潘憶軍

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

港口大型散貨堆場(chǎng)內(nèi)排水溝的設(shè)置探討

潘憶軍

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

分析了港口大型散貨堆場(chǎng)內(nèi)排水溝對(duì)含塵雨水的收集、輸送、儲(chǔ)存等功能，推薦了排水溝的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，為同類工程的設(shè)計(jì)提供了另一個(gè)方法。

港口大型散貨堆場(chǎng)；含塵雨水；排水溝設(shè)計(jì)

引 言

本文中“大型散貨堆場(chǎng)”主要指專業(yè)化煤炭堆場(chǎng)或鐵礦石堆場(chǎng)。

大型散貨碼頭配套堆場(chǎng)的含塵雨水被認(rèn)為是污水，不能直接排入水體。為滿足環(huán)境保護(hù)的要求，需要設(shè)置必要設(shè)施收集并處理這部分含塵雨水。

設(shè)置堆場(chǎng)排水溝的目的是實(shí)現(xiàn)雨水收集、儲(chǔ)存、輸送功能，本文從開發(fā)排水溝的上述功能著手，給出排水溝設(shè)置的另一個(gè)方法。

1 大型散貨堆場(chǎng)現(xiàn)狀

幾個(gè)大型煤或礦石碼頭（如黃驊港、秦皇島、曹妃甸等）配套堆場(chǎng)內(nèi)含塵雨水的治理模式一般為：堆場(chǎng)內(nèi)部布設(shè)排水溝（或偏溝），以收集堆場(chǎng)內(nèi)的含塵雨水，在排水溝末端設(shè)置含塵污水處理廠，將排水溝收集的含塵雨水處理后回用或排放。

排水溝多為帶蓋板的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，排水溝長(zhǎng)度一般不短于3 km，排水溝坡度多在0.1 %左右，投資以千萬(wàn)元人民幣計(jì)。

含塵污水處理廠均采用混凝、沉淀、過(guò)濾工藝，占地一般不少于2 000 m2，初期投資以百萬(wàn)元計(jì)。

1.1 系統(tǒng)規(guī)模

堆場(chǎng)排水溝規(guī)模取決于堆場(chǎng)布置和降雨。以天津地區(qū)為例，主要降雨集中在5月～9月，則每年約有7個(gè)月的時(shí)間本系統(tǒng)將處于空置期，考慮到可以充分利用此期間進(jìn)行設(shè)備和設(shè)施的檢修和維護(hù)，每年仍有半年閑置。因此，從節(jié)省工程造價(jià)角度考慮，本系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)盡可能小。從保護(hù)環(huán)境的目的出發(fā)，堆場(chǎng)排水溝規(guī)模較大更為有利。

1.2 當(dāng)前計(jì)算方法

目前，堆場(chǎng)排水溝的計(jì)算方法如下。

雨水設(shè)計(jì)流量公式：

式中，q由當(dāng)?shù)乇┯旯經(jīng)Q定。

某地暴雨公式：

式中：

Q為設(shè)計(jì)流量，L/s；

q為暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，a；

t為降雨歷時(shí)，min，t=t1+mt2，t1為地面集水時(shí)間，min，t1=5～15，t2為管渠雨水流行時(shí)間，min，m為折減系數(shù)，m=1；

F為設(shè)計(jì)區(qū)域的匯水面積，hm2；

φ為徑流系數(shù)，堆場(chǎng)區(qū)為0.1～0.2、道路和輔建區(qū)（聯(lián)鎖塊鋪面）為0.6、綠地為0.15；

A1、C、n、b為參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算確定。

1.3 當(dāng)前排水溝設(shè)置中的幾個(gè)問題

1）壅水

在實(shí)際降雨超過(guò)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度時(shí)，按照暴雨公式設(shè)計(jì)的排水溝會(huì)產(chǎn)生壅水，這種情況的壅水是允許的。大型專業(yè)化煤或礦石堆場(chǎng)按照暴雨公式設(shè)計(jì)的最后段排水溝流量多在2～2.5 m3/s，污水處理廠設(shè)計(jì)小時(shí)流量約 0.05～0.08 m3/s，前者是后者的25～50倍。如果在污水處理廠設(shè)置集水池，集水池內(nèi)提升泵能力一般在0.25～0.4 m3/s，排水溝設(shè)計(jì)能力是提升泵能力的 5～10倍。也就是說(shuō)，在實(shí)際暴雨強(qiáng)度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度時(shí)，排水溝就壅水了，壅水情況明顯增加。

