城市建设项目沉沙池措施设计方法初探

喻 谦

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

城市建设项目沉沙池措施设计方法初探

喻 谦

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

针对城市建设项目水土流失防治措施沉沙池设计现实需要，分别依据不同类型工程区的地表土壤颗粒级配条件，应用不同的计算模型、参数和方法，取得不同的设计结构选型，通过结构优选可行性分析和现实工程应用研究，提出不同类型工程沉沙池设计选型的适用性意见。

城市建设项目；水土保持；沉沙池；设计

1 问题的提出

在城市生产建设项目中，为避免或降低水土流失对城市市政管网、下游河道及周边区域景观的不利影响，通常需要设置临时排水沉沙设施。GB 50433 — 2008《开发建设项目水土保持技术规范》[1]第12.3.5条规定了“沉沙池的设计施工应遵循国家行业标准SL 269 — 2001《水利水电工程沉沙池设计规范》”[2]。根据《水利水电工程沉沙池设计规范》中的计算模型，在计算沉沙池尺寸时，需根据沉沙池上游来水的含沙量、泥沙级配、泥沙密度等参数，对沉沙池分段、分泥沙粒径计算沉降率，再根据沉降率试算确定沉沙池尺寸。而城市建设项目以平原区点式工程为主，相对来说场地布置条件有限，难以布置水力冲洗式沉沙池，且场地相对封闭、汇水区范围较小，也不具备获取相关参数的条件。除《水利水电工程沉沙池设计规范》外，在GB/T 16453.4 — 2008《水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程》[3]和GB 50288 — 99《灌溉及排水工程设计规范》[4]中也提出了沉沙池设计的方法和要求。相比较而言，后2项规范的沉沙池设计更贴近于城市项目的实际。因此，结合城市工程建设实际，以浙江省某城市点式建设项目为例，对上述规范提出的沉沙池设计要求进行分析和探讨，应用不同的计算模型、参数和方法，取得相应的设计结构选型，进行沉沙池设计选型分析，优选推荐适用于城市不同类型建设项目沉沙池设计的方法。

2 设计要素

在《灌溉及排水工程设计规范》（以下简称“灌排规范方法”）和《水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程》（以下简称“蓄排引水规范方法”）中，沉沙池设计主要考虑其所处区间水文气象条件、设计洪峰流量、设计泥沙最小沉降粒径等因素参数。

2.1 水文气象条件

项目区属亚热带季风气候区，冬夏季季风交替显著，年温适中，四季分明，雨量丰沛，日照充足。年均气温16.4 ℃，年降水量1 500.0 mm，年蒸发量1 292.7 mm，年均风速2.5 m/s，最大风速24.3 m/s，相应风向N。降水主要集中在4 — 10月，以春末夏初的梅雨期和台风雨期为主。根据《浙江省短历时暴雨》，查算各历时设计暴雨参数，工程所在地区5 a一遇最大1 h降水量为55.5 mm。

2.2 设计洪峰流量

沉沙池按临时措施考虑，防洪标准为5 a一遇（取临时场地防洪标准1 ～ 5 a的高值），相应洪峰流量计算公式按GB 50433 — 2008《开发建设项目水土保持技术规范》如下：

式中：Qb为最大洪峰流量，m3/s；K为径流系数；I为降雨强度，mm/h；F为汇水面积，km2。

根据暴雨强度公式，项目区5 a一遇1 h最大降雨强度为55.5 mm；施工期综合径流系数取0.60；参照以往项目经验，单个沉沙池集雨范围取为1.50 hm2。根据公式（1）计算设计洪峰流量为0.139 m3/s。

2.3 设计泥沙最小沉降粒径

根据土工试验成果，选取项目所在地3份地表土壤土样，其颗粒级配见表1。

表1 地表土壤颗粒级配组成表

土样1泥沙最小沉降粒径取为0.100 mm，土样2泥沙最小沉降粒径取为0.200 mm，土样3泥沙最小沉降粒径取为0.150 mm，可满足《水利水电工程沉沙池设计规范》中沉沙池泥沙沉降率大于80%的要求。

3 计算选型

3.1 灌排规范方法

结合城市建设项目实际，人工清淤沉沙池型式，多用矩形断面，为便于后期清淤，沉沙池深度取为1.50 m。

沉沙池工作宽度：

式中：BP为沉沙池工作宽度，m；QP为通过沉沙池的工作流量（取沉沙池设计集雨范围的设计流量0.139 m3/s）；Hp为沉沙池工作水深（取沉沙池深度的70%，即1.05 m）；V为沉沙池平均流速（根据沉沙池可能沉淀的泥沙粒径考虑，土样1取为0.10 m/s，土样2取为0.20 m/s，土样3取为0.15 m/s）。

经计算得土样1沉沙池工作宽度为1.32 m，取为1.50 m；土样2沉沙池工作宽度为0.66 m，取为0.80 m；土样3沉沙池工作宽度为0.88 m，取为1.00 m。

