扶風縣污水排水管網系統設計及經濟效益淺析

李效強，羅安靜

（1.陜西省扶風縣河道管理站，陜西 扶風 722299；2.扶風縣水政水資源管理站，陜西 扶風 722299）

0 前言

城市排水工程建設是城市賴以生存和發展的重要基本條件，也是城市的基礎設施之一，與城市土地開發、經濟發展、環境治理和保護密切相關，既為之服務，提高保障條件，又可制約其發展[1,2]。城市排水設施不僅是維護城市生態環境及物質代謝功能的重要前提，而且是維護城市居民生活環境和社會環境的重要設施[3,4]。它的建設和完善將對改善城市投資環境和吸引外資，發展經濟具有十分重要的意義。

扶風縣位于西安、寶雞兩大中心城市百公里黃金半徑點上，毗鄰楊凌農業高新技術產業示范區，擁有法門寺這一世界級的旅游品牌，區位、交通、資源等優勢獨特，發展空間和潛力很大。隨著西部大開發的深入持續進行，扶風縣在旅游、工業等各方面迅猛發展。由于城市建設步伐的加快，城市配套設施建設的速度已不能滿足城市發展，城市配套管網普及率低，有大量污水未經處理排入附近河流，致使相關河流受到不同程度的污染。因此，扶風縣計劃建設污水處理廠，同時改造和建設相應的配套管網工程，確保在污水排入渭河前進行處理，達到國家相關排放標準后再排放。

1 扶風縣排水現狀

扶風縣還沒有建設完善的排水系統，排水系統多為雨污合流，許多街道采用溝渠排水，甚至有部分街區未設任何排水設施，舊有排水系統改造特別困難，污水雨水隨街漫流，嚴重影響人們的生活質量。包含生活污水、生產廢水和雨水的合流污水從多處出水口未經處理直接排入七星河，使河流水質下降，尤其是在上游白家窯水庫除險加固工程建成蓄水以后，河道流量減小流速減慢，污染進一步加重。扶風縣城排水現狀可以總結為：（1）城市污水管網普及率低，縣城現有排水體制為雨污合流制，排水管網還不甚完善；（2）污水管網改造不到位，現有的排水設施已經跟不上時代的發展，嚴重的影響了居民生活環境及縣城整體形象；（3）部分污水主干管尚未形成，雖然法門寺排水管網已初步形成，但由于下游配套的污水主干管道還不完善，扶風縣污水處理廠尚未建成，致使現狀排水就近接入水體。

為滿足城市可持續發展的更高要求，全面改善城市綜合環境質量，保證扶風縣的可持續發展，扶風縣污水處理廠的建設是非常必要，同時排水管網的完善工作已刻不容緩。

2 污水排水管網系統設計

2.1 工程設計的主要技術指標

本工程設計的基本原則為以現狀設施為基礎，修建和改造城市污水干管，增設進污水廠干管及大的污水截流干管，提高污水管網普及率和城市污水處理率。以實現城市污水管網普及率85%，城市污水處理率75%為設計目標。根據扶風縣排水管網現狀，排水系統近期改造的管渠采用雨污合流制。擬建扶風縣污水處理廠位于縣城東南方韋河下游，城關紙廠西側，工程場地西靠韋河。該污水處理廠主要服務范圍為扶風縣老城區、新城區、法門寺鎮等三個區域。按照規劃，該污水處理廠設計日處理能力為2萬m3。

管網全長21.7 km。其中法門寺風景區段總長度為11.3 km；法門寺-新區段8.05 km；小韋河段0.85 km；總干管段1.05 km。該工程設計采用的排水定額為：①生活污水定額：180L/(人·d)；②工業污水標準：城區 0.55萬 m3/d，法門鎮 0.25萬m3/d。該污水處理廠設計日處理能力為2萬m3，排水管渠斷面尺寸按規劃的最大日最大時設計流量進行設計。排污設計流量為生活污水和工業污水設計流量之和，其中生活污水按照居民污水設計流量和生活污水總變化系數下設計人口單位時間排出的污水量計算，工業污水設計流量按照單位產品或加工單位數量原料所排出的平均廢水量計算。

