農(nóng)村低洼地污水入河治理研究

□劉力鵬

隨著國(guó)家推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，農(nóng)村生活質(zhì)量大幅度提升，相應(yīng)農(nóng)村生活污水大幅度增加，農(nóng)村低洼地污（瀝）水的排水出路主要為河道，污水排放量日益的增加進(jìn)一步破壞河道水體生態(tài)環(huán)境，對(duì)農(nóng)村及其下游環(huán)境造成不同程度的污染。如何對(duì)農(nóng)村低洼地污水入河現(xiàn)狀進(jìn)行高效、環(huán)保地治理，已成為工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

1.工程概況

某渠位于華北平原，自西向東途徑多個(gè)市、縣及村莊，擔(dān)負(fù)著向下游灌區(qū)灌溉及城鎮(zhèn)供水的輸水任務(wù)。白村位于渠道南側(cè)，地勢(shì)北低南高，西低東高。村北緊鄰渠道，原有入渠口1 個(gè)，村東外有城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，村南現(xiàn)有一座坑塘。白村因周邊建有高速及其輔道，形成積水洼地。根據(jù)對(duì)白村排水口、地勢(shì)和排水歷史出路的現(xiàn)場(chǎng)查勘，其村排水入渠存在以下特點(diǎn)和問題。

一是排水口和入渠水源。村內(nèi)排水管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施缺失?？菟?、平水季節(jié)生活污水潑灑在庭院、菜園或道路上，依靠自然蒸發(fā)、下滲的形式消納；豐水季節(jié)村內(nèi)生活污水、小型垃圾隨雨水向北排入渠道。

二是村莊地勢(shì)。白村因周邊修建道路、高速等建筑物，地勢(shì)較低，形成積水洼地，高速路面排水由其排水溝排入村北低洼地，村內(nèi)瀝水大部分也排入村北低洼地。當(dāng)有暴雨時(shí)，低洼地積水難易快速排走，積水溢出低洼地而淹村。

三是排水出路。白莊地勢(shì)低，村北低洼地渠道是唯一的排水出路。

2.治理方案

根據(jù)白村排水入渠的特點(diǎn)和問題，設(shè)計(jì)提出“堵、收、導(dǎo)、水處理、蓄和用、排”的治理方案?！岸隆奔磳?duì)原有排污（瀝）口門實(shí)行封堵，從源頭上杜絕渠道的水污染?！笆铡奔磳?duì)原排入渠的污（瀝）水進(jìn)行收集?！皩?dǎo)”即將收集的污（瀝）水導(dǎo)入新建的小型污水處理設(shè)施?！靶睢奔磳⑽鬯幚碓O(shè)施處理后的水排入改造后的現(xiàn)有坑塘進(jìn)行自然氧化和降解?！坝谩奔丛诜罎B坑塘中放養(yǎng)魚類、田螺等水生生物，種植水生經(jīng)濟(jì)植物，同時(shí)坑塘蓄水可用于農(nóng)田、苗圃和綠地的灌溉?！芭拧奔磳⒖犹劣嗨捎眉訅罕谜九胖脸擎?zhèn)污水管網(wǎng)。

2.1 排水規(guī)模確定

入渠水主要為豐水季節(jié)廚房、洗衣、洗漱用水和雨水的混合水體，雨污分流現(xiàn)階段很難做到，排水規(guī)模按雨污合流計(jì)算。

2.1.1 設(shè)計(jì)瀝水量計(jì)算

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006），白村設(shè)計(jì)排瀝流量采用推理公式法計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中:

Q—設(shè)計(jì)排瀝流量（L/s）；

q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度[L/（s.hm2）]，選取當(dāng)?shù)毓剑?/p>

