多流域山地城市污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇探究

王濤WANG Tao；梁學(xué)戰(zhàn)LIANG Xue-zhan

（湖北文理學(xué)院建筑工程學(xué)院，襄陽(yáng) 441053）

（College of Civil Engineering，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，China）

0 引言

在我國(guó)，有很多城市的地形地貌變化較大，被多條山脈、河流、溝谷分成若干個(gè)排水流域，雖然這樣的城市對(duì)污水排放系統(tǒng)重力流排水方式的布設(shè)十分有利，但是多流域的特點(diǎn)也給污水系統(tǒng)的建設(shè)帶來(lái)了一定程度的影響，這使得多流域城市污水系統(tǒng)的選擇具有了一定的復(fù)雜性。

在多流域城市污水排放系統(tǒng)選擇中，應(yīng)當(dāng)充分考慮以下幾點(diǎn)因素：其一，技術(shù)因素。復(fù)雜的地形條件給污水管網(wǎng)布設(shè)造成了一定的限制，為了能夠使污水管網(wǎng)的布設(shè)更加合理化，必須在實(shí)際工程中選擇合理可行的技術(shù)措施，從而有效解決工程中遇到的各種疑難問(wèn)題；其二，經(jīng)濟(jì)因素。理論與實(shí)踐均表明，過(guò)于分散的小規(guī)模污水處理既不經(jīng)濟(jì)，管理難度也相對(duì)較大，但必須指出的是，污水處理規(guī)模并不是越大越好。因此，只有選擇某種適合的規(guī)模和相應(yīng)的污水處理工藝，才是實(shí)現(xiàn)多流域城市污水排放系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的最佳途徑。為了便于研究，本文依托工程實(shí)例對(duì)多流域山地城市污水系統(tǒng)的選擇進(jìn)行分析。城市位于某江西岸，屬于典型的多流域山地城市，其地形特點(diǎn)為中部高、四周低，沿江流向北高南低，多條天然沖溝由中部高區(qū)呈擴(kuò)散狀向江邊輻射分布，沿江地形復(fù)雜多變。其污水處理系統(tǒng)主要包括以下三個(gè)部分：污水處理廠(chǎng)、配套管網(wǎng)、提升泵站，本文通過(guò)對(duì)多流域山地城市污水系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案選擇進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出多流域山地城市污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇方法，可為城市污水系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒。

1 廠(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)方案

1.1 廠(chǎng)址總體結(jié)構(gòu)布局 由于多流域山地城市的地形條件較為復(fù)雜，可以利用的土地資源比較緊缺，這給污水處理廠(chǎng)廠(chǎng)址的選擇帶來(lái)一定的困難，其中所涉及的因素也相對(duì)較多，沿江岸選址，并從遠(yuǎn)期規(guī)模、管網(wǎng)布設(shè)、污水排放的安全性等多方面考慮，能夠滿(mǎn)足要求的擬建地點(diǎn)較少。基于這一原因，使得本工程選址歷時(shí)22 個(gè)月，期間經(jīng)過(guò)數(shù)次反復(fù)，主要難點(diǎn)是如何在廠(chǎng)址的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性與城市規(guī)劃和政府要求之間找到平衡點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)滿(mǎn)足政府規(guī)劃要求的兩個(gè)建廠(chǎng)地址A 和B 進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析，最后經(jīng)過(guò)綜合性比選，決定選擇A 作為建廠(chǎng)地址。該廠(chǎng)址地處某江中游西岸，呈坡地狀，地勢(shì)走向?yàn)槲鞲邧|低，高程為180-220m。選擇該廠(chǎng)址具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：其一，該廠(chǎng)址位于XX 城市中部，有助于各個(gè)流域的污水集中匯入，進(jìn)一步減少了單條截流干管的長(zhǎng)度，從而使管網(wǎng)的運(yùn)行安全性顯著提高；其二，該廠(chǎng)址與城市的半島規(guī)劃區(qū)距離較近，這使得地勢(shì)較高區(qū)域的污水能夠重力自留至處理廠(chǎng)，不需要建造水泵提升系統(tǒng)；其三，該地區(qū)50 年一遇的洪水水位為200.05m，廠(chǎng)址的標(biāo)高比較適宜，經(jīng)過(guò)平整處理之后，基本不會(huì)受到洪水威脅。同時(shí)廠(chǎng)址附近全部是江邊規(guī)劃防護(hù)綠地，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成的影響相對(duì)較小；其四，受到自然高差因素的影響，該廠(chǎng)址方案下的標(biāo)高合理，可確保重力流輸送質(zhì)量。污水系統(tǒng)運(yùn)行期間的回用水可作用于該區(qū)域內(nèi)的企業(yè)工業(yè)用水，避免了長(zhǎng)距離輸送而出現(xiàn)的水資源浪費(fèi)問(wèn)題。

