北京中小河道截污工程方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

霍 濤

(北京市大興區(qū)水務(wù)局,北京 100100)

北京中小河道截污工程方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

霍 濤

(北京市大興區(qū)水務(wù)局,北京 100100)

北京郊區(qū)縣的中小河道水質(zhì)污染情況日益嚴(yán)重，近幾年北京市加大了水環(huán)境治理力度。本文以北京市大興區(qū)大龍河截污工程為例，通過對不同管材的技術(shù)性能、過流能力、施工工藝等條件進(jìn)行比選，確定了先進(jìn)實(shí)用的截污管道的管材。按照常用的理論方法計(jì)算截污量，優(yōu)化了大龍河的截污系統(tǒng)，為現(xiàn)階段中小河道截污的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

河道截污；水環(huán)境治理；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 工程簡介

大龍河是發(fā)源于北京黃村的內(nèi)河，河道無上游傳輸水量，雨季排除區(qū)域內(nèi)雨洪水，旱季排放城市污水，河道自凈能力差，生態(tài)環(huán)境脆弱。目前，大龍河流域內(nèi)建設(shè)用地范圍內(nèi)市政污水管道不完善，開發(fā)建設(shè)尚在進(jìn)行，河道周邊的城市污水大多未經(jīng)處理就直接排入河道，成為水體污染的主要來源，不僅影響河道環(huán)境美觀，還危害到河道周邊居民的身體健康。現(xiàn)排污口主要集中在大興新城海子角地區(qū)、王立莊村、后大營村、魏善莊及安定鎮(zhèn)中心區(qū)，排污口共56個(gè)。

大龍河流域內(nèi)及周邊現(xiàn)已經(jīng)建成并投入使用的污水處理廠有3座，分別是黃村再生水廠、天堂河再生水廠及魏善莊污水處理廠。黃村再生水廠位于新鳳河北岸，鳳河西南側(cè)，規(guī)劃規(guī)模為1.2×105m3/d，規(guī)劃占地為12 hm2；天堂河污水處理廠位于魏永路北側(cè)，規(guī)模4×104m3/d；魏善莊污水處理廠位于魏善莊鎮(zhèn)中心區(qū)東部，大龍河南岸，規(guī)模5000 m3/d。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 截污管材比選與確定

2.1.1 技術(shù)性能比較

污水管道可供選擇使用的管材有塑料管、鋼筋混凝土管等。塑料管為柔性管材，鋼筋混凝土管為剛性管。目前，UPVC材質(zhì)的排水管道公稱直徑為DN200～400 mm，HDPE雙壁波紋管的直徑范圍為DN400～1200 mm。直徑更大的埋地排水管道可采用鋼筋混凝土管。塑料管與鋼筋混凝土管的技術(shù)性能比較見表1。由表1可知，塑料管與鋼筋混凝土管相比，具有明顯的技術(shù)性能優(yōu)勢。

表1 鋼筋混凝土管與塑料管技術(shù)性能對比表

續(xù)表1

2.1.2 水力學(xué)條件比較

污水管道一般為重力自流，工程設(shè)計(jì)上對管道的坡度、充滿度、流速等都有一定的要求。由于塑料管的內(nèi)壁較光滑，粗糙系數(shù)小，同等管徑的條件下，過流能力比鋼筋混凝土管大30%～50%。在定流量時(shí)，塑料管的管徑一般可以比鋼筋混凝土管小。試驗(yàn)對D300～1000 mm不同規(guī)格的鋼筋混凝土管和HDPE管均按3‰坡度及最大設(shè)計(jì)充滿度進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算比較，發(fā)現(xiàn)在同等設(shè)計(jì)坡度和充滿度情況下，同直徑的HDPE管的過流能力比鋼筋混凝土管增加40%[1]。這說明在同樣流量的情況下，HDPE管的管徑比鋼筋混凝土管小一級或兩級，敷設(shè)坡度也可減小。這對整個(gè)排污系統(tǒng)而言，可減少下游污水管道的開挖深度，也就減少了土方量，節(jié)省工程投資。

