華南地區(qū)D河道排水改造設(shè)計(jì)

陳尚智，甄豪波，林仲謀

（1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣州 510230；2.江門(mén)市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 江門(mén)529000）

1 概況

D河道位于華南地區(qū)某城鎮(zhèn)，全長(zhǎng)1.8km，流域內(nèi)以農(nóng)田魚(yú)塘為主。由于該河流的流域范圍已作為特色規(guī)劃建設(shè)，建成后的流域內(nèi)徑流量遠(yuǎn)大于原先設(shè)計(jì)的徑流量，河道過(guò)流能力不能滿(mǎn)足該區(qū)域的排水要求，因此，必須對(duì)D河道進(jìn)行綜合改造設(shè)計(jì)。

2 D河道現(xiàn)狀過(guò)流能力分析

按照水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，D河道的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度采用10年一遇，24h設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度191.88mm。采用平均排除法計(jì)算，從而確定D河道設(shè)計(jì)排水流量。按澇區(qū)集水總量和設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)計(jì)算設(shè)計(jì)流量。如式（1）：

式中Q為設(shè)計(jì)排水流量（m3/s）；Ci為各地類(lèi)徑流系數(shù)，參考值：水稻田、魚(yú)塘和河涌采用1.0；山崗、坡地、經(jīng)濟(jì)作物地類(lèi)采用0.7；村莊、道路采用0.7～0.9；城鎮(zhèn)不透水地面采用0.95；Ai為各地類(lèi)面積（km2）；Rp為設(shè)計(jì)暴雨量（mm）；Ei為各地蒸發(fā)量（mm），一般可采用4mm/d；hi為各地類(lèi)暫存水量（mm），水稻田采用40mm，魚(yú)塘采用50～100mm，河涌采用100mm；W1為水閘排水量（m3）；W2為截洪渠截流水量（m3）；W3為水庫(kù)、坑塘蓄滯水量（m3）；T為排澇歷時(shí)（s）；F為控制排水面積（km2）。

根據(jù)式（1），D河道現(xiàn)狀設(shè)計(jì)排澇流量如表1。

表1 D河道現(xiàn)狀產(chǎn)流計(jì)算成果

按照該流域的防洪排澇規(guī)劃，D河道該片區(qū)的水利排澇標(biāo)準(zhǔn)1d排干，排澇時(shí)間按22h計(jì)。預(yù)測(cè)澇區(qū)內(nèi)工業(yè)、生活污水排放量0.8m3/s，堤圍滲透量取0.01m3/s，則澇區(qū)的設(shè)計(jì) 排澇流量Q=Q雨+Q污+Q滲＝273.65/22/3600+0.80+0.01=35.36（m3/s）。

故本次采用35.36m3/s作為D河道總的設(shè)計(jì)排澇流量。

本次復(fù)核按照明渠均勻流進(jìn)行過(guò)流能力復(fù)核D河道的過(guò)流能力，計(jì)算如式（2）：

式中h為水深（m），取2.5m；n為渠床糙率，取0.025；Q為流量（m3/s），計(jì)算流量取38.02m3/s，設(shè)計(jì)流量取35.36m3/s；m為斷面邊坡系數(shù)，取2；i為渠道縱坡，取0.0003；b為斷面底寬（m），取10m；

經(jīng)典型斷面計(jì)算，結(jié)果滿(mǎn)足過(guò)流能力。

3 D河道排水改造設(shè)計(jì)

3.1 排水能力設(shè)計(jì)

3.1.1 改造后設(shè)計(jì)流量

本次改造河道長(zhǎng)1.86km，改造范圍內(nèi)河道匯水面積150hm2，D河道現(xiàn)狀周邊地塊均為菜地魚(yú)塘，現(xiàn)已被當(dāng)?shù)卣魇?，納入特色小鎮(zhèn)建設(shè)用地。開(kāi)發(fā)后D河道的徑流量勢(shì)必增加，因此對(duì)改造后的設(shè)計(jì)流量采用GB50014—2006 《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 進(jìn)行計(jì)算。暴雨強(qiáng)度如式（3）：

