关于降雨径流渗入系数的讨论.pdf

第 3 7卷第 2期有色冶金设计与研究 2 0 1 6正 4 月关于降雨径流渗人系数的讨论洪安娜中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 3 3 0 0 3 1 摘要] 分析了影响降雨径流渗入系数取值的多种因素，综合考虑这些因素的影响，提出了对降雨渗入区域进行详细分区．选取与这些因素影响结果相匹配的降雨径流渗入系数来估算矿坑降雨径流渗入量的方法。 [ 关键词] 降雨径流渗入系数；详细分区；地形；植被；矿体产状；采矿方法中图分类号 T D 7 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 3 4 5 2 0 1 6 0 2 - 0 0 1 1 - 0 4 Di s c u s s i o n o n Ra i n f a l l Ru n o ff Pe n e t r a t i o n Co e f fi c i e n t HONG Ann a C h i n a N e r i n E n g i n e e r i n g C o ．， L t d ．， N a n c h a n g ， J i a n g x i 3 3 0 0 3 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r a n a l y z e s t h e v a r i o u s f a c t o r s o f a f f e c t i n g r a i n f a l l r u n o ff p e n e t r a t i o n c o e f f i c i e n t ．b y t a k i n g t h e s e f a c t o r s i n t o a c c o u n t s ，d e t a i l e d z o n i n g wi l l b e p r e s e n t e d i n r a i n f a l l p e n e t r a t i o n a r e a ，a n d t h e p a p e r s e l e c t s t h e me t h o d o f t h e p i t r a i n f a l l run o f f p e n e t r a t i o n a mo u n t e v a l u a t e d b y r a i n f all r u n o ff p e n e t r a t i o n f a c t o r s t o ma t c h wi t h t h e s e f a c t o r s ． Ke y wo r d s r a i n f all r u n o f f p e n e t r a t i o n c o e f fi c i e n t ； d e t a i l e d p a r t i t i o n ； l a n d f o r m； v e g e t a t i o n ； o r e b o d y o c c u r r e n c e ； mi n i n g me t h o d 一般矿坑涌水量由地下水补给量和降雨径流渗入量组成。对于水文地质勘探工作充分的矿山，由于地下水涌水量计算理论较为成熟，地下水补给量的预测往往误差较小【 ” 。而降雨径流渗入量的预测由于降雨径流渗入系数的取值受多种因素的影响，难以确定，因此误差往往较大。对于地下水不丰富的矿山，地下水补给量很有限；而对于大水矿山，地下水经长期疏干后。地下水补给量一般趋于稳定，由于自然地表遭受采矿活动或者疏干塌陷等人为破坏，降雨径流渗入取代地下水成为矿坑涌水的主要来源。对于前述两类矿山，特别是对于地表塌陷严重且降雨量丰富的矿山．暴雨渗入往往成为矿坑突水的主要威胁。基于此．本文针对设计频率暴雨径流渗入量估算参数取值影响因素进行论述。 1 设计频率暴雨径流渗入量计算设计频率暴雨径流渗入量计算见公式 1 。收稿日期 2 0 1 6 0 1 0 4 作者简介洪安娜 1 9 8 3 一，女，工程师，从事矿山水文地质工作。 Q 删 1 式中 F为汇水面积包括错动范围上游的汇水范围面积， m 2 ； H p 为设计频率暴雨量， I n ；为设计频率暴雨径流渗入系数。其中，汇水面积及降雨量容易确定，而降雨径流渗入系数由于受多种因素的影响，难以确定，在和确定的条件下，一成为影响设计频率暴雨径流渗入量的主要因素。 