2.1.3 施工條件的比選

鋼筋混凝土管道接口一般采用水泥砂漿抹帶接口或套環(huán)連接，塑料管一般采用橡膠圈接口或粘接。廣元市聞溪河截污管道管材的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：塑料管連接方便，省時(shí)省工，效果好，因各工序無需養(yǎng)護(hù)，縮短了施工周期，降低了工程造價(jià)[2]；而且塑料管管材輕，施工方便；鋼筋混凝土管道自重大，在河道邊狹小的截污施工工地運(yùn)輸不便，施工時(shí)間較長。此外，由于緊臨河道，地下水位較高，進(jìn)一步增加了施工難度。

2.1.4 污水管道管材的確定

通過以上技術(shù)、水力學(xué)計(jì)算等方面的比較，最終確定本工程采用HDPE雙壁波紋管，管道環(huán)向彎曲剛度采用8 kN/m2，管道基礎(chǔ)采用15 cm厚中粗砂基礎(chǔ)。管道兩側(cè)及管頂以上0.5 m范圍內(nèi)采用素土回填并滿足管道壓實(shí)度的要求，其余部分回填按《埋地聚乙烯排水管道工程技術(shù)規(guī)程》的要求回填[3]。

2.2 污水量計(jì)算

2.2.1 污水流量的計(jì)算方法

城市單位人口綜合用水量指標(biāo)法是根據(jù)城市單位人口綜合用水量指標(biāo)、城市規(guī)劃人口數(shù)、城市污水排放系數(shù)、地下水入滲量等因素綜合確定，具體計(jì)算式如下：

城市綜合污水量=城市單位人口綜合用水量×城市規(guī)劃人口數(shù)×污水排放系數(shù)×地下水入滲量比例。

城市單位建設(shè)用地綜合指標(biāo)法是根據(jù)城市單位建設(shè)用地綜合用水量指標(biāo)、污水收集面積、城市污水排放系數(shù)、地下水入滲量等因素綜合確定，具體計(jì)算式如下：

城市綜合污水量= 城市單位建設(shè)用地用水量指標(biāo)× 污水收集面積×城市污水排放系數(shù)×地下水入滲量比例。

2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)設(shè)計(jì)人口：根據(jù)《大興區(qū)總體規(guī)劃》，海子角地區(qū)人口20 000人，王立莊人口1121人，后大營村人口1000人，安定鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)人口10 000人。

(2)設(shè)計(jì)截污面積：本工程海子角地區(qū)納污范圍約為1.45 km2，王立莊村建設(shè)用地面積0.13 km2，后大營村建設(shè)用地面積0.1 km2，安定鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)建設(shè)用地面積0.68 km2。

(3)城市單位人口綜合用水量指標(biāo)：該指標(biāo)是指城市單位人口每天綜合用水量，它對城市污水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的確定有著重要作用。根據(jù)《大龍河(京開高速路～市界)治理工程規(guī)劃》，大龍河沿線地區(qū)平均日人均綜合用水量指標(biāo)為160 L/d。

(4)綜合污水排放系數(shù)：城市綜合污水排放系數(shù)的取值與當(dāng)?shù)氐木用裆钏脚c生活習(xí)慣、室內(nèi)給排水設(shè)施和污水收集系統(tǒng)的完善程度、工業(yè)用水的循環(huán)使用率等因素有關(guān)。依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合大龍河沿岸的實(shí)際情況，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)污水綜合排放系數(shù)取0.8。

2.2.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述參數(shù)，采用城市人口綜合用水量計(jì)算法和單位建設(shè)用地用水量計(jì)算法分別計(jì)算各納污范圍內(nèi)的污水水量。采用城市人口綜合用水量計(jì)算法所計(jì)算的水量要小于單位建設(shè)用地用水量計(jì)算法所計(jì)算的水量。根據(jù)上述污水量計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況本項(xiàng)目工程規(guī)模定為：海子角地區(qū)3000 m3/d；王立莊村180 m3/d，后大營村150 m3/d；安定鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)1500 m3/d。

3 截污工程方案設(shè)計(jì)