2）徑流系數(shù)

按照《港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 149-1-2007）的4.3.2中“φ —徑流系數(shù)，取0.1～0.2”，計(jì)算需要進(jìn)污水處理廠處理的堆場(chǎng)含塵徑流雨水量，取大值時(shí)是取小值時(shí)的2倍，需考慮取值范圍是否過(guò)寬的問題。

3）溢流

特殊情況下堆場(chǎng)徑流需要溢流，且多數(shù)有組織的溢流也通過(guò)排水溝實(shí)現(xiàn)。那么需考慮排水溝的溢流工況是怎樣的，能否滿足堆場(chǎng)的使用要求。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 排水溝應(yīng)具備的能力

設(shè)置排水溝的目有3個(gè)：

1）收集堆場(chǎng)徑流雨水，排水溝的收集能力與設(shè)定的降雨量（或降雨量的大部分）匹配；

2）是將設(shè)計(jì)降雨內(nèi)的徑流雨水輸送至污水處理廠；

3）是將堆場(chǎng)積水排除。

第一個(gè)目的實(shí)際上是環(huán)境保護(hù)的要求，把含塵雨水作為污水，《港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 149-1-2007）的4.3.2給出的是總量（W總，m3），即小于等于W總的污水不能排放。針對(duì)第二個(gè)目的，排水溝末端流量應(yīng)與污水處理廠的能力（Q廠，m3/s）相匹配。如果排水溝流量小于污水處理廠處理能力，則需要在污水處理廠設(shè)置調(diào)節(jié)池以調(diào)節(jié)水量。針對(duì)第三個(gè)目的，為使堆場(chǎng)積水盡快排除，溢流流量（Q溢，m3/s）越大越有利。

2.2 關(guān)于設(shè)計(jì)參數(shù)

W總—堆場(chǎng)徑流量，也就是需要接收和處理的含塵污水總量，單位：m3。

Q廠—污水處理廠的處理能力，單位：m3/s。

Q溢—堆場(chǎng)即將積水時(shí)，排水溝用于溢流的流量，單位：m3/s。

Q設(shè)—堆場(chǎng)即將積水時(shí)，排水溝的設(shè)計(jì)流量，單位：m3/s。

排水溝、污水處理廠等的接收能力總和應(yīng)大于等于W總，本文考慮排水溝的容積大于等于W總，從工程環(huán)境保護(hù)角度，是較有利的。

因?yàn)榕潘疁系脑O(shè)計(jì)流量應(yīng)同時(shí)滿足Q廠和Q溢，所以排水溝的設(shè)計(jì)流量（Q設(shè)，m3/s）應(yīng)取 Q廠和Q溢的大值。本文考慮 Q溢大于 Q廠這種情況，則Q設(shè)應(yīng)大于等于Q溢。

綜上所述，排水溝的設(shè)置應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件，容積大于等于W總，設(shè)計(jì)流量Q設(shè)≥Q溢。

2.3 工藝過(guò)程

在實(shí)際運(yùn)行中，以對(duì)降雨量的實(shí)際測(cè)量為基礎(chǔ)，參考堆場(chǎng)堆貨飽滿程度，確定閘門啟閉，以實(shí)現(xiàn)本文推薦的工藝過(guò)程。如果降雨量超過(guò)設(shè)計(jì)日降雨量，并且強(qiáng)度較大，已經(jīng)造成堆場(chǎng)積水，應(yīng)開啟溢流閘門。

根據(jù)這個(gè)思路設(shè)計(jì)的排水溝主要為如下4個(gè)工藝過(guò)程：

1）對(duì)于建設(shè)規(guī)模內(nèi)的雨水，收集并處理。

2）對(duì)于超過(guò)建設(shè)規(guī)模的雨水，收集并溢流。

3）設(shè)備檢修。

4）清溝。

3 排水溝設(shè)置方法

3.1 關(guān)于堆場(chǎng)徑流系數(shù)