F—排水面積（hm2）；

ψ—徑流系數(shù)，取0.4；

P—重現(xiàn)期（a），參照規(guī)范村莊適當(dāng)降低，取1a；

t—降雨歷時(shí)（min）；

t1—地面集水時(shí)間（min），一般采用5～15min；

t2—管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）；

A1、C、b、n—參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算確定。

路面排水流量的計(jì)算依據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》公式：

式中：

Q—設(shè)計(jì)徑流量（m3/s）；

φ—徑流系數(shù)；

qp,t—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度（mm/min)；

F—匯水面積（km2）。

設(shè)計(jì)瀝水量是坑塘和加壓泵站設(shè)計(jì)的依據(jù)。設(shè)計(jì)瀝水量由徑流深乘以排水面積推求。考慮當(dāng)?shù)刎S水季節(jié)中6、9 兩個(gè)月為玉米和小麥的灌溉季節(jié)，按7、8 兩個(gè)月的徑流深計(jì)算排水量。

2.1.2 設(shè)計(jì)污水量計(jì)算

入渠污水主要為生活污水，村莊生活污水產(chǎn)生量按如下公式計(jì)算：

式中：

K—生活污水排放系數(shù)，0.8；

q—農(nóng)村居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)，40L/d·人；

n—村莊居民數(shù)。

實(shí)際排入渠道的設(shè)計(jì)污水最大瞬時(shí)流量：

式中：

s—地貌系數(shù)，0.5(實(shí)際排入渠的比例)。

設(shè)計(jì)污水量按7、8 兩個(gè)月的實(shí)際入渠污水最大瞬時(shí)流量進(jìn)行計(jì)算。

2.1.3 排水規(guī)模

“收、導(dǎo)”工程設(shè)計(jì)流量取瀝水設(shè)計(jì)流量和污水設(shè)計(jì)最大瞬時(shí)流量疊加值：

式中：

Q設(shè)—排水設(shè)計(jì)流量，m3/s；

Q—雨水設(shè)計(jì)流量，m3/s；

QS—污水設(shè)計(jì)最大瞬時(shí)流量，m3/s。

“蓄”工程設(shè)計(jì)水量取整治后現(xiàn)有坑塘的容量。

表1 排水規(guī)模計(jì)算結(jié)果表

表2 重力自流輸水管道計(jì)算結(jié)果表

“處理”工程主要采用污水處理站，其緊鄰坑塘，收集的生活污水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)質(zhì)后，進(jìn)入污水站處理，經(jīng)處理后的生活污水進(jìn)入改造后的坑塘?xí)捍?，其設(shè)計(jì)規(guī)模按7、8 兩個(gè)月污水實(shí)際入渠的最大瞬時(shí)流量進(jìn)行計(jì)算。

“排”工程即加壓泵站工程，其作用是將坑塘余水排至村外城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，其規(guī)模采用24h 暴雨10 年一遇標(biāo)準(zhǔn)。排水規(guī)模計(jì)算結(jié)果見表1。

2.2 工程布置設(shè)計(jì)

與當(dāng)?shù)卮迕駵贤芍?，暴雨時(shí)，村北低洼地和現(xiàn)有坑塘?xí)M溢淹村。村南現(xiàn)有坑塘，經(jīng)整治后坑塘設(shè)計(jì)蓄水量7410m3，坑塘不足以容納設(shè)計(jì)排瀝水量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，排水口封堵后，村排水出路可選村外城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，但從地勢(shì)來看，村內(nèi)地勢(shì)比村外城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)接入點(diǎn)低，不滿足重力自流排水方案。由此，經(jīng)建設(shè)方、設(shè)計(jì)單位及村負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、討論，確定本村排水方案為重力自流+泵站加壓組合排水，即以村北低洼地為起點(diǎn)，向南至現(xiàn)有坑塘為重力自流排水，經(jīng)坑塘后泵站加壓，沿村路至村外城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)接入點(diǎn)為泵站加壓排水。

收水工程：白村現(xiàn)狀為路面排水，封堵后設(shè)計(jì)亦采用路面排水，在低洼處設(shè)匯水口進(jìn)行收水。

導(dǎo)水工程：導(dǎo)水線路總長(zhǎng)700m，其中重力自流管道長(zhǎng)181m，泵站加壓管道長(zhǎng)480m，在彎道處和銜接處設(shè)置檢查井、跌水井，用于管道之間、管道與建筑物之間的連接。

