越南某電廠新建煤碼頭排水系統設計方案優化

李華平，汪 蓮

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

長期以來，電力一直是一個國家經濟發展的先鋒，其健康良性的發展狀況直接影響著國計民生。對于國內外眾多沿?；蜓亟济喊l電廠而言，卸煤碼頭作為其不可或缺的組成部分，主要負責裝卸及輸送電廠日常燃煤發電所需要的燃料。電廠煤碼頭在日常卸煤過程中，不可避免地會產生揚塵降落在碼頭面上；在卸船機將煤炭從船舶轉移至皮帶機過程中存在跑、冒、滴、漏現象，散落的煤炭顆粒及粉塵降落至碼頭面；此外，皮帶機在運行過程中的振動作用，也會使皮帶機上的少量煤炭顆粒散落于碼頭面。這些煤炭顆粒及粉塵如果不加以收集處理，則逢降雨或在沖洗碼頭面時將隨雨水或沖洗廢水進入附近水域，給周邊環境和水域帶來污染。隨著世界各國對環境保護的日益重視，對環保的要求和與之相適應的法律法規也日益規范嚴格，污染防治已成為各國政府關注的焦點。因此，在進行煤碼頭設計時，為煤碼頭設計一套合理有效的排水系統尤為重要。本文以越南某燃煤電廠新建煤碼頭的排水系統設計為例，對外方提供的排水系統設計方案從技術和經濟角度進行剖析，指出其存在的不足，并提出優化建議，可為類似工程項目提供借鑒。

1 項目背景

越南某燃煤電廠為滿足當地電力的發展需求，擬對電廠進行擴建。同時，為保障電廠的正常運行、供應電廠日常運行所需的燃料，需要同步新建1座10萬噸級燃煤卸船碼頭及輸煤系統。由于該項目的建造采用總承包方式，項目設計方案由外方提供，包含碼頭排水系統設計方案,總承包方負責進行施工圖深化設計。該電廠新建煤碼頭總平面布置見圖1[1]。該碼頭長310 m，寬25 m，碼頭前沿線距離后方陸域79.98 m。碼頭水工結構共設置3個分段，第1分段長103 m,第2分段長104 m，第3分段長103 m。碼頭面設置1條皮帶機、1座轉運站，并配置2臺連續式卸船機用于船舶煤炭卸載。

圖1 原碼頭總平面布置(單位： mm)

2 排水方案分析

從圖1中可以看出，外方提供的設計方案已考慮碼頭排水系統，其方案遵循“先收集、再統一處理”的原則，在碼頭每個分段處均設置4座集水坑，整個碼頭共設有12座集水坑。該煤碼頭水工結構在設計過程中已綜合考慮排水問題，并于水工結構面層設置0.5%的排水坡向，以便降雨徑流或碼頭面沖洗時產生的沖洗廢水順著水工結構面層的坡向流入集水坑，被收集的雨水或沖洗廢水經過潛污泵提升，通過管道輸送至后方陸域污水處理廠集中統一處理。

根據外方提供的資料，碼頭面設置的集水坑尺寸均為2.0 m×1.5 m×2.0 m(長×寬×深)，單個集水坑容積僅6.0 m3，整個碼頭共設有12座集水坑，故所有集水坑的總容積為72 m3。經現場調研發現，本工程所在地降雨頻繁，降雨量較大。以當地提供的降雨資料為基礎，設計重現期2 a一遇的降雨強度為37.4 mmh[2]，降雨量達290 m3。由此看來，該方案在碼頭上設置的集水坑儲水能力遠遠不能滿足排水系統的設計要求。

此外，由于集水坑均設置在碼頭面以下，集水坑收集的碼頭面雨水及沖洗廢水須通過潛污泵提升，送至后方陸域污水處理廠處理。為確保碼頭排水安全順暢，潛污泵的設置按照一用一備原則考慮，每個集水坑設置2臺潛污泵，總計需要設置24臺潛污泵，不僅大大增加了碼頭排水系統的建造成本，而且還給碼頭后期維護管理工作帶來較大負擔。因此，從經濟性和維護管理便利性角度看，外方提供的排水系統設計方案尚待改善。

