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小型生活垃圾填埋场设计洪水计算方法的选择 苟剑锋 1 徐燕 1 曾正中 1 李勃 2 1． 兰州大学资源环境学院环境科学与工程系，兰州 730000; 2． 中国市政工程西北设计研究院有限公司，兰州 730070 摘要 以甘肃省静宁县威戎镇生活垃圾填埋场为例， 对目前在计算小型生活垃圾填埋场洪峰流量时通常采用的几种方 法进行了比较及合理性分析。研究认为， 对于上游汇水面积为特小流域的小型生活垃圾填埋场， 设计洪水的防洪标准 应按照 50 年一遇设计、 100 年一遇校核， 按照有、 无降雨资料推荐了合理的计算公式， 为小型生活垃圾填埋场设计洪 水计算方法的确定提供了参考。 关键词 生活垃圾;填埋场;设计洪水;计算方法 SELECTION OF FLOOD DESIGNING CALCULATION S FOR SMALL- SCALE SOLID WASTE LANDFILL Gou Jianfeng1Xu Yan1Zeng Zhengzhong1Li Bo2 1． Department of Environmental Science and Engineering，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China; 2． Northwest Design and Research Institute Co． ，Ltd，China Municipal Engineering，Lanzhou 730070，China AbstractSeveral flood designing calculation s commonly used in the peak flow of the small-scale solid waste landfill were compared and a rational analysis was also made，according to the landfill in Weirong Town，Jingning County， Gansu Province． Studies suggest that，for the small-scale solid waste landfill whose upstream catchment was a very small basin， standard of flood control designing should be in accordance with a return period of 50 years，verification of 100 years，and the reasonable calculation ula was recommended by rainfall data． Some specific schemes were proposed for the flood designing calculation of the small-scale solid waste landfill． Keywordsmunicipal solid waste;landfill;designed flood;calculation 0引言 防洪措施设计是生活垃圾填埋场设计中重要的 内容之一， 填埋场特别是山谷型填埋场上游往往存在 大面积的汇水区域 ［1］， 填埋场上游洪水导排主要有 拦洪坝、 泄洪暗渠、 洪水提升泵站、 排水井等方式 ［2］。 防洪措施设计中洪水导排方式和相应截洪沟断面计 算与众多因素有关， 但不管填埋场上游洪水导排采取 哪种方式， 洪水设计计算不合理将会影响填埋场安全 运行并造成防洪费用的浪费。结合甘肃省静宁县威 戎镇生活垃圾填埋场设计实例， 对小型生活垃圾填埋 场设计洪水计算方法的选择进行了探讨， 为小型生活 垃圾填埋场设计洪水的确定提供借鉴和参考。 1工程概况 威戎镇位于甘肃省东部静宁县以南， 地处六盘山 与华家岭之间， 为黄土高原丘陵地区， 属暖温带半湿 润半干旱气候， 河流以葫芦河为干流， 其东西两侧有 高界河、 红寺河、 甘渭子河等 9 条支流。年平均气温 7. 1 ℃ ， 年平均降雨量 为450. 8 mm， 年均蒸发量为 1 469 mm， 常年主导风向 NW， 夏季主导风向 N。 