居民區生活污水設計流量計算公式為：

式中：Q1為居民區生活污水設計流量；n為居民區生活污水量標準，該值按《室外排水設計規范》(GB 50014-2006)規定的生活污水定額確定；N為設計人口數，該值根據扶風縣項目區城市總體規劃采用，法門寺景區支管、小韋河支管、總干管分別取為1000人、1500人、3000人；Kz為生活污水總變化系數，該值根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006）采用的居民區生活污水量總變化系數表選用。

工業污水設計流量計算公式為：

式中：Q2為工業污水設計流量，m為生產過程中每單位產品的廢水量標準，該值根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2016）廢水量定額確定；M為產品的平均日產量；T為每日生產時數；Km為總變化系數，工業廢水的日變化系數值一般取為1.0。

根據上述計算公式，計算所得排污管網設計流量見表1。

表1 排污管網設計流量

2.2 管網總體布置

本工程充分利用地形特征，以重力流收集法門寺鎮、新城區、老城區的污水，采用集中處理的方式，在下游建一個污水處理廠。管網設計按照遠期規模一次性設計、一次施工的原則進行設計。根據各排污區的地理位置分布情況和工程區的地形條件，將排污管線分為兩條支線和一個總干管，即：法門寺風景區和新區支管、小韋河支管和排污總干管，管線平面布置圖見圖1。

圖1 管線平面布置圖

2.2.1 總干管段設計

排水管的管徑，按最大日最大時的污水流量計算。城市排水管網按重力非滿流進行設計，城市污水管道水力計算按公式計算：

式中：V為流速，m/s，在本項目中根據《室外排水設計規范》中規定的流速取值，在不同段的取值如表2所示；R為水力半徑，m，根據《室外排水設計規范》中水力半徑計算和過水斷面面積計算公式確定；I為水力坡降，本項目中根據各段的設計底坡和管道長度即可獲得水力坡降；n為粗糙系數，該值根據管材特點，按照《室外排水設計規范》中建議取值表確定。

在已知流速、水力坡降及粗糙系數的情況下即可獲得管徑。各段排水管的底坡、管徑、設計流速、設計充滿度等參數見表2。《室外排水設計規范》規定當管道半徑大于等于1000 mm時，管道最大設計充滿度不應超過0.75，從上表可以看出，各項指標均符合規范要求，該段排水管線路設計（見圖1）是基本合理的。考慮該段線路位于河道之中，檢修條件不理想，因此檢查井間距取較小值，除拐點和變坡點外每50 m左右設一個。除拐點和變坡點檢查井位不可移動外，其他井位以不切斷整根管子為原則，可適當調整，下階段施工中有用戶接入的地方可適當移動或增加檢查井。

表2 總干管排水管線設計參數

污水管道最小埋深采用1.0 m，滿足最小凍土深度和河道沖刷要求。該段線路沿河道布置，地下水位較高，施工前應進行排水。采用開槽施工，根據該地區類似工程經驗，管道橫斷面開挖坡比，在無支撐的情況下采用1∶2.5（水下）和1∶1.5（水上），以滿足臨時邊坡的穩定要求。根據工作壓力、管道直徑及上部荷載，管床設置為混凝土基礎。縣城位于河道右岸，各排污口也沿岸坡分散布置，考慮將分散的排污口先就近集中后，再在各檢查井位置接入排污管。

2.2.2 法門寺-新區支管設計

法門寺-新區段支管起點為法門寺風景區主管末端，沿途接納扶風新區污水，再接入污水總干管。工程設計的第一個任務是修建法門寺風景區內的主管網，收集污水后匯入新區段，并在新區西側接入；第二個任務是該支管跨河接入總干管的設計。法門寺段起點為法門寺管網系統末端，終點為新城區管網系統，根據線路必選設計，選擇基本沿法門寺-縣城簡易公路布置，管線走較寬闊的農田。該線路方案可完全避開村莊、廠礦企業和沿途土坑、經濟林，不存在拆遷問題，征地問題容易解決，且線路最短。

