郭金宏

(黑龙江省冶金设计规划院，哈尔滨 150040)

1)水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。

2)尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以贮存金属非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。

2.1.1 水库的防洪作用

在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。

2.1.2 水库的兴利作用

降落在流域地面上的降水(部分渗至地下)，由地面及地下按不同途径泄入河槽后的水流，称为河川径流。由于河川径流具有多变性和不重复性，在年与年、季与季以及地区之间来水都不同，且变化很大。大多数用水部门(例如灌溉、发电、供水、航运、养鱼等)都要求比较固定的用水数量和时间，它们的要求经常不能与天然来水情况完全相适应。人们为了解决径流在时间上和空间上的重新分配问题，充分开发利用水资源，使之适应用水部门的要求，往往在江河上修建一些水库工程。水库的兴利作用就是进行径流调节，蓄洪补枯，使天然来水能在时间上和空间上较好地满足用水部门的要求。

金属和非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂破碎和选别，选出大部分有价值的精矿以后，剩下泥砂一样的“剩余物”称之尾矿。有些尾矿中含有暂时未能回收的有用成分，若随意排放，不仅会造成资源流失，更重要的是大面积覆没良田、淤塞河道，造成严重的环境污染。尾矿库是尾矿堆存场所，是金属非金属矿山选矿厂不可缺少的配套设施，是维持矿山生产的重要环保和安全设施。

根据水库所在地区的地貌、库床及水面情况可将水库分为4类:

3.1.1 平原湖泊型水库

在平原、高原台地或低洼区修建的水库。形状与生态环境都类似于浅水湖泊。形态特征水面开阔，岸线较平直，库湾少，底部平坦，岸线斜缓，水深一般在10 m内，通常无温跃层。渔业性能优良。如山东省的峡山水库、河南省的宿鸭湖水库。

3.1.2 山谷河流水库

建造在山谷河流间的水库。形态特征库岸陡峭，水面呈狭长形，水体较深但不同部位差异极大，一般水深20～30 m，最大水深可达30～90 m，上下游落差大，夏季常出现温跃层。如重庆市的长寿湖水库、浙江省的新安江水库等。

3.1.3 丘陵湖泊型水库

在丘陵地区河流上建造的水库。形态特征介于以上两种水库之间，库岸线较复杂，水面分支很多，库弯多。库床较复杂，渔业性能良好。

3.1.4 山塘型水库

在小溪或洼地上建造的微型水库，主要用于农田灌溉，水位变动很大。

尾矿库根据地形特点分为山谷型、傍山型、平地型、截河型尾矿库。

3.2.1 山谷型尾矿库

山谷型尾矿库是在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库。它的特点是初期坝相对较短，坝体工程量较小，后期尾矿堆坝相对较易管理维护，当堆坝较高时，可获得较大的库容;库区纵深较长，尾矿水澄清距离及干滩长度易满足设计要求;但汇水面积较大时，排洪设施工程量相对较大。我国现有的大、中型尾矿库大多属于这种类型。

3.2.2 傍山型尾矿库

傍山型尾矿库是在山坡脚下依山筑坝所围成的尾矿库。它的特点是初期坝相对较长，初期坝和后期尾矿堆坝工程量较大;由于库区纵深较短，尾矿水澄清距离及干滩长度受到限制，后期坝堆的高度一般不太高，故库容较小;汇水面积虽小，但调洪能力较低，排洪设施的进水构筑物较大;由于尾矿水的澄清条件和防洪控制条件较差，管理、维护相对比较复杂。国内低山丘陵地区中小矿山常选用这种类型尾矿库。

3.2.3 平地型尾矿库

平地型尾矿库是在平缓地形周边筑坝围成的尾矿库。其特点是初期坝和后期尾矿堆坝工程量大，维护管理比较麻烦;由于周边堆坝，库区面积越来越小，尾矿沉积滩坡度越来越缓，因而澄清距离、干滩长度以及调洪能力都随之减少，堆坝高度受到限制，一般不高;但汇水面积小，排水构筑物相对较小;国内平原或沙漠戈壁地区常采用这类尾矿库。例如金川、包钢和山东省一些金矿的尾矿库。