威戎镇生活垃圾填埋场选址位于镇区东北方向 2 km处的堡子湾天然沟谷， 公路距离5 km， 为山谷型 生活垃圾填埋场， 采用卫生填埋作为生活垃圾处理工 艺。日平均处理生活垃圾45 t， 有效容积 31 万 m3 ， 总 容积 36 万 m3， 设计使用年限为15 年， 库区防渗措施 选用 HDPE 膜 压实土壤的复合防渗结构， 渗滤液处 理采用回喷处理方法， 建设规模为Ⅳ类垃圾填埋场。 工程总占地 6. 41 万 m2， 其中垃圾填埋区 包括 防火带 4. 23 万 m2， 绿化区 0. 81 万 m2， 生产生活辅 28 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 助区 0. 108 万 m2， 覆土备料场 0. 50 万 m2， 道路 0. 77 万 m2。项目投资主要包括填埋场、 垃圾收运车辆及 进场道路、 生产生活辅助区等辅助工程投资， 总投资 额 1270 万元。本工程经前期可行性研究选址论证、 初步设计审查， 目前即将开始施工兴建。 2工程方案总体布置 工程场址远离城区水源地及人口聚居区。堡子 湾天然沟道呈东南→西北走向， 为黄土 U 形沟谷， 地 形连绵起伏， 沟道总长约910 m， 高差约130 m， 沟底 坡度 7 ～ 20 ， 两侧山坡仰角为 30 ～ 50， 沟深 20 ～ 50 m， 沟底下伏砂质泥岩。在沟脑位置分叉为三 条小支沟， 支沟沟底坡度较陡， 延伸至上游沟脑位置 尖没。 结合填埋场自然地形， 为便于后续利用， 从沟道 中段修建垃圾坝， 沟道上游填埋垃圾， 利用沟道长约 450 m， 沟底自然坡度平均为 14. 03 ， 沟底宽度为 5 ～ 30 m， 原始边坡坡度为 30 ～ 50。为保证有效库 容， 库区左岸、 右岸边坡削挖， 作为垃圾库的边坡， 库 底整平纵坡为 9. 0 ， 在垃圾填埋库的下游设置垃圾 坝， 围成一座占地约 4. 23 万 m2的垃圾填埋库， 垃圾 坝长68 m， 最大坝高23 m。 为防止沟道上游洪水进入填埋区， 截洪沟修建在 侧壁削挖形成的侧壁顶面锚固平台， 上游洪水经左、 右岸截洪沟最终导排至垃圾坝下游沟道。根据总体 设计布局、 分区建设的原则， 考虑到本工程服务期为 15 年， 根据本工程的具体特点， 在库区各级水平锚固 平台上分别设置截水沟， 以实现分区填埋、 雨污分流。 其中第一级水平锚固平台末端布设排水穿坝管， 侧壁 雨水经排水穿坝管导排至垃圾坝外坝坡马道截水沟 排出; 其余各级锚固平台截水沟与库区左岸、 右岸截 洪沟相接导排侧壁雨水。 填埋场主体工程设计内容主要有场区道路、 场地 整平、 防渗工程、 坝体工程、 渗沥液收集处理、 填埋气体 导排、 封场工程、 环境监测、 填埋作业等。配套工程设 计内容主要有进场道路、 供配电、 给排水、 覆土备料场、 生产生活辅助区设施等。工程方案总体布置见图 1。 图 1工程方案总体布置 3小型生活垃圾填埋场设计洪水计算方法选择 3. 1防洪标准 GB 168892008生活垃圾填埋场污染控制标 准 规定生活垃圾填埋场各个系统在设计时应保证 能及时、 有效地导排雨、 污水， 但对于防洪标准并没有 明确的规定。 建标 1242009生活垃圾卫生填埋处理工程项 目建设标准 规定填埋场的防洪标准应按照不小于 50 年一遇洪水位考虑， 填埋场排水能力应按照 50 年 一遇设计、 100 年校核， 并遵循 GB 168892008、 GB 5020194防洪标准 和 CJJ 5092城市防洪工程 设计规范 的技术要求。 建标 1492010小城镇生活垃圾处理工程建设 标准 规定防洪标准应满足当地的设防要求。 日处理规模为 100 t/d 以下的小型生活垃圾填埋 场在工程设计时， 按照人均生活垃圾产生量1. 2 kg/d 38 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 计算， 一般均是规模在 10 万人以下的小城镇， 按照建 标 1492010 所规定防洪标准应满足当地的设防要 求， 则相关的标准 GB 5020194 要求一般城镇防洪 设计标准为 50 ～ 20 年; CJJ5092 要求山洪防洪标准 仅为 5 ～ 10 年。