生活垃圾衛生填埋場截排洪設施設計與研究

姚 潔，潘曉峰，靳俊平，郝麗華，李 妍

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074）

垃圾填埋場截排洪設施存在一定特殊性，如對于洪峰流量精度要求低，但短距離內存在連續陡坡等。筆者針對垃圾填埋場截排洪設施設計的特殊性，結合類似項目，從匯水面積測算、洪峰流量估算、截洪溝水力計算等方面總結提出一套合理完整的截洪溝設計計算方法。

1 防洪標準

依據建標124—2009生活垃圾衛生填埋處理工程項目建設標準，生活垃圾衛生填埋處理工程排水能力應按照50 a一遇、100 a校核設計，以此作為截洪溝設計的防洪標準。

2 匯水面積

匯水面積F指截排洪設施的集雨面積，是計算其洪峰流量的重要依據。匯水面積的邊界線是由一系列的山脊線、鞍部圍合成的封閉區域。封閉區域內匯集的雨水全部流入截洪溝內，封閉區域的面積即為匯水面積。

建設單位提供的1∶500或者1∶1 000地形圖一般不能完整地反映擬建工程的實際匯水面積，需要對1∶10 000地形圖進一步研究，合理精準確定匯水面積，并以此作為洪峰流量的基礎數據。

3 洪峰流量估算

洪峰流量一般應以水利部門提供的水文分析報告作為設計依據，對于沒有實測數據的擬建場區可采用小流域經驗公式或者暴雨流量計算公式確定。洪峰流量計算公式比較多，常見的計算方法有洪峰流量模數等值線圖法、經驗公式法、地區綜合法、暴雨產匯流法。地區綜合法和洪峰流量模數法需要在擬建場址附近有水文站的連續觀測數據，針對市政環衛工程匯水面積相對小，對誤差不敏感的特點，宜采用小流域經驗公式或者暴雨產匯流法估算洪峰流量。

按洪水匯流計算規范，無實測流量資料的地區，匯水面積較小的流域，擬采用公路科學研究所經驗公式［1］：

式中：QP為洪峰流量，m3/s；K為相應于設計頻率的徑流模數，由當地氣象、水文資料查取或相關部門提供（見表1）；F為匯水面積（km2）；n為面積參數，F＜1 km2時，n=1；當1 km2＜F＜10 km2時，按照表2選用。

表1 徑流模數K取值

表2 面積參數n取值

4 截洪溝水力計算

截洪溝經常布置在山高坡陡的地段，坡度、斷面尺寸和流態變化，特別是在陡坡急流處呈漸變式，為簡化計算，在通常設計中，截洪溝內設計水流按照恒定均勻流考慮，并設置一定的安全超高。

1）截洪溝設計流量計算公式：

式中：Q為設計流量（m3/s）；A為過水斷面（m2）；v為流速（m/s）。

2） 設計流速公式采用明渠流謝才-滿寧公式［2］：

式中：v為水流斷面平均流速（m/s）；n為溝槽粗糙系數（糙率）；R為水力半徑；i為水力坡降。

3）水力半徑為過水斷面面積與濕周之比，表達式為：

式中：A為過水斷面面積；X為濕周長度。

5 斷面形式及結構材料

5.1 斷面形式

截洪溝的斷面常有矩形、倒梯形、直角梯形等3種形式。各種斷面各有特點，矩形斷面具有節約工程占地、土石方量較小等優點而被廣泛采用，但是當斷面尺寸大于2 m時應復核其結構穩定性。倒梯形斷面占地面積相對大，一般是矩形斷面的2～3倍，其斷面形式有利于匯集雨水，結構穩定性好，在大型排水渠中較為常見。直角梯形占地面積介于矩形和倒梯形之間，占地面積適中，且便于匯集雨水，建議在占地面積允許的條件下盡量采用直角梯形的斷面形式。

以上3種斷面的水力最優斷面寬深比：

式中：βm為最優斷面寬深比；bm為前優斷面寬度；hm為最優斷面深度，m為邊坡系數。

由公式（5）可知，矩形斷面溝體設計溝寬與設計過水深最佳比值為2∶1，在實際設計過程中市政環衛工程項目用地較為緊張，寬深比常為1∶1左右。倒梯形和直角梯形的邊坡系數m常采用1∶0.75～1∶1，寬深比為 0.83～1。

5.2 結構材料

截洪溝溝體應全程防滲漏，截洪溝砌筑材料可分為磚砌、漿砌石、毛石混凝土和鋼筋混凝土，也可采用預制鋼筋混凝土溝。砌筑材料的選擇與地質條件、材料來源及使用年限有關。磚砌溝常用于臨時截洪溝的砌筑，其耐用性及強度最低，材料易于取得，造價最低。漿砌石或毛石混凝土材料來源廣泛，強度和造價適中，是最為常見的截洪溝砌筑材料。鋼筋混凝土溝和預制鋼筋砼溝造價較高，整體性能好，抗沖刷能力優，在沉降較大的軟土或垃圾堆體上應用較多。

為便于溝體的砌筑，溝底寬度一般不應小于0.4 m。

6結 論

1）對填埋場截排洪設施的設計流程是：先對全場截排洪設施粗定走向、路由和寬深，針對復雜項目，還應該對路由進行多方案比選確定最佳路由。根據防洪標準、匯水面積對場區的洪峰流量進行計算，然后對截排洪設施過流能力即設計流量進行計算，確保設計流量不小于洪峰流量，同時預留0.2～0.3 m設計超高，以確定截排洪設施最終斷面尺寸及形式。最后根據項目的地質情況材料來源和使用年限確定截排洪設施的結構材料。

2）填埋場中經常會出現高差大、坡度陡的截洪溝，建議采用連續陡坡或跌水結合消力池的做法處理；穿過道路等設施宜設計蓋板溝或涵洞。實際設計過程中，由于地形限制、雨水含沙量、潮汐等須視具體情況設置跌水、涵洞、谷坊、涵閘、渡槽、倒虹吸，這些水工構筑物計算較繁瑣，應多方案比選，確定最經濟合理方案。

［1］給水排水設計手冊.第7冊—城鎮防洪［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2000.

［2］室外排水設計規范（2014年版）［M］.北京：中國計劃出版社，2014.