港口大型散貨堆場內排水溝的設置探討

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，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雨水收集、儲存、輸送功能，本文從開發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）配套堆場內含塵雨水的治理模式一般為：堆場內部布設排水溝（或偏溝），以收集堆場內的含塵雨水，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構，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 系統規模

堆場排水溝規模取決于堆場布置和降雨。以天津地區為例，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，從節省工程造價角度考慮，本系統規模應盡可能小。從保護環境的目的出發，堆場排水溝規模較大更為有利。

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由當地暴雨公式決定。

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，m=1；

F為設計區域的匯水面積，hm2；

φ為徑流系數，堆場區為0.1～0.2、道路和輔建區（聯鎖塊鋪面）為0.6、綠地為0.15；

A1、C、n、b為參數，根據統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生壅水，這種情況的壅水是允許的。大型專業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

按照《港口工程環境保護設計規范》（JTS 149-1-2007）的4.3.2中“φ —徑流系數，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，且多數有組織的溢流也通過排水溝實現。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境保護的要求，把含塵雨水作為污水，《港口工程環境保護設計規范》（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節池以調節水量。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 關于設計參數

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，參考堆場堆貨飽滿程度，確定閘門啟閉，以實現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，已經造成堆場積水，應開啟溢流閘門。

根據這個思路設計的排水溝主要為如下4個工藝過程：

1）對于建設規模內的雨水，收集并處理。

2）對于超過建設規模的雨水，收集并溢流。

3）設備檢修。

4）清溝。

3 排水溝設置方法

3.1 關于堆場徑流系數

《港口工程環境保護設計規范》（JTS149-1-07）中4.3.2，說明計算堆場徑流雨水量時，堆場徑流系數取0.1～0.2。如果堆場處于堆滿狀態，堆場綜合徑流系數取值接近綠地（φ =0.15）是合理的。如果堆場貨物很少，甚至在空貨狀態下，堆場就是聯鎖塊鋪面，徑流系數應取 0.6。空貨與滿貨狀態徑流系數之比為（3～6）:1，對于任一規模的降雨，堆場空貨與滿貨狀態產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，堆場徑流系數取0.1～0.2時，公式（1）計算的排水溝規模偏小，每年堆場有可能發生數次積水。

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為設計區域的匯水面積，m2；

φ 為徑流系數，取0.4～0.5。

3.2 考慮收集功能的排水溝尺度

本文推薦排水溝總容積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；

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，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；

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 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。在此基礎上，有興趣的讀者可以與現行設置方法做初步的技術經濟比較。

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境保護設計工作。