考虑到建标 1242009 规定垃圾产 生量小的填埋场正常使用年限为 15 ～ 20 年， 且填埋 场封场后稳定化还需相当长的时间， 从保证填埋场封 场后的安全角度考虑， 设计洪水的防洪标准应按照建 标 1242009 规定的 50 年一遇设计、 100 年一遇校 核， 防洪标准降低将不利于工程安全运行。 3. 2计算方法选择 推求设计洪水洪峰流量的方法主要有以下几 种 ［3］ 由流量资料推求设计洪水; 由暴雨资料推求设 计洪水; 由推理公式和地区经验公式推求设计洪峰流 量; 地区综合法推求洪峰流量; 由水文气象资料推求 可能最大洪水。 生活垃圾填埋场上游汇水面积过大， 会造成截 洪、 排洪费用增加， 一般在选址阶段均应避免选择此 类场地作为场址。经调查甘肃省已建成、 在建及待建 的填埋场上游汇水面积绝大部分均不超过2 km2 ， 设 计洪 水 计 算可以 认定 为特 小 流域 一 般10 km2以 下 ［4］的暴雨洪水计算。目前设计部门在生活垃圾 填埋场洪峰流量计算通常有以下几种方法 3. 2. 1水利电力科学研究所经验公式 汇水面积在 100 km2以内， 用式 1 计算。 Qp KSpF 2 3 1 式中 K 为洪峰流量参数; Sp为暴雨雨力， mm/h; F 为 集雨面积， km2; QP为设计洪水洪峰流量，m3/s。 3. 2. 2公路科学研究所经验公式 汇水面积小于 10 km2， 由式 2 计算。 Qp KFn 2 式中 K 为径流模数; n 为面积参数。 当有降雨资料时， 可用式 3 计算。 Qp CSF 2 3 3 式中 C 为系数， 按地貌确定; S 为相当于设计频率的 1h 降雨量， 可自当地雨量站取得，mm。 当汇水面积小于 3 km2时， 也可按式 4 计算。 Qp CSF 4 3. 2. 3各省水文图集经验公式 本工程场地所在区为葫芦河干流， 按照甘肃省 水文图集 ［5］中经验公式 5 计算 葫芦河干流汇水面积小于 2 800km2。 Qp qF 5 q 4． 30 F0． 306 50 年一遇 q 5． 34 F0． 306 100 年一遇 式中 q 为洪峰流量模数， m3/ s km2 。 4设计洪水计算与结果的合理性分析 4. 1设计洪水计算 根据当地气象资料统计的20 a间每年1 h最大降 雨量数据， 由皮尔逊Ⅲ型 － 适线法计算50 年一遇、 100 a一遇1 h最大降雨量分别为 31. 2， 33. 9 mm; 根据 现场 1∶ 1 000 地 形 图 计 算 填 埋 场 上 游 汇 水 面 积 为 0. 323 km2。根据前述公式计算洪峰流量见表 1。 表 1洪峰流量计算结果 项目计算公式参数 洪峰流量 / m3s － 1 21 水利电力科学研究所经验公式 1K 0. 426. 176. 70 Sp31. 2 mm 2 ; 33. 9 mm 1 F0. 323 km2 公路科学研究所经验公式 2K 10. 2 2 ; 12. 24 1 3. 293. 95 n 1 F ＜ 1 km2 3C 0. 426. 176. 70 S 31. 2 mm 2 ; 33. 9 mm 1 4C 0. 424. 234. 60 S 31. 2 mm 2 ; 33. 9 mm 1 甘肃省水文图集 经验公式 5q 6. 08 m3/ s km2 2 ; 1. 962. 44 7. 55 m3/ s km2 1 4. 2计算结果的合理性分析 以上计算方法中， 采用甘肃省水文图集 中经 验公式得到的洪峰流量最小。由于该公式适合于流 域面积较 大 洪峰 流 量计 算， 本 工 程 集 雨 面 积 仅 为 48 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 0. 323 km2， 属于特小流域， 采用此公式计算结果可靠 性较差， 故不能用于后续防洪措施渠道截面计算。 水利电力科学研究所与公路科学研究所经验公 式均采用洪峰流量模数法。水利电力科学研究所公 式限定为汇水面积在100 km2以内， 需要当地雨量站 提供相应降雨频率的资料， 与公路科学研究所经验公 式在汇水面积小于10 km2、 有降雨资料时的计算方法 类似， 计算结果相同。经查阅式 1、 式 2 中相应的参 数 K 洪峰流量参数 和 C 系数， 按地貌确定 取值按 石山区、 丘陵区、 黄土丘陵区、 平原区取值范围相同， 只是式中参数 K 在选取时考虑了如坡度、 径流系数、 集流流速等更多因素的影响。 