华南地区D河道排水改造设计

陈尚智，甄豪波，林仲谋

（1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230；2.江门市市政工程设计院有限公司，广东 江门529000）

1 概况

D河道位于华南地区某城镇，全长1.8km，流域内以农田鱼塘为主。由于该河流的流域范围已作为特色规划建设，建成后的流域内径流量远大于原先设计的径流量，河道过流能力不能满足该区域的排水要求，因此，必须对D河道进行综合改造设计。

2 D河道现状过流能力分析

按照水利设计标准，D河道的现状设计暴雨强度采用10年一遇，24h设计暴雨强度191.88mm。采用平均排除法计算，从而确定D河道设计排水流量。按涝区集水总量和设计排涝历时计算设计流量。如式（1）：

式中Q为设计排水流量（m3/s）；Ci为各地类径流系数，参考值：水稻田、鱼塘和河涌采用1.0；山岗、坡地、经济作物地类采用0.7；村庄、道路采用0.7～0.9；城镇不透水地面采用0.95；Ai为各地类面积（km2）；Rp为设计暴雨量（mm）；Ei为各地蒸发量（mm），一般可采用4mm/d；hi为各地类暂存水量（mm），水稻田采用40mm，鱼塘采用50～100mm，河涌采用100mm；W1为水闸排水量（m3）；W2为截洪渠截流水量（m3）；W3为水库、坑塘蓄滞水量（m3）；T为排涝历时（s）；F为控制排水面积（km2）。

根据式（1），D河道现状设计排涝流量如表1。

表1 D河道现状产流计算成果

按照该流域的防洪排涝规划，D河道该片区的水利排涝标准1d排干，排涝时间按22h计。预测涝区内工业、生活污水排放量0.8m3/s，堤围渗透量取0.01m3/s，则涝区的设计 排涝流量Q=Q雨+Q污+Q渗＝273.65/22/3600+0.80+0.01=35.36（m3/s）。

故本次采用35.36m3/s作为D河道总的设计排涝流量。

本次复核按照明渠均匀流进行过流能力复核D河道的过流能力，计算如式（2）：

式中h为水深（m），取2.5m；n为渠床糙率，取0.025；Q为流量（m3/s），计算流量取38.02m3/s，设计流量取35.36m3/s；m为断面边坡系数，取2；i为渠道纵坡，取0.0003；b为断面底宽（m），取10m；

经典型断面计算，结果满足过流能力。

3 D河道排水改造设计

3.1 排水能力设计

3.1.1 改造后设计流量

本次改造河道长1.86km，改造范围内河道汇水面积150hm2，D河道现状周边地块均为菜地鱼塘，现已被当地政府征收，纳入特色小镇建设用地。开发后D河道的径流量势必增加，因此对改造后的设计流量采用GB50014—2006 《室外排水设计规范》 进行计算。暴雨强度如式（3）：

片区综合径流系数0.7，起点集水时间30min，重现期为2a，计算得片区水量为16m3/s，此外D河道起点两条断面尺寸分别为2～3.5m×2.5m和2～4m×2.5m的渠箱水量，合计转输水量为45m3/s，D河道的设计水量61m3/s，远大于10年一遇24h标准的35.36m3/s的水量。D河道过流断面必须增大，才能满足片区地块开发后的市政标准排水要求。计算改造后过水能力如表2。

表2 D河道改造后过水能力复核

3.1.2 河道水面线计算

以D河道下游最高涝水位7.41m作为本次水面线计算的起推水位，从下游往上游推算，改造后的D河道糙率取0.015。设计水面线计算成果如表3。

表3 D河道设计水面线计算成果

续表3

3.1.3 河道流量变化模拟分析

本次HYSWMM模型的汇流过程分地表汇流及管网汇流两部分。地表汇流是地面径流产生的过程，通过联立求解连续方程和曼宁方程进行模拟计算。管网汇流是将雨水管网内的水流运动简化为一维运动，通过求解圣维南方程组进行计算。

HYSWMM软件有恒定流、 运动波和动态波3种方法计算不同复杂程度的水流运动，其中动态波方法考虑了流体运动的质量守恒及能量守恒，适合模拟管网和河道内水流状态。本工程设计采用动态波方法模拟计算地表汇流及河道水流状态。

采用降雨重现期为2a，降雨历时2h （总降雨量78mm），暴雨参数选择广州，对D河道的流量进行降雨过程模拟，模拟结果如图1。

图1 D河道模拟流量变化曲线

从图1可知，在2年一遇降雨历时为2h的降雨过程中，当开始降雨后的1.5h后，D河道的模拟流量达最大值，最大流量59.8m3/s，与设计流量近似。

3.2 河道横断面设计

D河道的设计底宽为25m，尽量保持河道流速均匀。北侧通过景观绿化带与规划商业大道人行道平面接顺，南侧景观绿化带与北侧平齐，以1∶2的坡度放坡至现状地面；南北侧自人行步道边以1∶2的坡度放坡至现状地面。

本工程设计的D河道两侧采用重力式挡土墙配生态框进行护岸。挡土墙墙身高度4.5m，墙厚2.25m，面墙坡比1∶0.3，背墙坡比1∶0.15，采用C20素混凝土结构，墙身在常水位以上设置5层生态框，生态框内填充碎石。挡土墙底板采用C30钢筋混凝土结构，下铺10cmC15素混凝土垫层及30cm碎石垫层。挡土墙根据地质情况采用管桩基础及天然地基基础两种基础形式。管桩基础采用φ500AB型PHC管桩，纵向间距1.8m。因此，D河道绿化工程均采用本地植物，其中乔木种植秋枫和宫粉紫荆，灌木种植红继木球及红杜鹃球，河岸护坡植草采用红花葱兰、白花葱兰混种。此外河道两岸两侧的均设置人行步道，其路面结构由上至下分别为3cm灰白色花岗岩砖、3cmM20预拌砂浆及15cm C30钢筋混凝土。D河道改造后标准横断面如图2。

图2 D河道改造后标准横断面

4 结语

随着城镇化发展的不断加快，原先的水利标准已经不能满足城镇的排水要求，本次采用水力模型等软件对计算结果进行模拟分析，结果表明D河道改造后满足排水要求。