城市污水管道水力計算按下面公式計算管道流速：

式中：V為流速，m/s；R為水力半徑，m；I為水力坡降；n為粗糙系數。

排水管道按重力滿流進行設計，按遠期污水量校核時，采取非滿流校核。計算所得管道流速應滿足以下的要求：混凝土管最大流速4.0 m3/s，在設計充滿度下最小流速0.6 m3/s。排水管的管徑，按最大日最大時的污水流量計算。各段排水管的底坡、管徑、設計流速、設計充滿度等參數見表3。《室外排水設計規范》規定當管道半徑在500 mm～900 mm時，管道最大設計充滿度不應超過0.70，表3中最大設計充滿度均滿足規范要求。

表3 法門寺-新區支管排水管線設計參數

污水管道最小埋深采用1.0 m，《建筑給水排水設計規范》（GB 50015-2003）規定建筑給水排水管道深度必須大于0.5 m，該工程滿足最小凍土深度和河道沖刷要求。該段線路沿河道布置，地下水位較高，施工前應進行排水。采用開槽施工，根據該地區類似工程經驗，本次設計管道橫斷面開挖坡比，在無支撐的情況下采用1∶2.5（水下）和1∶1.5（水上），以滿足臨時邊坡的穩定要求。根據工作壓力、管道直徑及上部荷載，管床設置為混凝土基礎。

3 工程經濟效益分析

根據《建設工程工程量清單計價規范》（GB 50500-2013），基于本工程實際工程數據和工程量，按2007年第四季度價格水平計算，該工程靜態總投資2324.6萬元，總投資2324.6萬元。經濟凈現值 (ENPV)=未來現金凈流量現值-原始投資額現值。計算凈現值時，按預定的貼現率對投資項目的未來現金流量進行貼現，預定貼現率是投資者所期望的最低投資報酬率。凈現值為正，方案可行，說明方案的實際報酬率高于所要求的報酬率;凈現值為負，方案不可取，說明方案的實際投資報酬率低于所要求的報酬率。當凈現值為零時，說明方案的投資報酬剛好達到所要求的投資報酬。經濟凈現值計算公式為：

式中：CI為投入金額；CO為收益金額；i為基準收益率；t為時間。

根據工程總投資金額，每年投入金額為150萬元，基準收益率為8%，利用上述凈現值計算公式可得經濟凈現值（ENPV）=698.58萬元，該項目凈現值大于0。

經濟內部收益率計算公式如下：

式中：B為投入金額；C為收益金額；t為時間；EIRR為經濟內部收益率。

采用試算法計算上述內部收益率，首先假設一個折現率i值，將i、B、C、n的值代入經濟凈現值公式進行計算，計算出計算期內凈效益現值累計值NPV，若求得NPV=0，說明假設的i即為所求的經濟內部收益率，若求得的NPV不為0，再重新假設i代入計算，直到NPV=0為止。

該項目建成后，經濟評價結果見表4。

表4 經濟評價結果表

由經濟評價分析計算結果可以看出，經濟內部收益率11.21%大于經濟基準收益率8%，經濟凈現698.58萬元大于零，經濟效益費用比1.46大于1.0，故該工程在經濟上是合理的。

4 結論和建議

由于城市建設步伐的加快，扶風縣城市配套管網普及率低，有大量污水未經處理排入附近河流，致使相關河流不同程度的受到污染。因此，扶風縣建設污水處理廠，同時相應改造和建設配套管網工程。根據工程設計要點分析，工程設計合理可行。根據經濟效益，扶風縣污水排水管網工程投資收益率較高，投資回收年限短，同時該項目各項設計合理可行，是一個技術條件優良、投資條件優越、經濟效益和社會效益顯著的工程項目，具備建設的條件。