1 ． 1 现行规范考虑的一般因素针对无实测资料的矿山．一般根据现行规范及手册[ 2 --3 1 取经验值，设计频率暴雨径流渗入系数的取值如表 1 所示。对于表中设计频率暴雨径流渗入系数波动值的选取。主要是根据深厚比及导水裂隙带或冒落带是否刚波及地表来确定。当深厚比大时，取小值；当深厚比小时，取大值；导水裂隙或冒落带刚波及到地表时，取大值。 1 2 有色冶金设计与研究第 3 7卷表 l 设计频率暴雨径流渗入系数冒落带扩展到地表矿体顶部覆岩不重复塌陷矿体顶部覆岩重复塌陷无塑性隔水土层有塑性隔水土层厚度／ m 无塑性隔水土层有塑性隔水土层厚度／ m 从表 1 可以看出．现行规范及手册对设计频率暴雨径流渗人量的取值考虑的因素主要有 1 导水裂隙带或冒落带是否到地表； 2 冒落带是否重复塌陷 3 有无塑性隔水土层，隔水土层的厚度及深厚比。但事实上，仅仅考虑上述因素还不够，对设计频率暴雨径流渗入系数影响较大的其它因素还有地形、矿体产状及采矿方法等。下面就这些因素，分析其对降雨径流渗入系数取值的影响。 1 _ 2 地形地貌的影响地形地貌对降雨径流渗人具有较大的影响，其影响因素有地面坡度、微地形、地表粗糙度及地表植被等。国内水土保持方面关于这些因素对降雨人渗的影响研究较多，也取得了丰富的成果，而在矿井井下降雨径流入渗量的估算往往忽略了这些因素的影响。笔者认为，矿坑井下降雨径流渗入系数的取值受这些因素的影响可参照水土保持所取得的成就，在取值时予以充分考虑。蒋定生、黄国俊进行了地面坡度对降水入渗影响的模拟试验1 4 ] ，认为随着坡度的增大，土壤稳定人渗速率减小，地面开始产流时间与坡度呈指数关系，随着地面坡度的增大，将提早产生径流，因而入渗水量减小范世香、韩绍文通过地面坡度对地表径流影响的实验研究【，得出随着坡度的增大，坡面变陡．地面的滞蓄能力下降，洼地的水量随坡度的增加而形成径流，径流增加量随坡度的增大并非呈线性递增石新生的研究表明【 l 随着植被盖度的增加．不同时段的累积入渗量呈指数增加，不同的植被类型，以封育荒坡的土壤入渗率最大，乔木林次之．灌木林和农田较小。 1 ． 3矿体产状及空间分布的影响当矿体倾角陡，在采矿过程中，对地表破坏影响具有叠加作用。当矿体尽管倾角较缓．但矿体分布较集中，深部矿体在浅部矿体的正下方．同样对地表破坏影响具有叠加作用。但现行手册及规范仅在冒落带发展到地表的时候，考虑了是否重复冒落实际是考虑了矿体倾角及空间分布对地表破坏影响的叠加作用，而导水裂隙带发展到地表则未考虑该因素，在确定降雨径流渗入系数时，应考虑该因素。对于导水裂隙带发展到地表，矿体产状及空间分布对地表的破坏具有叠加作用时，降雨径流渗入系数应取大值，反之，降雨径流渗入系数应取小值。 1 ． 4采矿方法的影响根据回采时地压的管理方法不同，将金属非金属地下矿山的采矿方法划分为四大类1 8 1 ，即空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法及支护法。由于支护法实际应用很少，故本次不考虑该方法对降雨人渗的影响。不同的采矿方法对地表的影响不同。崩落法使得矿体顶板自然垮落．如果矿头埋藏不是很深，往往冒落带发展到地表，形成陷落坑，对地表的影响最大。成建等分别对空场采矿法、空场嗣后充填法和上向水平分层充填采矿法进行了模拟开挖计算网，结果表明不同的采矿方法对地表的影响程度不同．空场采矿法较大，其次为空场采矿嗣后充填采矿法，充填采矿法影响程度最小。综上所述，降雨径流渗入系数受多因素的影响，包括地形地貌、地表岩性、矿体上覆岩层特征、矿体埋深及产状、采矿方法等，基于此，笔者认为对于一个矿山，应考虑其微地形、不同区块矿体的埋深及产状、不同的采矿方法等进行详细分区。 2 计算实例本次以广东省某铁矿山为例，采用不分区和详细分区分别估算设计暴雨径流渗入量。 3 巧 m ∞ 加加 m n m D n n ～～～叭枷～～～～～ 0 n 0 0 0 籽加珈瑚铷加锄珈一一～一一一一一～第 2期关于降雨径流渗入系数的讨论 l 3 2 ． 1 矿山概况该矿区为一个四周山体环绕。中间低洼的山间小盆地．最大相对高差 3 7 2 ． 7 2 r n 。当地侵蚀基准面标高为 1 6 0 m，地形有利于降水的汇集。该矿区主要有 4个矿体，均赋存于矽卡岩中，顶板为岩溶含水层，分布标高为 1 4 8 ～ - 4 4 5 m。矿体厚大，总体走向 2 9 7 。，倾向 S W 或 N E，上部矿体较陡，下部较缓，见图 1 。该矿山多年来采用崩落法采矿，地表已经遭到破坏，产生了塌陷、开裂．并形成地表塌陷坑。另外，由于长期排水，地表产生了疏干塌陷。