越南某鋼鐵項目廠內排水溝設計方法

(中冶長天國際工程有限責任公司 湖南 長沙 410205)

一、引言

本文通過越南某鋼鐵項目實例，根據《室外排水設計規范(2016年版)》(GB 50014-2006)、《臺塑河靜鋼鐵興業責任有限公司工廠設計統一技術規定(01版)》總結出一套設計廠內排水溝斷面尺寸的方法。

二、項目背景

該項目廠址位于越南河靜省永安經濟區，北距河內市約410km，南距胡志明市約1300km。本次設計廠區占地面積179520m2，東西長561m，南北寬320m，共布置有13條排水溝。根據場地排水方向和排水溝分布情況，廠分為13個匯水區域。

三、初步選擇排水溝

先暫定排水溝尺寸和水力坡降，然后計算出排水溝出口處的雨水設計流量QS和排水溝出口處的極限流量Q，若QS≤Q，則方案可行，否則應增加排水溝斷面尺寸或者水力坡降。

根據經驗暫定排水溝斷面尺寸，該項目排水溝為混凝土矩形明溝，起點溝深0.4米，溝寬0.5米，水力坡降2.5‰，溝長140～487不等。本文選取該項目匯水面積較大，溝長較長的1號排水溝作為計算實例。該溝溝寬固定，為0.5m，起點溝深0.4m，溝長470m，水力坡降2.5‰，終點溝深1.575m，平均溝深0.988m。

四、設計暴雨強度計算

(一)設計暴雨強度計算公式

當地暴雨強度計算公式按照越南交通運輸部編寫的道路橋梁水文水利計算手冊所對應的榮市區域(越南 vinh 地區)參數值進行暴雨強度計算，具體公式如下：

q=A0(1+ClgP)/(t+b0Pm)n

①

式中 q——設計暴雨強度[L/(s*hm2)];

t——降雨歷時(min);

P——設計重現期(年)，本次設計P=5年。

公式中參數值為：

A0=3430、b0=20、C=0.55、m=0.16、n=0.69。

排水溝的降雨歷時t，應按下列公式計算：

t=t1+mt2

②

式中 t1——地面集水時間(min)，應根據匯水距離、地形坡度和地面種類計算確定，一般采用5到10min，(本次設計取10min)；

m——水流障礙系數，本次設計取2.0；

t2——排水溝內雨水流行時間(min)。

排水溝內雨水流行時間t2，應按下列公式計算：

③

其中

l ——水溝長度(m)；

(二)溝內雨水流速

排水溝的雨水流速，應按下列公式計算：

④

式中 v——流速(m/s)；

R——水力半徑(m)；

I—— 水力坡降；

n——粗糙系數，取0.014。

排水溝的水力半徑，應按下列公式計算：

⑤

式中 R——水力半徑(m)；

A——有效斷面(m2)；

x——濕周。過流斷面上流體與固體壁面接觸的周界線，稱為濕周。

在矩形溝當中，有效斷面和濕周應按下列公式計算

A=bh

⑥

x=b+2h

⑦

式中 b——溝深；

h——水深。

計算時因排水溝平均設計水深無法確定，可用排水溝的平均極限水深代替平均設計水深。

⑧

(三)計算實例

將t2=6.64min，地面積水時間t1=10min，水流障礙系數m=2代入式②，可得降雨歷時t=23.28min。

將t=23.28min，設計重現期P=5年,參數A0=3430、b0=20、C=0.55、m=0.16、n=0.69代入式①，可得設計暴雨強度q=323.12 L/(s*hm2)。

五、雨水設計流量計算

雨水設計流量，應按下列公式計算：

QS=qψF

⑨

式中 Qs——雨水設計流量(L/s)；

q ——設計暴雨強度[L/(s·hm2)]；

Ψ ——徑流系數；

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F ——匯水面積(hm2)。

該項目1號溝匯水面積F=22300m2。

查《室外排水設計規范》，可知各種屋面，混凝土或瀝青路面徑流系數可取0.85～0.95，此處取Ψ=0.85。

將q=323.12 L/(s·hm2)，Ψ=0.85，F=22300 m2代入式⑨可得

Qs=612L/s=0.612 m3/s。

六、排水溝極限流量計算

排水灌渠的流量，應按下列公式計算：

Q=Av

⑩

A——水流有效斷面面積(m2)；

v——流速(m/s)。

將1號溝出口處的溝寬b=0.5,水深h=1.4帶入式⑥、⑦，可得A=0.7m2、x=3.3m。

將A、x帶入⑤，可得R=0.212m。

將n=0.014，R=0.212m和I=2.5‰ 帶入式⑤，可得v=1.27 m/s。

將v=1.27 m/s和A=0.7 m2帶入式⑩可得1號溝出口處Q=0.872 m3/s。

七、檢驗

1號溝出口處的雨水設計流量QS=0.612 m3/s,1號溝出口處的極限流量Q=0.872 m3/s。因QS≤Q，所以該水溝設計滿足廠區排雨水要求。

八、小結

本文通過越南某項目實例，對場內排水溝設計進行了總結，該方法可用于不同斷面形狀排水溝的尺寸設計和流量檢驗。

設計時需要的已知條件包括：

(一)初步選擇排水溝尺寸和材料。包括溝寬b，起點溝深h0，水力坡降I，溝長l，粗糙系數n。

(二)當地設計暴雨強度公式，設計重現期P。

(三)匯水面積F，徑流系數Ψ，地面積水時間t1。