公路科学研究所经验公式中三种方法计算结果 相差较大， 汇水面积小于10 km2， 没有降雨资料时计 算值最小， 有降雨资料时计算值最大; 当汇水面积小 于3 km2， 有降雨资料时计算值适中。 建标 1492010 中虽然没有明确规定洪峰流量 计算的具体方法， 但提到利用公式 Qp KFn反推算 汇水面积， 并建议汇水面积上限宜控制在0. 3 km2以 内。由于公路科学研究所经验公式是在大量工程实践 中总结出来的特小流域的洪峰流量计算公式， 准确度 相对较高， 最适合小型生活垃圾填埋场洪峰流量计算。 故本工程采用公路科学研究所经验公式中当汇 水面积小于3 km2、 有降雨资料时的洪峰流量计算值 4. 23 m3/s 2 、 4. 60 m3/s 1 进行后续排水渠道 断面尺寸设计。 5结语 对于日处理规模为 100 t 以下的小型生活垃圾填 埋场， 从工程安全运行考虑， 设计洪水的防洪标准应 按照 50 年一遇设计、 100 年一遇校核。对于上游汇 水面积小于3 km2的小型生活垃圾填埋场， 当有降雨 资料时可采用公路科学研究所经验公式 Qp CSF 直 接进行洪峰流量计算， 在无法收集到降雨资料时可按 Qp KFn进行洪峰流量计算。该工程设计洪水计算 方法选择可为我国小型生活垃圾填埋场设计提供借 鉴。 参考文献 ［1］何晟， 兰吉武， 詹良通． 南方山谷型填埋场渗滤液产量及水位 控制措施［J］． 中国给水排水，2010， 26 8 1- 5． ［2］张弛， 朱小娟， 王增长． 垃圾填埋场雨污分流的措施探讨［J］． 环境科学与技术，2009， 32 2 203- 205． ［3］中国市政工程东北设计研究院． 给水排水设计手册 第 7 册 城 镇防洪［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 2000 51． ［4］董秀颖， 刘金清， 叶莉莉． 特小流域洪水计算概论［J］． 水文， 2007， 27 5 46- 48． ［5］甘肃省水利局水文总站． 甘肃省水文图集［M］． 兰州 甘肃省 水利局水文总站， 1978． 作者通信处苟剑锋730000兰州大学资源环境学院环境工程研 究所 电话 0931 8912574 E- mailgoujf lzu． edu． cn 2011 － 12 － 26 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 41 页 在高浓度 COD 和氯化钠环境下， 经过 4 个月时间逐 渐驯化出具有高降解活性的耐盐污泥， 通过调试效果 分析可知 如果活性污泥系统的进水盐度避免大幅度 急剧增加或减少， 活性污泥经过足够时间的驯化， 可 逐渐适应高达3 0000 mg/L氯化钠浓度的 CMC 废水 环境。 羧甲基纤维素 CMC 生产废水由于其精馏系统 排 放 废 水 ρ COD高 达 35 000 mg/L， ρ Cl － 高 达 27 000 mg/L以上， 但具有较好的生化性， 因此关键是 要驯化出耐高盐型活性污泥， 系统经过清水试车联动 并依梯度启动各单元调试， 在逐渐提高进水中氯离子 和有机物浓度的情况下， 以 TDS 作为参考指标， 经过 120 d 的 驯 化 培 养，生 化 系 统 中 ρ Cl － 上 升 到 20 000 mg/L时， COD 依 然 保 持 较 高 的 处 理 效 率， MBR 系统出水稳定达标。 参考文献 ［1］裴烨青， 陈志辉， 周恭明， 等． MBBR 工艺中不同曝气方式充氧 效率的比较及工程应用［J］． 环境工程，2011， 29 1 5- 9． ［2］高俊发， 王社平． 污水处理厂工艺设计手册［M］． 北京 化学工 业出版社， 2003． ［3］贺延龄． 废水的厌氧生物处理［M］． 北京 中国轻工业出版社， 1998． ［4］汤立炯， 张明． UASB接触氧化处理高浓度有机废水试验研究 ［J］． 净水技术， 2002 3 22- 24． 作者通信处杨军430070武汉市武昌区中山路 450 号中船重工 环境工程有限公司 电话 027 88061817 E- mailzhwl1107 163． com 2012 － 02 － 17 收稿 58 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期