港口大型散货堆场内排水沟的设置探讨

潘忆军

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

港口大型散货堆场内排水沟的设置探讨

潘忆军

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

分析了港口大型散货堆场内排水沟对含尘雨水的收集、输送、储存等功能，推荐了排水沟的主要设计参数，为同类工程的设计提供了另一个方法。

港口大型散货堆场；含尘雨水；排水沟设计

引 言

本文中“大型散货堆场”主要指专业化煤炭堆场或铁矿石堆场。

大型散货码头配套堆场的含尘雨水被认为是污水，不能直接排入水体。为满足环境保护的要求，需要设置必要设施收集并处理这部分含尘雨水。

设置堆场排水沟的目的是实现雨水收集、储存、输送功能，本文从开发排水沟的上述功能着手，给出排水沟设置的另一个方法。

1 大型散货堆场现状

几个大型煤或矿石码头（如黄骅港、秦皇岛、曹妃甸等）配套堆场内含尘雨水的治理模式一般为：堆场内部布设排水沟（或偏沟），以收集堆场内的含尘雨水，在排水沟末端设置含尘污水处理厂，将排水沟收集的含尘雨水处理后回用或排放。

排水沟多为带盖板的钢筋混凝土结构，排水沟长度一般不短于3 km，排水沟坡度多在0.1 %左右，投资以千万元人民币计。

含尘污水处理厂均采用混凝、沉淀、过滤工艺，占地一般不少于2 000 m2，初期投资以百万元计。

1.1 系统规模

堆场排水沟规模取决于堆场布置和降雨。以天津地区为例，主要降雨集中在5月～9月，则每年约有7个月的时间本系统将处于空置期，考虑到可以充分利用此期间进行设备和设施的检修和维护，每年仍有半年闲置。因此，从节省工程造价角度考虑，本系统规模应尽可能小。从保护环境的目的出发，堆场排水沟规模较大更为有利。

1.2 当前计算方法

目前，堆场排水沟的计算方法如下。

雨水设计流量公式：

式中，q由当地暴雨公式决定。

某地暴雨公式：

式中：

Q为设计流量，L/s；

q为暴雨强度，L/（s·hm2）；

P为设计重现期，a；

t为降雨历时，min，t=t1+mt2，t1为地面集水时间，min，t1=5～15，t2为管渠雨水流行时间，min，m为折减系数，m=1；

F为设计区域的汇水面积，hm2；

φ为径流系数，堆场区为0.1～0.2、道路和辅建区（联锁块铺面）为0.6、绿地为0.15；

A1、C、n、b为参数，根据统计方法进行计算确定。

1.3 当前排水沟设置中的几个问题

1）壅水

在实际降雨超过设计暴雨强度时，按照暴雨公式设计的排水沟会产生壅水，这种情况的壅水是允许的。大型专业化煤或矿石堆场按照暴雨公式设计的最后段排水沟流量多在2～2.5 m3/s，污水处理厂设计小时流量约 0.05～0.08 m3/s，前者是后者的25～50倍。如果在污水处理厂设置集水池，集水池内提升泵能力一般在0.25～0.4 m3/s，排水沟设计能力是提升泵能力的 5～10倍。也就是说，在实际暴雨强度远小于设计暴雨强度时，排水沟就壅水了，壅水情况明显增加。

2）径流系数

按照《港口工程环境保护设计规范》（JTS 149-1-2007）的4.3.2中“φ —径流系数，取0.1～0.2”，计算需要进污水处理厂处理的堆场含尘径流雨水量，取大值时是取小值时的2倍，需考虑取值范围是否过宽的问题。

3）溢流

特殊情况下堆场径流需要溢流，且多数有组织的溢流也通过排水沟实现。那么需考虑排水沟的溢流工况是怎样的，能否满足堆场的使用要求。

2 设计方案

2.1 排水沟应具备的能力

设置排水沟的目有3个：

1）收集堆场径流雨水，排水沟的收集能力与设定的降雨量（或降雨量的大部分）匹配；

2）是将设计降雨内的径流雨水输送至污水处理厂；

3）是将堆场积水排除。

第一个目的实际上是环境保护的要求，把含尘雨水作为污水，《港口工程环境保护设计规范》（JTS 149-1-2007）的4.3.2给出的是总量（W总，m3），即小于等于W总的污水不能排放。针对第二个目的，排水沟末端流量应与污水处理厂的能力（Q厂，m3/s）相匹配。如果排水沟流量小于污水处理厂处理能力，则需要在污水处理厂设置调节池以调节水量。针对第三个目的，为使堆场积水尽快排除，溢流流量（Q溢，m3/s）越大越有利。