3.2.4 截河型尾矿库

截河型尾矿库是截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝形成的尾矿库。有的在宽浅式河床上留出一定的流水宽度，三面筑坝围成尾矿库，也属此类。它的特点是不占农田;库区汇水面积不太大，但尾矿库上游的汇水面积通常很大，库内和库上游都要设置排水系统，配置较复杂，规模庞大。这种类型的尾矿库维护管理比较复杂，国内采用的不多。

库址选择是水库工程中事关全局的问题，应从经济、安全、综合效益等方面考虑。

水库库址选择应遵循下列原则:

1)地形要口小肚大;

2)有适宜的集水面积;

3)坝址和库址地质良好，基础稳固，无下陷情况;

4)坝址附近要有足够和适用的建筑材料;

5)坝址附近要有适宜开挖溢洪道的山垭;

6)水库上游宜草木丰茂，植被良好。

尾矿库的选择在很大程度上决定尾矿设施基建费和经营费的多寡以及管理工作的繁简。库址选择应遵守下列原则:

1)不宜位于工矿企业、大型水源地、水产基地和大型居民区上游。

2)不应位于全国和省重点保护名胜古迹的上游;

3)应避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域;

4)不占或少占农田，不迁或少迁村庄;

5)不宜位于有开采价值的矿床上面;

6)汇水面积小，有足够的库容和初、终期库长;

7)筑坝工程量小，生产管理方便;

8)尾矿输送距离短，能自流或扬程小。

根据国家经济贸易委员会2003年颁发的《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)规定，水利水电枢纽根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性，划分为五等，如表1。

表1 水电枢纽工程的分等指标(按总库容)

尾矿库各使用期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别按表2确定。当两者的等差为一等时，以高者为准;当等差大于一等时，按高者降低一等。尾矿库失事将使下游重要城镇、工矿企业或铁路干线遭受严重灾害者，其设计等别可提高一等。

表2 尾矿库等别

水库工程水工建筑物的防洪标准，根据防洪标准(GB 50201—94)规定的级别按表3确定。

表3 水库工程水工建筑物的防洪标准

尾矿库的防洪标准应根据各使用期库的等别，综合考虑库容、坝高、使用年限及对下游可能造成的危害等因素，按表4确定。

表4 尾矿库防洪标准

水库由挡水坝、溢洪道、放水建筑物等3部分组成。

1)挡水坝是横拦河道的挡水建筑物，用以拦蓄水量，抬高水位。2)溢洪道是排泄洪水的建筑物，保证大坝安全。3)放水建筑物包括放水洞和放水设备两部分。

尾矿库由尾矿坝、排洪构筑物、排渗设施、观测设施等组成。

7.2.1 尾矿坝

尾矿坝分初期坝及后期堆积坝。初期坝是基建中用作支撑后期尾矿堆存体的坝。选矿厂投产后，在初期坝坝顶敷设放矿主管和放矿支管向库内排放尾矿，排满后再用尾砂筑成小子坝，用以形成新的库容。将放矿主管和放矿支管移升到子坝顶，继续向库内排放尾矿，如此循环，逐渐加高坝体。子坝连同尾矿沉积体统称为后期坝(也称尾矿堆积坝)。大、中型尾矿堆积坝最终的高度往往比初期坝高得多，是尾矿坝的主体部分。尾矿堆积坝的筑坝方式有上游式、中线式、下游式和浓缩锥式等类型。

7.2.2 排洪系统

尾矿库排水系统常用的基本型式有排水井(排水斜槽)—排水管(隧洞)、溢洪道、山坡截洪沟等方式。

7.2.3 排渗设施

排渗设施的底部排渗设施:褥垫式、渗水管沟、渗水盲沟及混合式多种，冲积坝排渗设施:贴坡滤层、渗管或排渗盲沟、渗井等。

水坝分按建筑材料分:砾石坝、混凝土坝、土坝3种。

1)砾石坝是一种用砂石和土堆积成的坝，分为不透水上游式、不透水心墙式、中央土心式、倾斜土心式。

2)混凝土坝是利用钢筋、水泥和砂石建筑的水坝。一般常见的重力坝和拱坝通常都是混凝土坝，这种坝虽然成本最高，但是美观、实用、坚固，尤其是多目标用途的水坝 ，一般都属混凝土坝。