沉沙池工作长度：

式中：LP为沉沙池工作长度，m；δ为安全系数（取1.2）；Hp为沉沙池工作水深，取1.05 m；V为沉沙池平均流速，土样1取为0.10 m/s，土样2取为0.20 m/s，土样3取为0.15 m/s；ω为泥沙沉降速度，按水温20 ℃查《灌溉及排水工程设计规范》附录D得土样1为6.12 mm/s，土样2为17.90 mm/s，土样3为11.80 mm/s。

经计算得土样1沉沙池工作长度为20.59 m，取为21.00 m；土样2沉沙池工作长度为14.08 m，取为15.00 m；土样3沉沙池工作长度为16.02 m，取为17.00 m。

综合以上土样1沉沙池尺寸取为长21.00 m×宽1.50 m×深1.50 m，土样2沉沙池尺寸取为长15.00 m×宽0.80 m×深1.50 m，土样3沉沙池尺寸取为长17.00 m×宽1.00 m×深1.50 m。

3.2 蓄排引水规范方法

结合城市项目实际，沉沙池型式采用人工清淤的沉沙池拟用长方形矩形断面沉沙池，为便于后期清淤，沉沙池深度取为1.50 m。

与沉沙池配套布置的临时排水沟采用梯形断面，底宽0.40 m，深0.40 m，边坡1∶0.5，顶宽0.80 m，沟身采用2 cm厚M7.5砂浆抹面。

排水沟尺寸及过流能力利用明渠均匀流公式计算。排水沟过流能力按照明渠均匀流计算公式进行复核。明渠均匀流计算见公式(4)：

式中：Q为流量，m3/s；A为断面面积，m2；n为糙率，砂浆抹面排水沟取0.013；R为水力半径，m；J为比降，取0.002。

经计算，临时排水沟过水能力为0.269 m3/s＞0.139 m3/s，满足设计流量。

根据GB/T 16453.4 — 2008《水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程》，沉沙池宽度取为排水沟宽度的2倍，长度为池体宽度的2倍。则沉沙池池体计算宽度为1.60 m，取为2.00 m，沉沙池长度为4.00 m。

综合以上沉沙池尺寸取为长4.00 m×宽2.00 m×深1.50 m。

4 结果分析

综合上述计算结果，设计选型成果见表2。

表2 设计选型成果表

在考虑便于人工清淤而采用同样沉沙池深度的情况下，按《灌溉及排水工程设计规范》计算的沉沙池容积比《水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程》设计沉沙池要大，且泥沙颗粒粒径越小时越大，当设计泥沙最小沉降粒径为0.200 mm时较为接近。主要原因在于《水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程》中对沉沙池沉降率的要求相对较低，适用于非居民密集区水土保持综合治理项目，且下游水质要求相对较低；而按《灌溉及排水工程设计规范》时设计泥沙最小沉降粒径取为0.100 ～ 0.200 mm，主要是为满足《水利水电工程沉沙池设计规范》中沉沙池泥沙沉降率大于80%的要求，防止泥沙对下游水利项目泵站水泵或水电站水轮机造成磨损，适用于下游水质要求较高，布置有泵站或水电站的项目。

城市建设项目的工程区来水经沉沙池缓流沉沙后，主要排放到城市市政排水管网或周边水渠中，对来水含沙量的要求较水土保持综合治理项目高，在水土保持沉沙池设计时，可按《灌溉及排水工程设计规范》进行，但受场地限制，条带型的沉沙池布置存在一定难度，可采取迷宫式多级沉沙池的设计[5]，利用沉沙池隔墙的阻挡作用，延长沉沙池工作长度，加大各厢室沿沉沙池轴线方向对沉沙池的阻力，在尽量提高沉沙池沉降率的情况下缩短沉沙池长度。

5 结 语

根据城市建设项目工程场地布置条件有限、周边敏感点较多、对水体含沙量要求高的实际情况，为提高水土保持设计精度，可在调查项目周边水体和市政管网对水体含沙量要求的情况下，确定沉沙池设计泥沙最小沉降粒径，当最小沉降泥沙粒径小于0.20 mm时参考《灌溉及排水工程设计规范》设计沉沙池，同时可采取迷宫式多级沉沙池的布局缩短沉沙池长度。

[1] 中华人民共和国水利部.GB 50433 — 2008开发建设项目水土保持技术规范[S].北京：中国计划出版社，2008．

[2] 水利部山西水利水电勘测设计研究院.SL 269 — 2001水利水电工程沉沙池设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

[3] 水利部水土保持司.GB/T 16453.4 — 2008水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程[S].北京：中国计划出版社，2009．

[4] 中华人民共和国水利部.GB 50288 — 99灌溉及排水工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，1999．

[5] 蒋定生，高鹏，徐学远，等.水窖沉沙池形式试验设计[J].农业工程学报，2001(9)：27 - 31．

（责任编辑 黄 超）

S157

：B

：1008 - 701X(2017)01 - 0025 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.008

2016-10-31

喻 谦(1984 - )，男，工程师，大学本科，主要从事水土保持方案编制、水土保持监测、水土保持设计及验收评估工作。E - mail：yu_q3@ecidi.com