生活垃圾卫生填埋场截排洪设施设计与研究

姚 洁，潘晓峰，靳俊平，郝丽华，李 妍

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

垃圾填埋场截排洪设施存在一定特殊性，如对于洪峰流量精度要求低，但短距离内存在连续陡坡等。笔者针对垃圾填埋场截排洪设施设计的特殊性，结合类似项目，从汇水面积测算、洪峰流量估算、截洪沟水力计算等方面总结提出一套合理完整的截洪沟设计计算方法。

1 防洪标准

依据建标124—2009生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准，生活垃圾卫生填埋处理工程排水能力应按照50 a一遇、100 a校核设计，以此作为截洪沟设计的防洪标准。

2 汇水面积

汇水面积F指截排洪设施的集雨面积，是计算其洪峰流量的重要依据。汇水面积的边界线是由一系列的山脊线、鞍部围合成的封闭区域。封闭区域内汇集的雨水全部流入截洪沟内，封闭区域的面积即为汇水面积。

建设单位提供的1∶500或者1∶1 000地形图一般不能完整地反映拟建工程的实际汇水面积，需要对1∶10 000地形图进一步研究，合理精准确定汇水面积，并以此作为洪峰流量的基础数据。

3 洪峰流量估算

洪峰流量一般应以水利部门提供的水文分析报告作为设计依据，对于没有实测数据的拟建场区可采用小流域经验公式或者暴雨流量计算公式确定。洪峰流量计算公式比较多，常见的计算方法有洪峰流量模数等值线图法、经验公式法、地区综合法、暴雨产汇流法。地区综合法和洪峰流量模数法需要在拟建场址附近有水文站的连续观测数据，针对市政环卫工程汇水面积相对小，对误差不敏感的特点，宜采用小流域经验公式或者暴雨产汇流法估算洪峰流量。

按洪水汇流计算规范，无实测流量资料的地区，汇水面积较小的流域，拟采用公路科学研究所经验公式［1］：

式中：QP为洪峰流量，m3/s；K为相应于设计频率的径流模数，由当地气象、水文资料查取或相关部门提供（见表1）；F为汇水面积（km2）；n为面积参数，F＜1 km2时，n=1；当1 km2＜F＜10 km2时，按照表2选用。

表1 径流模数K取值

表2 面积参数n取值

4 截洪沟水力计算

截洪沟经常布置在山高坡陡的地段，坡度、断面尺寸和流态变化，特别是在陡坡急流处呈渐变式，为简化计算，在通常设计中，截洪沟内设计水流按照恒定均匀流考虑，并设置一定的安全超高。

1）截洪沟设计流量计算公式：

式中：Q为设计流量（m3/s）；A为过水断面（m2）；v为流速（m/s）。

2） 设计流速公式采用明渠流谢才-满宁公式［2］：

式中：v为水流断面平均流速（m/s）；n为沟槽粗糙系数（糙率）；R为水力半径；i为水力坡降。

3）水力半径为过水断面面积与湿周之比，表达式为：

式中：A为过水断面面积；X为湿周长度。

5 断面形式及结构材料

5.1 断面形式

截洪沟的断面常有矩形、倒梯形、直角梯形等3种形式。各种断面各有特点，矩形断面具有节约工程占地、土石方量较小等优点而被广泛采用，但是当断面尺寸大于2 m时应复核其结构稳定性。倒梯形断面占地面积相对大，一般是矩形断面的2～3倍，其断面形式有利于汇集雨水，结构稳定性好，在大型排水渠中较为常见。直角梯形占地面积介于矩形和倒梯形之间，占地面积适中，且便于汇集雨水，建议在占地面积允许的条件下尽量采用直角梯形的断面形式。

以上3种断面的水力最优断面宽深比：

式中：βm为最优断面宽深比；bm为前优断面宽度；hm为最优断面深度，m为边坡系数。

由公式（5）可知，矩形断面沟体设计沟宽与设计过水深最佳比值为2∶1，在实际设计过程中市政环卫工程项目用地较为紧张，宽深比常为1∶1左右。倒梯形和直角梯形的边坡系数m常采用1∶0.75～1∶1，宽深比为 0.83～1。

5.2 结构材料

截洪沟沟体应全程防渗漏，截洪沟砌筑材料可分为砖砌、浆砌石、毛石混凝土和钢筋混凝土，也可采用预制钢筋混凝土沟。砌筑材料的选择与地质条件、材料来源及使用年限有关。砖砌沟常用于临时截洪沟的砌筑，其耐用性及强度最低，材料易于取得，造价最低。浆砌石或毛石混凝土材料来源广泛，强度和造价适中，是最为常见的截洪沟砌筑材料。钢筋混凝土沟和预制钢筋砼沟造价较高，整体性能好，抗冲刷能力优，在沉降较大的软土或垃圾堆体上应用较多。

为便于沟体的砌筑，沟底宽度一般不应小于0.4 m。

6结 论

1）对填埋场截排洪设施的设计流程是：先对全场截排洪设施粗定走向、路由和宽深，针对复杂项目，还应该对路由进行多方案比选确定最佳路由。根据防洪标准、汇水面积对场区的洪峰流量进行计算，然后对截排洪设施过流能力即设计流量进行计算，确保设计流量不小于洪峰流量，同时预留0.2～0.3 m设计超高，以确定截排洪设施最终断面尺寸及形式。最后根据项目的地质情况材料来源和使用年限确定截排洪设施的结构材料。

2）填埋场中经常会出现高差大、坡度陡的截洪沟，建议采用连续陡坡或跌水结合消力池的做法处理；穿过道路等设施宜设计盖板沟或涵洞。实际设计过程中，由于地形限制、雨水含沙量、潮汐等须视具体情况设置跌水、涵洞、谷坊、涵闸、渡槽、倒虹吸，这些水工构筑物计算较繁琐，应多方案比选，确定最经济合理方案。

［1］给水排水设计手册.第7册—城镇防洪［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2000.

［2］室外排水设计规范（2014年版）［M］.北京：中国计划出版社，2014.