圖2是外方提供的碼頭橫斷面?？梢钥闯觯摯a頭前后沿均設置有鋼軌，用于卸船機移位，鋼軌頂面高出碼頭面一定高度。受水工結構面層坡度導向的影響，2根鋼軌之間區域的雨水或沖洗廢水可以順利地流入集水坑內，而2根鋼軌外側區域雨水只能順著坡度流向地勢低洼處，無法被集水坑收集，其最終出路只能通過護輪坎上的缺口直接排入水體。

圖2 原碼頭橫斷面(高程： m；尺寸： mm)

煤碼頭較其他碼頭而言有其特殊性，碼頭面上散落的灰塵顆粒給排水系統提出更高的要求。在外方提供的排水方案中，降雨徑流向集水坑匯集時，流行距離較遠，碼頭面的降雨徑流攜帶著這些微小顆粒形成一個混濁的薄水流層。事實表明，絕大部分顆粒在流進集水坑之前已經歷沉淀過程，導致碼頭面上沉淀物較多，只能通過人工沖洗或清掃的方式加以清除，增加人工清理作業量和成本。

越南政府對本項目的環境保護工作提出嚴格的要求，其中“零排放”是較為重要的一條。將越南政府的環保精神切實落實到本碼頭排水系統的設計中，無疑需要做到，實現碼頭面區域所有降雨徑流及沖洗廢水的全面收集處理，無未經處理雨水直接排入水體的現象。而通過上述分析可知，從技術層面和經濟層面看，原設計方案均不能達到越南政府的環保要求，其合理性有待商榷。

3 排水方案優化

我國煤炭資源豐富，煤炭需求量旺盛，用于煤炭運輸中轉的煤碼頭數量眾多，其中專門為燃煤電廠服務的煤碼頭數量也頗多，在煤碼頭排水系統設計方面已形成較為成熟的方案，在防治煤碼頭污水污染方面積累了較為豐富的經驗[3]。

結合外方提供的煤碼頭總平面布置，國內在排水系統設計方面的通常做法見圖3。鑒于碼頭區域面積較大，排水系統將結合水工結構分段考慮分區塊排水。整個碼頭面分為3個分段，在每個分段中部均設置1個集水池。集水池大小可利用碼頭結構縱橫梁，澆筑一個底板形成集水空間。3個分段的平面尺寸分別為103 m×25 m、104 m×25 m、103 m×25 m。同樣以當地提供的降雨資料為基礎，設計重現期2 a一遇的降雨強度為37.4 mmh，碼頭面徑流系數取值0.95，則每個分段的降雨量分別為91.5、92.4、91.5 m3。根據水工結構資料，樁基排架間距5.6 m，縱梁間距7.0 m，碼頭面至梁底深度2.2 m，碼頭面板厚度0.4 m，一個井字方格集水量約70 m3，采用2個井字方格，則存水量約140 m3。每個分段處的井字方格儲水量均大于該區域的設計降雨量，滿足排水系統的設計要求。

圖3 優化碼頭集水池和排水溝布置(單位：mm)

上述碼頭面每個分段處均設置2個井字方格，2個方格之間通過橫梁上的預留孔洞相互連通，形成一個大的集水池。每個集水池內只須設置2臺潛污泵，將集水池內收集的雨水或沖洗廢水提升，經管道輸送至后方污水處理廠處理。這樣，整個碼頭僅須設置6臺潛污泵，水泵數量減少了75%。雖然優化方案所選單臺潛污泵流量會略有增大，單臺水泵造價也會有所提高，但是從整體造價來看，6臺水泵的成本比24臺水泵的成本將大幅度降低。此外，由于水泵數量大幅減少，后期維護管理工作量也大幅減小。