1.2 污水處理廠(chǎng)平面布置 由于該地區(qū)的地形坡度相對(duì)較大，最大高差為40m，故此處理廠(chǎng)的平面布置可對(duì)原有地形進(jìn)行充分利用，從高向低按照污水處理工藝依次布置隔柵間、沉砂池、氧化池、二沉池、消毒池等構(gòu)筑物，這樣不僅能夠減少土方量，而且還能降低回填費(fèi)用，技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性較佳。

1.3 高程布置 為了使廠(chǎng)區(qū)的高程布置更加合理，提出以下兩個(gè)方案進(jìn)行比選：

①方案a。該地區(qū)50 年一遇的洪水水位為200.05m，為確保洪水水位時(shí)處理廠(chǎng)尾水可以順利地自留排放，消毒池水渠的標(biāo)高應(yīng)當(dāng)在201.05m 以上，廠(chǎng)區(qū)的地面高程則應(yīng)為202.05-208m。該方案中進(jìn)水泵房的水泵提升揚(yáng)程最低，并且能耗也最少，但是土石方量相對(duì)較大，挖方總量要比填方總量約多出6.7 萬(wàn)立方米。②方案b。為了盡可能確保挖方總量與填方總量?jī)烧咧g達(dá)到平衡，并減少進(jìn)水泵房的水泵提升揚(yáng)程，在方案a 廠(chǎng)區(qū)地面高程的基礎(chǔ)上抬高1.0-2.0m，地面高程最終確定為203.05-210m。該方案能夠使挖方與填方的總量保持基本平衡，但會(huì)使少部分構(gòu)筑物的基礎(chǔ)建設(shè)成本增加，并且水泵提升揚(yáng)程也會(huì)增大。

通過(guò)各方面因素的綜合考慮，方案b 由于土方量比較均衡，工程投資費(fèi)用比方案a 能節(jié)省400 萬(wàn)元左右，經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)更明顯一些，故此廠(chǎng)區(qū)平面高程布置決定選擇方案b，即203.05-210m 為處理廠(chǎng)地面標(biāo)高。