污水處理站：為減少占地難度，選址緊鄰現(xiàn)有坑塘，采用占地面積小的一體化設(shè)計(jì)。

防滲坑塘工程：采用村南現(xiàn)有坑塘，在現(xiàn)有坑塘的基礎(chǔ)上進(jìn)行整治，選取重力自流輸水管道出口設(shè)計(jì)水位作為坑塘最高設(shè)計(jì)水位，選取坑塘滿足10 年一遇排瀝要求的水位作為坑塘設(shè)計(jì)水位。

加壓泵站：加壓泵站以防滲坑塘為前池，選取坑塘設(shè)計(jì)水位為泵站前池設(shè)計(jì)水位，選取管網(wǎng)接入點(diǎn)地面高程作為泵站加壓輸水管道末端設(shè)計(jì)水位。

2.3 收水工程設(shè)計(jì)

白村通過修建匯水口來收集瀝污水。匯水口采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。為防止淤堵，在匯水口處設(shè)置攔污柵，根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265 -2010），采用人工清污時(shí)，流速宜取0.6～0.8m/s，由此確定匯水口斷面尺寸，凈尺寸2.0×1.1m（寬×高）。

2.4 導(dǎo)水工程設(shè)計(jì)

2.4.1 管道材質(zhì)選擇

一是重力自流輸水管道材質(zhì)選擇。重力自流輸水管道主要有鋼筋混凝土管道、玻璃鋼管道和埋地塑料排水管道。本工程重力自流輸水管道采用造價(jià)最低的鋼筋混凝土排水管。

二是泵站加壓輸水管道材質(zhì)選擇。泵站加壓輸水管道主要有焊接鋼管（SP）、球墨鑄鐵管(DIP)及聚乙烯給水管（PE）。DN400 以下管徑的各種管材延米價(jià)格最高的是鋼管，聚乙烯給水管居中，價(jià)格最低的是球墨鑄鐵管；DN400（含DN400）以上管徑的各種管材延米價(jià)格最高的是聚乙烯給水管，鋼管居中，價(jià)格最低的是球墨鑄鐵管，由此選取球墨鑄鐵管作為本工程加壓輸水管道。

2.4.2 管道水力計(jì)算

一是重力自流輸水管道。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006），雨水管道和合流管道應(yīng)按滿流計(jì)算，最小設(shè)計(jì)流速為0.75m/s，非金屬管道最大設(shè)計(jì)流速為5.0m/s。管道內(nèi)水流大體分以下情況：

當(dāng)管道進(jìn)、出口都未淹沒時(shí)，管道的局部水頭損失較小，沿程水頭損失為主，此時(shí)按長(zhǎng)管進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中:

Q—設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

A—水流有效斷面面積（m2）；

v—流速（m/s）；

R—水力半徑（m）；

I—水力坡降；

n—粗糙系數(shù)，取0.014。

當(dāng)管道進(jìn)口淹沒時(shí)，管道的局部水頭損失增大，損失不可忽略，此時(shí)按短管進(jìn)行計(jì)算；

當(dāng)管道出口沒有淹沒時(shí)，為自由出流，計(jì)算公式如下：

式中:

Q—設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

μc—管道系統(tǒng)流量系數(shù)；

A—管道斷面面積（m2）；

d—管道內(nèi)徑（m）；

l—管道計(jì)算段長(zhǎng)度（m）；

λ—沿程水頭損失系數(shù)；

g—重力加速度（m/s2）；

Σξ—管道計(jì)算段中各局部水頭損失系數(shù)之和；

H0—包括行近流速水頭的作用水頭。

當(dāng)管道出口淹沒時(shí)，為淹沒出流，計(jì)算公式如下：

式中：

Σξ—包括管道出口水頭損失系數(shù)的計(jì)算段各局部水頭損失系數(shù)之和；

Z0—當(dāng)管道出口包括行進(jìn)流速的上下游水面高程差（m）；其它符合意義同前。重力自流輸水管道計(jì)算結(jié)果見表2。

二是泵站加壓輸水管道。根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》，水泵壓水管的經(jīng)濟(jì)流速為1.5～2.5m/s，根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，水泵出水管流速宜為0.8～2.5m/s，擬定泵站加壓輸水管道經(jīng)濟(jì)流速為1.5m/s，由此計(jì)算經(jīng)濟(jì)管徑為0.38m，確定泵站加壓輸水管道管徑為0.4m。