3)土坝是一种砂石和黏土堆积而成的水坝，不需要打特别坚固的坝基，一般都是坝的中心填塞黏土，做成不透水层。土坝是建筑成本最低廉的一种水坝。

1)初期期按建筑材料划分

初期坝按建筑材料分为均质土坝、块石透水堆石坝、砂砾石透水堆石坝、废石坝、干砌石坝、浆砌石坝、混凝土坝等。

2)初期坝按透水性划分

初期坝可分为不透水坝和透水坝。

不透水初期坝:用透水性较小的材料筑成的初期坝。因其透水性远小于库内尾矿的透水性，不利于库内沉积尾矿的排水固结。当尾矿堆高后，浸润线往往从初期坝坝顶以上的尾矿堆积坝坝坡逸出，造成坝面沼泽化，不利于后期坝坝体的稳定。这种坝型适用于挡水式尾矿坝或尾矿堆坝不高的尾矿坝。

透水初期坝:用透水性较好的材料筑成的初期坝。因其透水性大于库内沉积尾矿，有利于后期坝的排水固结，并可降低坝体浸润线，提高坝体的稳定性。它是比较合理的初期坝坝型。

1)尾矿库(坝)址选择的范围较小，不能像水库那样选择有利的地形地质条件、适宜的汇水面积建库，而是就近找沟谷。因此，库区地面坡度一般较陡，为获得足够的库容，建坝都较高;库址多选在流域面积小的部位。

2)在坝体结构上，尾矿坝设计的特点是:一般要求初期坝能透水而不漏尾矿。初期坝坡是上游坝坡陡下游坝坡缓，这和水库是相反的，尾矿坝起控制作用的是下游坝坡。

3)在施工程序上，尾矿坝在基本建设阶段只完成初期坝、排水构筑物的输水部位和出口连接部分。排水构筑物的进水部分只能完成部分工程，投产后的生产使用过程实际上也是堆坝的施工过程逐步完成。运行初期，部分尾矿脱水固结尚未完成，安全系数最低，而终期安全系数最高，这和其他工程是不一样的。

4)在水库枢纽的水工布置上，溢洪道和放水洞与坝的距离比较近。但在尾矿库上，为了满足澄清距离的要求，排水构筑物进水口距离往往比较远。排水口和排矿口之间要保持一段距离，而在水库上是没有这种要求的。

5)水库的排渗设施在基建期全部完成;尾矿库的底部排渗设施在基建期完成，堆积坝排渗设施是在堆积坝上升至一定标高分期完成的。

6)尾矿工程接触介质不同于水库，一般水工构筑物只要不漏浑水则视为安全。尾矿水常含有其他化学成分，而且由于一些尾矿颗粒特别细，能排水就能排尾矿，有的尾矿还有腐蚀性，所以必须考虑排水水质是否符合国家的排放标准和回水利用问题。

7)尾矿堆积坝多系水力冲填坝，所用材料决定于选矿的生产工艺。作为尾矿的筑坝材料的性质随其粒度不同而异，但其基本性质是非黏性土，粒度范围比天然土要小得多，不均匀系数小，这种土作为筑坝材料一般密实度低，颗粒较细，渗透性差，脱水固结慢，渗流稳定性和抗冲击能力差，特别是在振动荷载(地震)作用下，饱和尾矿容易产生振动液化。

[1] 水利部.SDJ 12—78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山丘、丘陵区部分)的试行规定[S].北京:水利电力出版社，1978.

[2] 中华人民共和国水利部.GB 50201—91防洪标准[S].北京:水利电力出版社，1994.

[3] AQ 2006—2005尾矿库安全技术规程[S].北京:冶金工业出版社，2005.

[4] 尾矿设施设计参考资料编写组.尾矿设施设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社，1980.

[5] 张明.尾矿手册[R].北京:冶金工业出版社，2011.

[6] 黎东亮.尾矿工程设计施工运行维护及综合效益手册[R].北京:中国矿业出版社，2010.