＼ { ＼、＼ } ● f 孑，{ | r r ＼＼一一 ● ／＼- 一＼＼』 ● ， r J 一 L J f I 一 1 0 ． 9 0 1 1 ． 0 o 1 1 ． 1 0 1 1 ． 2 O 1 1 ． 3 0 图 1典型剖面 2 ． 2设计频率暴雨径流渗入量估算 1 不分区估算。根据采矿设计。矿山采用无底柱崩落法采矿，地表将形成陷坑．即冒落带到地表。根据规范，结合矿体赋存特征及地表破坏情况，选取降雨径流渗入系数表 2 。表 2不分区估算设计频率暴雨径流渗入量 2 详细分区估算。对于设计频率暴雨径流入渗系数的取值考虑如下 1 采用崩落法采矿，地表形成的巨大陷坑，将其视为微地形，起到汇水的作用，对于陷坑的暴雨径流渗入系数应取较大值； f 2 1 矿体厚大，上部矿体较陡，下部矿体较缓．但下部矿体在空间分布上较集中，上下矿体在垂直方向对应，即下部矿体在上部矿体的正下方见图 1 ，因此，考虑其对地表破坏影口向的叠加作用； 3 矿区含水层为岩溶含水层，多年疏干使得地表产生疏干塌陷，尽管矿山对疏干塌陷进行了回填，但仍影响降雨径流入渗，将疏干塌陷作为降雨径流入渗系数的影响因子之一 f 4 1 埋藏较浅的矿体，采矿活动对地表的影响较大，降雨经验渗入系数取大值，反之取小值； 5 错动范围之外的汇水范围，需经过较长的径流渗入到井下的路径较长．降雨径流系数适当取小。详细分区以一 1 8 0 m中段为例见图 2 。图 2详细分区示意综合考虑不同因素的影响．不同分区的设计频率暴雨径流渗入系数取值详见表 3 。根据估算结果，详细分区选取设计频率暴雨径流渗入系数所估算的设计频率暴雨径流渗入量较不分区所估算的设计频率暴雨径流渗入量约小 1 4 0 0 0 ～ 1 7 0 0 0 m 。／ d 。根据矿区近年来的矿坑．井下排水量观测资料及地下水水位观测资料，采用比拟法计算各中段地下水涌水量，结果如表 4所示。矿坑总涌水量由降雨径流入渗量和地下水涌水量组成，其结果如表 5所示。据了解， 2 0 0 8年 7月 2 9日～ 7月 3 0日，暴雨降水量为 2 5 0 m m 设计频率暴雨量为 2 4 8 ． 5 4 m m，与此暴雨量接近，井下一 6 0 m 中段开启 MD 5 0 0 5 7 5型水泵 4台按排水能力．约 4 0 0 0 0 m 3 ／ d的排水量，地表疏干最大排水量 1 3 6 0 0 r n ／ d ，其最大排水总量为 5 3 6 0 0 m3 ／ d 。相比于不分区预测矿坑最大涌水量，实际排水量与详细分区预测的最大涌水量更为接近。瑚。堋硼硼 l 4 有色冶金设计与研究第 3 7卷表 4地下水涌水量标高， m 不分区最大涌水量／ m 3 ／ d 详细分区最大涌水量／ m3 ／ d 综上所述，详细分区所估算的设计频率暴雨径流渗入量综合考虑各种因素对降雨径流渗入系数的影响，使得估算结果更接近实际，更为合理，为主排水设施能力的确定提供更合理的依据。 3 结论矿井降雨径流渗入系数的取值受多因素影响，对于缺少实测值的矿山，应综合考虑各因素的影响，以更准确地选取降雨径流入渗系数。根据降雨径流渗入系数的影响因素，对矿区地表进行详细分区，选取不同区域对应的降雨径流入渗系数，使得降雨径流渗入量估算更为合理，为主排水设施能力的确定提供更合理的依据。参考文献易代仁．采矿崩落区降雨径流渗入量计算『 J 1 ．矿工矿物与加工， 2 o o 7 8 2 9 3 2 ． GB 5 0 7 7 1 2 0 1 2 ，有色金属采矿设计规范 f S 】．张富民，潘燮，常林彝，等．采矿设计手册矿产地质卷下【 M】．北京中国建筑工业出版社． 1 9 8 9 1 1 5 o ．蒋定生，黄国俊．地面坡度对降水入渗影响的模拟试验f J 1 ．水土保持通报， 1 9 8 4 4 1 1 0 1 3 ．范世香，韩绍文．地面坡度对地表径流影响的实验研究『 J ] ．水土保持通报。 1 9 9 1 ， l 1 f4 1 6 一 l O ．石新生．高强度人工降雨条件下影响人渗速率因素的试验研究『 J 1 ．水土保持通报， 1 9 9 2 ， 1 2 2 4 9 5 4 ．刘贤赵，康绍忠．降雨人渗和产流问题研究的若干进展及评述【 J 1 ．水土保持通报， 1 9 9 9 ， 1 9 f 2 5 7 6 2 ．张富民，潘燮，常林彝，等．采矿设计手册矿床开采卷下【 M】．北京中国建筑工业出版社． 1 9 8 9 1 0 3 6 一 l o 3 7 ．成建，康永红，吴东．采矿方法对地表影响的数值模拟预测研究．云南冶金． 2 0 1 0 ， 3 9 3 6 8， 1 6 ． i ] ] i ]