按照國內習慣做法，排水系統一般利用碼頭面現有的橫向坡度，在2根鋼軌之間設置1條排水溝，碼頭面形成的徑流通過橫向坡度進入排水溝，再匯入集水池內。與外方排水方案相比，碼頭面上降雨徑流的運動路程減小，使微小顆粒的水平位移縮短，避免大量微小顆粒沉淀在碼頭面上，其作用機理可以用平流理想沉淀池原理進行解釋。

如圖4所示，從A點進入的顆粒的運動軌跡是水平流速v和顆粒沉速u的矢量和。而這些顆粒中必然存在著某一粒徑的顆粒，其沉速為u0，恰好能沉到池底D點[4]。結合外方提供的排水設計方案中碼頭面上沉淀的顆?？紤]，將薄層水面假想為一個平流理想沉淀池，當采用集水坑收水時，由于雨水徑流水平流行距離較長，即假想沉淀池的沉淀區較長，大量沉速小于u0的顆粒也沉淀在碼頭面；而當采用排水溝收集時，由于雨水徑流水平流行距離縮短，即假想沉淀池的沉淀區長度L減小，使得原本會沉淀到碼頭面的顆粒已不滿足沉淀條件，大量沉速小于u0的顆粒與沉速大于u0的顆粒一起隨著薄水層流進排水溝，而無法在碼頭面上沉淀累積，保證了碼頭面的干凈整潔。除此之外，本工程改進排水理念，將排水溝同時作為雨水收集溝和初沉池使用[5]，對于流進排水溝的顆粒而言，各分段排水溝的長度較長，為顆粒在排水溝內沉淀創造了良好的環境。

圖4 顆粒沉淀原理

通過對比分析可知，國內習慣做法的排水系統較外方提供的排水方案具有一定的優越性，可降低排水系統的維護難度、減少清淤作業時間[6]。但就全面收集碼頭面上的雨水和沖洗廢水而言，仍有待改善。為此，本次排水系統的設計在國內習慣做法的基礎上進一步優化，即充分考慮2條鋼軌外側區域雨水無法收集的情況，結合該區域匯水面積較小的特點，在碼頭前后沿各增設1條小型排水溝，利用水工結構面層的坡度，全面收集碼頭面外泄的雨水、沖洗廢水，達到“零排放”的環保要求。

如圖5所示，鋼軌外側的雨水、沖洗廢水順著坡度流入碼頭前后沿處設置的排水溝，再利用管道將其輸送至集水池，而后通過潛污泵提升至后方陸域集中處理。該方案有效地收集了整個碼頭面上的雨水及沖洗廢水，大大減輕碼頭所在水域污染。該煤碼頭在實施過程中，其排水系統已按優化方案落實，碼頭面上的雨水、沖洗廢水得到全面收集，碼頭面上顆粒沉淀的現象大大緩解，碼頭排水系統運行狀態良好，達到“零排放”要求。

圖5 進一步優化后碼頭排水溝布置(高程：m；尺寸：mm)

4 結論

1)通過將外方提供的排水系統設計方案與國內習慣做法進行對比分析可知，原方案需要布設過多的集水坑及潛污泵，工程建造成本大；且排水方式并不能全面收集碼頭面上的雨水及沖洗廢水；碼頭面上沉淀的微小顆粒物較多，視覺效果差。

2)結合國內習慣做法，在碼頭面上設置排水溝，利用自由沉淀原理，讓顆粒物在排水溝內實現沉淀，避免大量顆粒在集水池內沉積，降低排水系統的維護難度、減少清淤作業時間；同時，集水池容積的擴大，更能滿足碼頭面水量收集的需要；潛污泵數量的減少也節省了建造成本。因此，國內習慣排水做法較外方提供的排水方案更加合理。

3)針對碼頭前后沿護輪坎缺口處外泄雨水、沖洗廢水的現象，提出進一步優化設計方案，即在碼頭前后沿各設1條排水溝，對碼頭面上的雨水、沖洗廢水實現全面的收集，符合“零排放”的要求。該優化設計方案可為國內外類似項目提供參考。