《港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS149-1-07）中4.3.2，說(shuō)明計(jì)算堆場(chǎng)徑流雨水量時(shí)，堆場(chǎng)徑流系數(shù)取0.1～0.2。如果堆場(chǎng)處于堆滿狀態(tài)，堆場(chǎng)綜合徑流系數(shù)取值接近綠地（φ =0.15）是合理的。如果堆場(chǎng)貨物很少，甚至在空貨狀態(tài)下，堆場(chǎng)就是聯(lián)鎖塊鋪面，徑流系數(shù)應(yīng)取 0.6。空貨與滿貨狀態(tài)徑流系數(shù)之比為（3～6）:1，對(duì)于任一規(guī)模的降雨，堆場(chǎng)空貨與滿貨狀態(tài)產(chǎn)生的含塵雨水量之比為（3～6）:1。也就是說(shuō)，在堆場(chǎng)堆貨不飽滿情況下，堆場(chǎng)徑流系數(shù)取0.1～0.2時(shí)，公式（1）計(jì)算的排水溝規(guī)模偏小，每年堆場(chǎng)有可能發(fā)生數(shù)次積水。

由于堆場(chǎng)飽滿程度具有不確定性，本文堆場(chǎng)綜合徑流系數(shù)設(shè)計(jì)值按照整個(gè)堆場(chǎng)的一半面積堆貨考慮，即：

本文建議φ 取0.4～0.5。

則堆場(chǎng)徑流量W總（單位：m3）可按下式計(jì)算：

式中：

W總為堆場(chǎng)徑流量，m3；

h為設(shè)計(jì)日降雨深，m；

F為設(shè)計(jì)區(qū)域的匯水面積，m2；

φ 為徑流系數(shù)，取0.4～0.5。

3.2 考慮收集功能的排水溝尺度

本文推薦排水溝總?cè)莘e能夠容納堆場(chǎng)徑流量W總（或其一部分），相應(yīng)的，各段排水溝能夠容納對(duì)應(yīng)堆場(chǎng)的徑流量，即：

式中：

Ai為第i段排水溝的斷面積，m2；

li為第i段排水溝的長(zhǎng)度，m；

φ為徑流系數(shù)；

si為第i段排水溝的匯水面積，m2；

r為設(shè)計(jì)降雨量，m；

j為收集設(shè)計(jì)降雨量的百分?jǐn)?shù)，建議取值范圍為0.9～1；

Wi為本匯水面積寬度，m；

Li為本匯水面積長(zhǎng)度，m。

一般情況下，Li=li，則：

3.3 考慮溢流功能的排水溝尺度

如果實(shí)際徑流量大于設(shè)計(jì)降雨徑流量，排水溝已滿且堆場(chǎng)明顯積水，應(yīng)開啟閘門，溢流超量的徑流。

堆場(chǎng)即將積水時(shí)，排水溝過(guò)流能力Q設(shè)（等于排水溝溢流能力Q溢）計(jì)算采用曼寧公式（manning formula）：

對(duì)于矩形排水溝，上式中：

式中：

v為流速，單位：m/s；

J為溝底坡度；

n為粗糙系數(shù)；

b為溝寬，單位：m；

h為排水溝水深，單位：m；

Q設(shè)為排水溝設(shè)計(jì)流量，單位：m3/s；

A為排水溝斷面積，單位：m2。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文給出港口大型散貨堆場(chǎng)排水溝的另一個(gè)設(shè)計(jì)方法，推薦的排水溝計(jì)算方法在滿足工程要求前提下偏保守。按照此方法設(shè)置排水溝，其正常運(yùn)行時(shí)的實(shí)際污水接收量和過(guò)流能力將大于設(shè)計(jì)值。在此基礎(chǔ)上，有興趣的讀者可以與現(xiàn)行設(shè)置方法做初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

Design of Drainage Ditches in Large-scale Bulk Cargo Stockyard of Port

Pan Yijun
(CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

In the large-scale bulk cargo stockyard of port,the drainage ditches should have the functions of collecting,conveying and storing dust-contained rainwater.The above functions are analyzed and relevant design parameters are proposed,which will provide another solution for the design of similar projects.

large-scale bulk cargo stockyard of port; dust-contained rainwater; design of drainage ditches

X703; U653.99

：A

：1004-9592（2016）06-0019-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160605

2016-07-01

潘憶軍（1968-），男，高級(jí)工程師，主要從事港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)工作。