根據(jù)大龍河沿岸排污口分布情況和周邊市政管道和污水處理廠的建設(shè)情況，本次截污方案設(shè)計(jì)將大龍河沿岸污水截流分為3個(gè)系統(tǒng)，分別為：海子角地區(qū)污水截流系統(tǒng)；王立莊、后大營村及魏善莊段污水截流系統(tǒng)；安定鎮(zhèn)污水截流系統(tǒng)。依據(jù)上述理論分析及水力計(jì)算的結(jié)果，確定了各系統(tǒng)截污管道的管徑，各截流系統(tǒng)的管道鋪設(shè)方案及工程量。

3.1 海子角地區(qū)污水截流系統(tǒng)

在原辛店閘位置建設(shè)小型污水泵站，將京開高速路至辛店閘段大龍河兩岸截流污水提升后排入首都師范大學(xué)大興附中門口市政污水管道內(nèi)，泵站提升能力5000 t/d。

京開高速路至辛店閘段：沿大龍河兩岸布置截污管道，河道左岸為A段截污管道，右岸為B段截污管道，流向由西向東，將河道兩岸污水接入辛店閘污水泵站。A段污水管道為PE管，采用拉管施工，管徑為500 mm，管道全長898.85 m，檢查井21座；B段污水管道采用拉管和明挖相結(jié)合的施工方式，拉管段管道采用PE管，明挖段管道采用聚乙烯排水管，管徑均為400 mm，管道全長1078.15 m，檢查井31座。

辛店閘至首都師范大學(xué)大興附中門口市政污水井段：該段污水管道為C段，沿現(xiàn)狀道路鋪設(shè)，采用拉管和明挖相結(jié)合的施工方式，拉管段管道采用PE管，明挖段管道采用聚乙烯排水管，管徑均為500 mm，管道全長1184.37 m，檢查井24座。

3.2 王立莊、后大營及魏善莊污水截流系統(tǒng)

由于王立莊村和后大營村沒有完整的污水管網(wǎng)系統(tǒng)，為阻止污水進(jìn)入河道污染水質(zhì)，根據(jù)《北京市大興區(qū)污水排除與處理規(guī)劃》(2005—2020年)，王立莊、后大營村及魏善莊鎮(zhèn)的污水管道主干管管徑取D=500 mm，支管管徑取D=400 mm。工程起點(diǎn)為王立莊村，沿河道兩岸鋪設(shè)，在河道樁號2+438處，右岸管道匯入左岸管道，然后沿河道左岸鋪設(shè)磁大路橋處過河，最后沿河道右岸鋪設(shè)至魏善莊污水處理廠，將污水處理達(dá)標(biāo)后排放。河道左岸為D段截污管道，管徑400～500 mm，管道長度7969.56 m，檢查井170座；右岸截污管道管徑為400 mm，管道長度615.81 m，檢查井21座。

3.3 安定鎮(zhèn)污水截流系統(tǒng)

由于安定鎮(zhèn)規(guī)劃污水處理廠還未開始建設(shè)，本次在安定鎮(zhèn)新建污水處理廠一座，規(guī)模1500 m3/d。截污管道由安采路開始，沿大龍河左岸鋪設(shè)D600截污管道，將沿線入河污水截流至新建污水處理站，河道右岸污水口的污水通過倒虹吸引入左岸截污管道內(nèi)。污水管道全長2731.34 m，檢查井50座。

4 結(jié) 論

北京大興區(qū)大龍河地處郊區(qū)，河道流域內(nèi)建設(shè)用地范圍內(nèi)市政污水管道不完善，河道周邊的城市污水大多未經(jīng)處理就直接排入河道，成為水體污染的主要因素，而且排污口比較分散，治理難度較大。本項(xiàng)目按照常用的理論方法計(jì)算了污水的流量，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)取值的合理性，通過污水管材的優(yōu)化比選及管道水力計(jì)算，優(yōu)化了污水截流排除系統(tǒng)，為現(xiàn)階段國內(nèi)中小河道截污方案設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 許少宗, 楊英, 馬嘉雯. 淺談市政排水管道管材的比選[J]. 廣東建材, 2011, 27(11):106-107.

[2] 歐陽云生, 楊立中. 關(guān)于河道截污工程特點(diǎn)的探討[J]. 西南給排水, 2007(1):11-14.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程：CJJ 101-2016[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2016.

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2096-0506(2017)11-0053-03

霍 濤(1981-)，男，北京人，工程師,主要從事水務(wù)工程管理工作。E-mail:925422345@qq.com。