港口大型散貨堆場內(nèi)排水溝的設置探討

潘憶軍

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

港口大型散貨堆場內(nèi)排水溝的設置探討

潘憶軍

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

分析了港口大型散貨堆場內(nèi)排水溝對含塵雨水的收集、輸送、儲存等功能，推薦了排水溝的主要設計參數(shù)，為同類工程的設計提供了另一個方法。

港口大型散貨堆場；含塵雨水；排水溝設計

引 言

本文中“大型散貨堆場”主要指專業(yè)化煤炭堆場或鐵礦石堆場。

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

設置堆場排水溝的目的是實現(xiàn)雨水收集、儲存、輸送功能，本文從開發(fā)排水溝的上述功能著手，給出排水溝設置的另一個方法。

1 大型散貨堆場現(xiàn)狀

幾個大型煤或礦石碼頭（如黃驊港、秦皇島、曹妃甸等）配套堆場內(nèi)含塵雨水的治理模式一般為：堆場內(nèi)部布設排水溝（或偏溝），以收集堆場內(nèi)的含塵雨水，在排水溝末端設置含塵污水處理廠，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)，排水溝長度一般不短于3 km，排水溝坡度多在0.1 %左右，投資以千萬元人民幣計。

含塵污水處理廠均采用混凝、沉淀、過濾工藝，占地一般不少于2 000 m2，初期投資以百萬元計。

1.1 系統(tǒng)規(guī)模

堆場排水溝規(guī)模取決于堆場布置和降雨。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個月的時間本系統(tǒng)將處于空置期，考慮到可以充分利用此期間進行設備和設施的檢修和維護，每年仍有半年閑置。因此，從節(jié)省工程造價角度考慮，本系統(tǒng)規(guī)模應盡可能小。從保護環(huán)境的目的出發(fā)，堆場排水溝規(guī)模較大更為有利。

1.2 當前計算方法

目前，堆場排水溝的計算方法如下。

雨水設計流量公式：

式中，q由當?shù)乇┯旯經(jīng)Q定。

某地暴雨公式：

式中：

Q為設計流量，L/s；

q為暴雨強度，L/（s·hm2）；

P為設計重現(xiàn)期，a；

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

F為設計區(qū)域的匯水面積，hm2；

φ為徑流系數(shù)，堆場區(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)計方法進行計算確定。

1.3 當前排水溝設置中的幾個問題

1）壅水

在實際降雨超過設計暴雨強度時，按照暴雨公式設計的排水溝會產(chǎn)生壅水，這種情況的壅水是允許的。大型專業(yè)化煤或礦石堆場按照暴雨公式設計的最后段排水溝流量多在2～2.5 m3/s，污水處理廠設計小時流量約 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，排水溝設計能力是提升泵能力的 5～10倍。也就是說，在實際暴雨強度遠小于設計暴雨強度時，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)境保護設計規(guī)范》（JTS 149-1-2007）的4.3.2中“φ —徑流系數(shù)，取0.1～0.2”，計算需要進污水處理廠處理的堆場含塵徑流雨水量，取大值時是取小值時的2倍，需考慮取值范圍是否過寬的問題。

3）溢流

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

2 設計方案

2.1 排水溝應具備的能力

設置排水溝的目有3個：

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

2）是將設計降雨內(nèi)的徑流雨水輸送至污水處理廠；

3）是將堆場積水排除。

第一個目的實際上是環(huán)境保護的要求，把含塵雨水作為污水，《港口工程環(huán)境保護設計規(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。針對第二個目的，排水溝末端流量應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置調(diào)節(jié)池以調(diào)節(jié)水量。針對第三個目的，為使堆場積水盡快排除，溢流流量（Q溢，m3/s）越大越有利。

2.2 關(guān)于設計參數(shù)

W總—堆場徑流量，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—堆場即將積水時，排水溝用于溢流的流量，單位：m3/s。

Q設—堆場即將積水時，排水溝的設計流量，單位：m3/s。

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

因為排水溝的設計流量應同時滿足Q廠和Q溢，所以排水溝的設計流量（Q設，m3/s）應取 Q廠和Q溢的大值。本文考慮 Q溢大于 Q廠這種情況，則Q設應大于等于Q溢。

綜上所述，排水溝的設置應同時滿足以下兩個條件，容積大于等于W總，設計流量Q設≥Q溢。

2.3 工藝過程

在實際運行中，以對降雨量的實際測量為基礎(chǔ)，參考堆場堆貨飽滿程度，確定閘門啟閉，以實現(xiàn)本文推薦的工藝過程。如果降雨量超過設計日降雨量，并且強度較大，已經(jīng)造成堆場積水，應開啟溢流閘門。

根據(jù)這個思路設計的排水溝主要為如下4個工藝過程：

1）對于建設規(guī)模內(nèi)的雨水，收集并處理。

2）對于超過建設規(guī)模的雨水，收集并溢流。

3）設備檢修。

4）清溝。

3 排水溝設置方法

3.1 關(guān)于堆場徑流系數(shù)

《港口工程環(huán)境保護設計規(guī)范》（JTS149-1-07）中4.3.2，說明計算堆場徑流雨水量時，堆場徑流系數(shù)取0.1～0.2。如果堆場處于堆滿狀態(tài)，堆場綜合徑流系數(shù)取值接近綠地（φ =0.15）是合理的。如果堆場貨物很少，甚至在空貨狀態(tài)下，堆場就是聯(lián)鎖塊鋪面，徑流系數(shù)應取 0.6?？肇浥c滿貨狀態(tài)徑流系數(shù)之比為（3～6）:1，對于任一規(guī)模的降雨，堆場空貨與滿貨狀態(tài)產(chǎn)生的含塵雨水量之比為（3～6）:1。也就是說，在堆場堆貨不飽滿情況下，堆場徑流系數(shù)取0.1～0.2時，公式（1）計算的排水溝規(guī)模偏小，每年堆場有可能發(fā)生數(shù)次積水。

由于堆場飽滿程度具有不確定性，本文堆場綜合徑流系數(shù)設計值按照整個堆場的一半面積堆貨考慮，即：

本文建議φ 取0.4～0.5。

則堆場徑流量W總（單位：m3）可按下式計算：

式中：

W總為堆場徑流量，m3；

h為設計日降雨深，m；

F為設計區(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能夠容納堆場徑流量W總（或其一部分），相應的，各段排水溝能夠容納對應堆場的徑流量，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為設計降雨量，m；

j為收集設計降雨量的百分數(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

如果實際徑流量大于設計降雨徑流量，排水溝已滿且堆場明顯積水，應開啟閘門，溢流超量的徑流。

堆場即將積水時，排水溝過流能力Q設（等于排水溝溢流能力Q溢）計算采用曼寧公式（manning formula）：

對于矩形排水溝，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設為排水溝設計流量，單位：m3/s；

A為排水溝斷面積，單位：m2。

4 結(jié) 語

本文給出港口大型散貨堆場排水溝的另一個設計方法，推薦的排水溝計算方法在滿足工程要求前提下偏保守。按照此方法設置排水溝，其正常運行時的實際污水接收量和過流能力將大于設計值。在此基礎(chǔ)上，有興趣的讀者可以與現(xiàn)行設置方法做初步的技術(shù)經(jīng)濟比較。

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，高級工程師，主要從事港口工程環(huán)境保護設計工作。