2.2 关于设计参数

W总—堆场径流量，也就是需要接收和处理的含尘污水总量，单位：m3。

Q厂—污水处理厂的处理能力，单位：m3/s。

Q溢—堆场即将积水时，排水沟用于溢流的流量，单位：m3/s。

Q设—堆场即将积水时，排水沟的设计流量，单位：m3/s。

排水沟、污水处理厂等的接收能力总和应大于等于W总，本文考虑排水沟的容积大于等于W总，从工程环境保护角度，是较有利的。

因为排水沟的设计流量应同时满足Q厂和Q溢，所以排水沟的设计流量（Q设，m3/s）应取 Q厂和Q溢的大值。本文考虑 Q溢大于 Q厂这种情况，则Q设应大于等于Q溢。

综上所述，排水沟的设置应同时满足以下两个条件，容积大于等于W总，设计流量Q设≥Q溢。

2.3 工艺过程

在实际运行中，以对降雨量的实际测量为基础，参考堆场堆货饱满程度，确定闸门启闭，以实现本文推荐的工艺过程。如果降雨量超过设计日降雨量，并且强度较大，已经造成堆场积水，应开启溢流闸门。

根据这个思路设计的排水沟主要为如下4个工艺过程：

1）对于建设规模内的雨水，收集并处理。

2）对于超过建设规模的雨水，收集并溢流。

3）设备检修。

4）清沟。

3 排水沟设置方法

3.1 关于堆场径流系数

《港口工程环境保护设计规范》（JTS149-1-07）中4.3.2，说明计算堆场径流雨水量时，堆场径流系数取0.1～0.2。如果堆场处于堆满状态，堆场综合径流系数取值接近绿地（φ =0.15）是合理的。如果堆场货物很少，甚至在空货状态下，堆场就是联锁块铺面，径流系数应取 0.6。空货与满货状态径流系数之比为（3～6）:1，对于任一规模的降雨，堆场空货与满货状态产生的含尘雨水量之比为（3～6）:1。也就是说，在堆场堆货不饱满情况下，堆场径流系数取0.1～0.2时，公式（1）计算的排水沟规模偏小，每年堆场有可能发生数次积水。

由于堆场饱满程度具有不确定性，本文堆场综合径流系数设计值按照整个堆场的一半面积堆货考虑，即：

本文建议φ 取0.4～0.5。

则堆场径流量W总（单位：m3）可按下式计算：

式中：

W总为堆场径流量，m3；

h为设计日降雨深，m；

F为设计区域的汇水面积，m2；

φ 为径流系数，取0.4～0.5。

3.2 考虑收集功能的排水沟尺度

本文推荐排水沟总容积能够容纳堆场径流量W总（或其一部分），相应的，各段排水沟能够容纳对应堆场的径流量，即：

式中：

Ai为第i段排水沟的断面积，m2；

li为第i段排水沟的长度，m；

φ为径流系数；

si为第i段排水沟的汇水面积，m2；

r为设计降雨量，m；

j为收集设计降雨量的百分数，建议取值范围为0.9～1；

Wi为本汇水面积宽度，m；

Li为本汇水面积长度，m。

一般情况下，Li=li，则：

3.3 考虑溢流功能的排水沟尺度

如果实际径流量大于设计降雨径流量，排水沟已满且堆场明显积水，应开启闸门，溢流超量的径流。

堆场即将积水时，排水沟过流能力Q设（等于排水沟溢流能力Q溢）计算采用曼宁公式（manning formula）：

对于矩形排水沟，上式中：

式中：

v为流速，单位：m/s；

J为沟底坡度；

n为粗糙系数；

b为沟宽，单位：m；

h为排水沟水深，单位：m；

Q设为排水沟设计流量，单位：m3/s；

A为排水沟断面积，单位：m2。

4 结 语

本文给出港口大型散货堆场排水沟的另一个设计方法，推荐的排水沟计算方法在满足工程要求前提下偏保守。按照此方法设置排水沟，其正常运行时的实际污水接收量和过流能力将大于设计值。在此基础上，有兴趣的读者可以与现行设置方法做初步的技术经济比较。

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

潘忆军（1968-），男，高级工程师，主要从事港口工程环境保护设计工作。