長(zhǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)選好角度，兼顧左右岸，以免威脅對(duì)岸。

　　3．必要時(shí)調(diào)整尾礦庫(kù)上游河道的彎度，減小其側(cè)向慣性離心力對(duì)兩側(cè)河岸的影響。

　　4．結(jié)合礦山的整治，尤其是對(duì)民采礦山的整治，搞好河流上游水土保持。

　　5．制定東河的長(zhǎng)期治理規(guī)劃。

　　6．由于柿竹園屬于多金屬礦，其尾礦中含有較多的未選有用成分，利用價(jià)值很高，在技術(shù)允許的情況下可以對(duì)尾礦進(jìn)行綜合利用，把尾礦庫(kù)從該處搬走，徹底消除河流對(duì)尾礦庫(kù)的不良影響。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　河流的彎直演變是自然界的一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象，在其演變過程中，不可避免地對(duì)人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成不良影響，為了應(yīng)對(duì)這種不良影響，則需要人們采取各種措施以保證人類活動(dòng)不受影響。

　　尾礦庫(kù)作為礦山企業(yè)中一個(gè)十分重要的生產(chǎn)設(shè)施，也是國(guó)家安全生產(chǎn)方面關(guān)注的重點(diǎn)，其選址不單只注意尾礦庫(kù)自身?xiàng)l件與因素，也應(yīng)考慮外界因素對(duì)尾礦庫(kù)可能造成的影響，這樣才不會(huì)造成不必要的損失。

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　　作者簡(jiǎn)介：郭朝陽(yáng)（1971－），男，湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院水工環(huán)地質(zhì)工程師，注冊(cè)巖土工程師。