華南地區D河道排水改造設計

陳尚智，甄豪波，林仲謀

（1.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣州 510230；2.江門市市政工程設計院有限公司，廣東 江門529000）

1 概況

D河道位于華南地區某城鎮，全長1.8km，流域內以農田魚塘為主。由于該河流的流域范圍已作為特色規劃建設，建成后的流域內徑流量遠大于原先設計的徑流量，河道過流能力不能滿足該區域的排水要求，因此，必須對D河道進行綜合改造設計。

2 D河道現狀過流能力分析

按照水利設計標準，D河道的現狀設計暴雨強度采用10年一遇，24h設計暴雨強度191.88mm。采用平均排除法計算，從而確定D河道設計排水流量。按澇區集水總量和設計排澇歷時計算設計流量。如式（1）：

式中Q為設計排水流量（m3/s）；Ci為各地類徑流系數，參考值：水稻田、魚塘和河涌采用1.0；山崗、坡地、經濟作物地類采用0.7；村莊、道路采用0.7～0.9；城鎮不透水地面采用0.95；Ai為各地類面積（km2）；Rp為設計暴雨量（mm）；Ei為各地蒸發量（mm），一般可采用4mm/d；hi為各地類暫存水量（mm），水稻田采用40mm，魚塘采用50～100mm，河涌采用100mm；W1為水閘排水量（m3）；W2為截洪渠截流水量（m3）；W3為水庫、坑塘蓄滯水量（m3）；T為排澇歷時（s）；F為控制排水面積（km2）。

根據式（1），D河道現狀設計排澇流量如表1。

表1 D河道現狀產流計算成果

按照該流域的防洪排澇規劃，D河道該片區的水利排澇標準1d排干，排澇時間按22h計。預測澇區內工業、生活污水排放量0.8m3/s，堤圍滲透量取0.01m3/s，則澇區的設計 排澇流量Q=Q雨+Q污+Q滲＝273.65/22/3600+0.80+0.01=35.36（m3/s）。

故本次采用35.36m3/s作為D河道總的設計排澇流量。

本次復核按照明渠均勻流進行過流能力復核D河道的過流能力，計算如式（2）：

式中h為水深（m），取2.5m；n為渠床糙率，取0.025；Q為流量（m3/s），計算流量取38.02m3/s，設計流量取35.36m3/s；m為斷面邊坡系數，取2；i為渠道縱坡，取0.0003；b為斷面底寬（m），取10m；

經典型斷面計算，結果滿足過流能力。

3 D河道排水改造設計

3.1 排水能力設計

3.1.1 改造后設計流量

本次改造河道長1.86km，改造范圍內河道匯水面積150hm2，D河道現狀周邊地塊均為菜地魚塘，現已被當地政府征收，納入特色小鎮建設用地。開發后D河道的徑流量勢必增加，因此對改造后的設計流量采用GB50014—2006 《室外排水設計規范》 進行計算。暴雨強度如式（3）：

片區綜合徑流系數0.7，起點集水時間30min，重現期為2a，計算得片區水量為16m3/s，此外D河道起點兩條斷面尺寸分別為2～3.5m×2.5m和2～4m×2.5m的渠箱水量，合計轉輸水量為45m3/s，D河道的設計水量61m3/s，遠大于10年一遇24h標準的35.36m3/s的水量。D河道過流斷面必須增大，才能滿足片區地塊開發后的市政標準排水要求。計算改造后過水能力如表2。

表2 D河道改造后過水能力復核

3.1.2 河道水面線計算

以D河道下游最高澇水位7.41m作為本次水面線計算的起推水位，從下游往上游推算，改造后的D河道糙率取0.015。設計水面線計算成果如表3。

表3 D河道設計水面線計算成果

續表3

3.1.3 河道流量變化模擬分析

本次HYSWMM模型的匯流過程分地表匯流及管網匯流兩部分。地表匯流是地面徑流產生的過程，通過聯立求解連續方程和曼寧方程進行模擬計算。管網匯流是將雨水管網內的水流運動簡化為一維運動，通過求解圣維南方程組進行計算。

HYSWMM軟件有恒定流、 運動波和動態波3種方法計算不同復雜程度的水流運動，其中動態波方法考慮了流體運動的質量守恒及能量守恒，適合模擬管網和河道內水流狀態。本工程設計采用動態波方法模擬計算地表匯流及河道水流狀態。

采用降雨重現期為2a，降雨歷時2h （總降雨量78mm），暴雨參數選擇廣州，對D河道的流量進行降雨過程模擬，模擬結果如圖1。

圖1 D河道模擬流量變化曲線

從圖1可知，在2年一遇降雨歷時為2h的降雨過程中，當開始降雨后的1.5h后，D河道的模擬流量達最大值，最大流量59.8m3/s，與設計流量近似。

3.2 河道橫斷面設計

D河道的設計底寬為25m，盡量保持河道流速均勻。北側通過景觀綠化帶與規劃商業大道人行道平面接順，南側景觀綠化帶與北側平齊，以1∶2的坡度放坡至現狀地面；南北側自人行步道邊以1∶2的坡度放坡至現狀地面。

本工程設計的D河道兩側采用重力式擋土墻配生態框進行護岸。擋土墻墻身高度4.5m，墻厚2.25m，面墻坡比1∶0.3，背墻坡比1∶0.15，采用C20素混凝土結構，墻身在常水位以上設置5層生態框，生態框內填充碎石。擋土墻底板采用C30鋼筋混凝土結構，下鋪10cmC15素混凝土墊層及30cm碎石墊層。擋土墻根據地質情況采用管樁基礎及天然地基基礎兩種基礎形式。管樁基礎采用φ500AB型PHC管樁，縱向間距1.8m。因此，D河道綠化工程均采用本地植物，其中喬木種植秋楓和宮粉紫荊，灌木種植紅繼木球及紅杜鵑球，河岸護坡植草采用紅花蔥蘭、白花蔥蘭混種。此外河道兩岸兩側的均設置人行步道，其路面結構由上至下分別為3cm灰白色花崗巖磚、3cmM20預拌砂漿及15cm C30鋼筋混凝土。D河道改造后標準橫斷面如圖2。

圖2 D河道改造后標準橫斷面

4 結語

隨著城鎮化發展的不斷加快，原先的水利標準已經不能滿足城鎮的排水要求，本次采用水力模型等軟件對計算結果進行模擬分析，結果表明D河道改造后滿足排水要求。