2 污水管網(wǎng)布設(shè)方案選擇

按照該地區(qū)的實(shí)際地形情況，可將之劃分為若干個(gè)小的排水流域，在充分考慮污水處理廠(chǎng)建設(shè)位置的基礎(chǔ)上，提出兩個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)布設(shè)方案進(jìn)行選擇。①方案a。該方案為推薦方案，采用分區(qū)收集，高水高排的布設(shè)方式，干管總長(zhǎng)度為13963m，管道及泵站總體投資約為5318 萬(wàn)元，污水處理廠(chǎng)工程投資約為8400 萬(wàn)元，近期項(xiàng)目總投資約為2 億1740 萬(wàn)元，污水處理廠(chǎng)泵站規(guī)模分別為2.7 萬(wàn)立方米/d 和7.5 萬(wàn)立方米/d（近期和遠(yuǎn)期），泵站提升的年耗電量分別為84 萬(wàn)和220 萬(wàn)，通過(guò)計(jì)算得出污水處理廠(chǎng)的經(jīng)營(yíng)成本約合每立方米0.88 元。②方案b。該方案為比較方案，采用沿江截流的布設(shè)方式。干管總長(zhǎng)度為13460m，管道及泵站總體投資約為5259 萬(wàn)元，污水處理廠(chǎng)工程投資約為8452 萬(wàn)元，近期項(xiàng)目總投資約為2 億1735 萬(wàn)元，污水處理廠(chǎng)泵站規(guī)模分別為4.0 萬(wàn)立方米/d 和10 萬(wàn)立方米/d（近期和遠(yuǎn)期），泵站提升的年耗電量分別為124 萬(wàn)和300 萬(wàn)，經(jīng)計(jì)算得污水處理廠(chǎng)的經(jīng)營(yíng)成本約合每立方米0.91 元。從以上數(shù)據(jù)中可以看出，方案a 和方案b 在總體投資上差距較小，而方案a 的運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)勢(shì)要比方案b 更明顯一些，故此本工程決定采用方案a 作為污水管網(wǎng)系統(tǒng)的布設(shè)方案。需特別注意的是：由于在采取方案a 的情況下，所布置污水管道出現(xiàn)與既有構(gòu)筑物的交叉問(wèn)題，為在避免污水管網(wǎng)對(duì)既有構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不良影響的同時(shí)，提高排污管道的工作效率，采取如下方式進(jìn)行處理：第一，對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改造：在三級(jí)管網(wǎng)Wsd-S 線(xiàn)施工中，發(fā)現(xiàn)因既有管線(xiàn)資料記錄缺失影響，而未作記錄的排水拱涵，在后期施工中，因操作步驟安排及限制，導(dǎo)致該排污管道上游、下游無(wú)法做出較大調(diào)整，即需采取非常規(guī)處理方案。考慮到設(shè)計(jì)污水管道需要穿越涵洞，為保障安全，兩者檢查位置確定在涵洞拱圈。考慮到涵洞拱圈不屬于過(guò)水區(qū)域，會(huì)在一定程度上影響涵洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，故而對(duì)拱圈進(jìn)行拆除，將拱涵改造為箱涵，使此區(qū)域內(nèi)的污水管道通過(guò)既有拱圈區(qū)域而穿越涵洞。

3 污水管道具體結(jié)構(gòu)形式

在本工程中，按照地形和地質(zhì)條件的不同，可大體上將污水管道的結(jié)構(gòu)形式分為三種，即明槽開(kāi)挖埋地管段、頂管段以及架空段。其中明槽開(kāi)挖埋地管段的埋地管道采用d800-1200 的鋼混管，并按照實(shí)際埋設(shè)深度采用不同的基礎(chǔ)做法；頂管段采用機(jī)械掘進(jìn)式頂管，整個(gè)施工工藝與盾構(gòu)法相類(lèi)似，無(wú)人員在洞內(nèi)操作安全系數(shù)較高；架空段采用架空箱涵，該形式最大的特點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低，架越跨度大，現(xiàn)場(chǎng)澆筑受場(chǎng)地條件限制較小，有利于提高工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于影響多流域山地城市污水系統(tǒng)選擇的因素較多，在實(shí)際選擇過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)選擇最佳的地理位置建設(shè)污水處理廠(chǎng)。現(xiàn)如今，隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，使得污水排放量越來(lái)越大，這都對(duì)污水系統(tǒng)提出了較高的要求。為此，只有通過(guò)合理選擇污水系統(tǒng)，才能使城市污水排放問(wèn)題獲得有效解決，這不但能給居民生活帶來(lái)極大的便利，而且還有利于促進(jìn)城市發(fā)展。在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)污水處理技術(shù)的研究力度，這對(duì)于提高污水系統(tǒng)的各方面能力具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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