片區(qū)綜合徑流系數(shù)0.7，起點(diǎn)集水時(shí)間30min，重現(xiàn)期為2a，計(jì)算得片區(qū)水量為16m3/s，此外D河道起點(diǎn)兩條斷面尺寸分別為2～3.5m×2.5m和2～4m×2.5m的渠箱水量，合計(jì)轉(zhuǎn)輸水量為45m3/s，D河道的設(shè)計(jì)水量61m3/s，遠(yuǎn)大于10年一遇24h標(biāo)準(zhǔn)的35.36m3/s的水量。D河道過(guò)流斷面必須增大，才能滿(mǎn)足片區(qū)地塊開(kāi)發(fā)后的市政標(biāo)準(zhǔn)排水要求。計(jì)算改造后過(guò)水能力如表2。

表2 D河道改造后過(guò)水能力復(fù)核

3.1.2 河道水面線(xiàn)計(jì)算

以D河道下游最高澇水位7.41m作為本次水面線(xiàn)計(jì)算的起推水位，從下游往上游推算，改造后的D河道糙率取0.015。設(shè)計(jì)水面線(xiàn)計(jì)算成果如表3。

表3 D河道設(shè)計(jì)水面線(xiàn)計(jì)算成果

續(xù)表3

3.1.3 河道流量變化模擬分析

本次HYSWMM模型的匯流過(guò)程分地表匯流及管網(wǎng)匯流兩部分。地表匯流是地面徑流產(chǎn)生的過(guò)程，通過(guò)聯(lián)立求解連續(xù)方程和曼寧方程進(jìn)行模擬計(jì)算。管網(wǎng)匯流是將雨水管網(wǎng)內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為一維運(yùn)動(dòng)，通過(guò)求解圣維南方程組進(jìn)行計(jì)算。

HYSWMM軟件有恒定流、 運(yùn)動(dòng)波和動(dòng)態(tài)波3種方法計(jì)算不同復(fù)雜程度的水流運(yùn)動(dòng)，其中動(dòng)態(tài)波方法考慮了流體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量守恒及能量守恒，適合模擬管網(wǎng)和河道內(nèi)水流狀態(tài)。本工程設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)波方法模擬計(jì)算地表匯流及河道水流狀態(tài)。

采用降雨重現(xiàn)期為2a，降雨歷時(shí)2h （總降雨量78mm），暴雨參數(shù)選擇廣州，對(duì)D河道的流量進(jìn)行降雨過(guò)程模擬，模擬結(jié)果如圖1。

圖1 D河道模擬流量變化曲線(xiàn)

從圖1可知，在2年一遇降雨歷時(shí)為2h的降雨過(guò)程中，當(dāng)開(kāi)始降雨后的1.5h后，D河道的模擬流量達(dá)最大值，最大流量59.8m3/s，與設(shè)計(jì)流量近似。

3.2 河道橫斷面設(shè)計(jì)

D河道的設(shè)計(jì)底寬為25m，盡量保持河道流速均勻。北側(cè)通過(guò)景觀綠化帶與規(guī)劃商業(yè)大道人行道平面接順，南側(cè)景觀綠化帶與北側(cè)平齊，以1∶2的坡度放坡至現(xiàn)狀地面；南北側(cè)自人行步道邊以1∶2的坡度放坡至現(xiàn)狀地面。

本工程設(shè)計(jì)的D河道兩側(cè)采用重力式擋土墻配生態(tài)框進(jìn)行護(hù)岸。擋土墻墻身高度4.5m，墻厚2.25m，面墻坡比1∶0.3，背墻坡比1∶0.15，采用C20素混凝土結(jié)構(gòu)，墻身在常水位以上設(shè)置5層生態(tài)框，生態(tài)框內(nèi)填充碎石。擋土墻底板采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下鋪10cmC15素混凝土墊層及30cm碎石墊層。擋土墻根據(jù)地質(zhì)情況采用管樁基礎(chǔ)及天然地基基礎(chǔ)兩種基礎(chǔ)形式。管樁基礎(chǔ)采用φ500AB型PHC管樁，縱向間距1.8m。因此，D河道綠化工程均采用本地植物，其中喬木種植秋楓和宮粉紫荊，灌木種植紅繼木球及紅杜鵑球，河岸護(hù)坡植草采用紅花蔥蘭、白花蔥蘭混種。此外河道兩岸兩側(cè)的均設(shè)置人行步道，其路面結(jié)構(gòu)由上至下分別為3cm灰白色花崗巖磚、3cmM20預(yù)拌砂漿及15cm C30鋼筋混凝土。D河道改造后標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2。

圖2 D河道改造后標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展的不斷加快，原先的水利標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿(mǎn)足城鎮(zhèn)的排水要求，本次采用水力模型等軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明D河道改造后滿(mǎn)足排水要求。