2.5 防滲坑塘設(shè)計(jì)

防滲坑塘利用村南現(xiàn)有坑塘，整治后設(shè)計(jì)蓄水量0.741 萬m3，邊坡1∶2.5，采用576g/m2的土工膜進(jìn)行防滲，上覆80cm 厚壤土層?？紤]上下交通，在坑塘東、南側(cè)各留一道臺(tái)階，寬1.5m 采用M10 漿砌石砌筑，水泥砂漿抹面?？紤]泵房及配電室對(duì)外交通，在坑塘頂設(shè)2m 寬泥結(jié)碎石路面，厚20cm。同時(shí)考慮村民安全，在泥結(jié)碎石路面外側(cè)設(shè)防護(hù)圍欄，在圍欄明顯處設(shè)禁止游泳、禁止攀爬標(biāo)志牌。

管道在入坑塘處采用“八字”式管道出水口。出水口采用漿砌石結(jié)構(gòu)防護(hù)。出水口兩側(cè)采用“八字”翼墻結(jié)構(gòu)，翼墻為變截面。翼墻出口接漿砌石流槽，流槽坡比同坑塘，流槽底寬3m、深0.5m，流槽出口設(shè)消力池。消力池按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，確定池長(zhǎng)5m，寬3m，深0.5m。

2.6 污水處理站設(shè)計(jì)

適用于小型分散式城鎮(zhèn)生活污水處理的工藝有A/O 工藝、MBR 膜生物反應(yīng)器、SBR 工藝、曝氣生物濾池工藝及生物接觸氧化工藝。從管理、投資和運(yùn)行3 個(gè)方面對(duì)上述工藝進(jìn)行比較，選取適合農(nóng)村生活污水處理的A/O 工藝，確定污水處理站型式，包括格柵、調(diào)節(jié)池、地埋式生活污水一體化等生產(chǎn)性構(gòu)筑物。

2.7 加壓泵站設(shè)計(jì)

泵站10 年一遇瀝水排除時(shí)間為24h，確定泵站設(shè)計(jì)流量為0.169m3/s。泵站進(jìn)水口最高設(shè)計(jì)水位為23.8m，設(shè)計(jì)水位為23.76m，最低運(yùn)行水位為19.5m，泵站加壓輸水管道末端設(shè)計(jì)水位為25.5m。

泵站利用整治后坑塘為前池，地下部分由進(jìn)水口、泵室、閥門井和壓力管道組成，地上部分由泵房與配電室組成。

進(jìn)水口由漿砌石翼墻、鋼筋混凝土U 型渠和混凝土排水管組成。漿砌石翼墻采用重力式擋墻，八字墻布置。翼墻 后 接U 型 渠，U 型 渠 采用DN1000 混凝土排水管與泵室連接。為防止水中污物破壞水泵運(yùn)行，在U 型渠進(jìn)口設(shè)攔污柵。

泵室為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板設(shè)吊物孔，以便水泵檢修。泵室設(shè)2 臺(tái)200QW300-10-15 型潛水排污泵，水泵出水管后接480m 長(zhǎng)壓力管道，采用DN400 球墨鑄鐵管。為便于壓力管道閥門檢修，在水泵出水管和壓力管道連接處設(shè)閥門井。

泵房為單層框架結(jié)構(gòu)，位于泵室和閥門井上方，層高6m。泵房頂部設(shè)一臺(tái)電動(dòng)葫蘆，功能上滿足設(shè)備專業(yè)及操作人員的使用要求。

配電室為單層磚混結(jié)構(gòu)，層高4.5m，主要用于放置電氣專業(yè)的相關(guān)設(shè)備，功能上滿足電氣專業(yè)的使用要求，包括高壓配電室、低壓配電室以及變壓器室。

3.結(jié)論

農(nóng)村低洼地污水入河治理涉及村居民自身利益，治理方案需結(jié)合當(dāng)?shù)卮寰用竦囊庖?，因地制宜的確定，如此才能高效、環(huán)保地進(jìn)行污水入河治理。此文以白村為例，詳細(xì)地闡述了農(nóng)村低洼地污水入河治理的設(shè)計(jì)方案，以期為同類工程提供借鑒。