低山丘陵地區村鎮污水管道設計與應用

陳 莽，戴 紅，馬丹丹

（1.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610081；2.四川農業大學，四川雅安 611830）

0 引 言

近年來，隨著鄉村振興戰略的實施，我國對于鎮、村污染的治理愈發重視，村鎮污水治理行業得到了快速發展并穩健增長。

村鎮建設過程中大多缺乏對排水系統的整體規劃，很多村鎮污水治理工程“重廠站、輕管網”；另一方面，受經濟、時間、地區發展等因素影響，部分村鎮污水治理工程“先廠站、后管網”，污水站進水不穩定、運行管理困難等，導致污水治理系統低效運行甚至癱瘓，造成資源的浪費[1]。

現階段村鎮污水治理工程的終端處理技術已受到廣泛關注并迅速發展成熟。但圍繞村鎮地區尤其是低山丘陵等地區的污水收集與輸送問題，還未得到有效地解決。污水管道的設計運行思路研究顯得尤為重要。

1 低山丘陵地區村鎮排水系統的特點

村鎮相比于城市而言，具有人口密度低、分布較為分散等特點[2]，村鎮污水也具有分布分散、規模較小、水量水質變化大等顯著特征。低山丘陵地區由于天然的居住條件、發展邊界等的限制，村莊等的空間分布更加隨機[3]，對污水收集、處理系統提出了更高的要求。

結合我國村鎮地區特點，可將村鎮污水處理按照規模大小分為鎮級、村級、戶級三種不同集中程度的污水處理系統，其規模范圍大致可分為：鎮級500～10 000 m3/d，村級10～500 m3/d，戶級小于10 m3/d。

低山丘陵地區地形復雜、巖層較淺，民房建設分散、無規劃、街巷狹窄[4]，給重力流管道的設計與運行帶來很大的挑戰。其排水系統主要有以下特點：（1）沿河道、山溝呈線性分布，受地形、水源、交通等多方面因素影響，村鎮發展也多呈帶狀。（2）順應地勢向多個方向分散排放，受山洪等因素影響，村鎮房屋往往居高而建，排水自然順坡而下，難以形成統一的行泄通道。（3）明溝、暗管交織錯落，因地質條件、建設水平、時序的不同，往往形成沿河、明排、暗流同時存在的混合排水系統。

2 污水管道設計的技術路線選擇

2.1 重力流管道技術路線

如前所述，我國大部分村鎮在建設和發展過程中，都適應了不同地區的地形地貌、水文氣象條件的變化，整體上具有重力流輸送污水的條件。同時，由于大部分低山丘陵地區的村鎮經濟欠發達、村鎮建設缺乏統一規劃且分布分散，給污水管道重力輸送帶來困難。

在低山丘陵地區規劃建設污水管道時，考慮到長期運行的能耗問題，仍應以重力流為基本路線。首先，分析收集范圍內的整體地勢及河流山川等條件，確定重力排水方向及主管走向；其次，根據街道數量、街坊層次，以及是否沿河道兩側分布等，確定主管根數及下游匯集點；最后，根據主管位置、民房分布合理布置收集支管。

2.2 壓力流管道技術路線

丘陵地區地形復雜、高差起伏較大，這種情況對主要依靠重力流排水的污水管道影響較大，若排水系統不能完全依靠重力流時，則需考慮壓力流輸送。壓力流管道設置主要可分為以下幾種情況，見表1。

表1 幾種壓力流管道設置條件比較

2.3 沿河管道技術路線

部分低山丘陵地區，村鎮發展受地形條件的限制，房屋、道路建設多依山傍水，逐漸形成“山、路、屋、水”緊鄰的發展格局，若道路狹窄、房屋臨河，則污水管道只能沿河建設。

沿河建設的污水管道主要可分為以下幾種情況，見表2。

表2 幾種沿河管道設計

2.4 混流制系統技術路線

在一些村鎮的已建區內，由于街道狹窄、房屋密集，雨、污水沿街邊明溝或部分管道、暗涵混合排放，短期內不具備雨污分流改造的條件時，仍在局部范圍內保留合流管渠，形成混流制排水系統。

這種條件下，應對現狀排水管渠系統進行改造，使其排水通暢，以不積水、不散排，顯著改善居住環境為目標。在片區外合理地設置截流系統，使旱季不溢流、暴雨不內澇，以應收盡收為治理重點。

3 山丘污水管道設計的重難點分析

3.1 污水管道順河床敷設

污水管道沿河床敷設時，主要受河水沖刷及高水位時較大浮力的影響，并應采取措施防止豐水期河水倒灌、較大的砂石破壞管道及檢查井等。

基于以上問題，根據地勘報告、水文資料等通過計算，在管道基礎持力層滿足要求的前提下，可采取的加固措施有：（1）河床下敷設的污水管道采用360°混凝土滿包加固，混凝土采用C25～C30，按需設置支墩，見圖1。（2）河道內檢查井采用密封檢查井，視情況設置抗浮錨桿；檢查井及混凝土支墩基礎底嵌入基巖一定深度，見圖2。（3）間隔適當距離設置通氣管，保證管道系統運行安全。

圖1 管道位于河床以上時的加固做法（單位：mm）

圖2 河道內檢查井做法

3.2 污水管道沿河堤敷設

（1）在河堤內敷設

沿河敷設的污水管道應與河堤工程、河道整治等工程同步實施。

（2）在河堤外敷設

在污水管道規劃設計前，當河道兩側已建有堤防工程且不具備開挖條件時，應盡量降低施工對現狀河堤的破壞程度，采取沿現狀平臺（如馬道）敷設、沿河堤擋墻掛管等方式。

沿河堤掛管的方式，受錨固方式、管道運行重量的影響，建議管徑不大于DN300 mm 時采用。

3.3 污水管道倒虹敷設

當遇到河流、溝壑等地勢突變及地下障礙物的情況，為避免下游管道埋深過大，往往會采用倒虹的方式。

以污水平均日流量為1 000 m3/d 為例，對應的總變化系數為2.6，即倒虹管內最大時流量為30.1 L/s，按倒虹管最小管徑DN200 計算，單管內流速為0.977 m/s＞0.9 m/s，可滿足規范要求；在平均時流量11.57 L/s 的情況下，管徑DN200 時的單管內流速為0.376 m/s＜0.9 m/s，需增設定期沖洗措施。

當污水規模相對較小，采用倒虹時，需設置定期沖洗措施，有條件時，建議在倒虹管進水井前增設一道格柵。

3.4 污水管道架空敷設

當管道必須跨越較深的河谷、倒虹井深度過大時，可采用架空敷設的方式。架空敷設宜利用現有橋梁、管橋等構筑物，無可用構筑物時，應經技術經濟比較采用新建管橋、支墩架空等方式。不同情況下架空做法示意見圖3、圖4。

圖3 架空段有檢查井的做法（單位：m）

圖4 架空段有檢查孔的做法（不小于DN700 可采用）（單位：m）

污水管道架空敷設時，應保證以下幾點：架空管道管徑、坡度滿足重力流輸水的要求；架空管宜采用金屬管道，結構強度滿足要求；金屬管道應有可靠的內外防腐；架空管道應能正常檢修；管道架空高度宜高于防洪標準下的洪水位，當不能滿足時，應考慮管道在洪水期的安全性，且不影響河道行洪。

當架空管道遇到障礙物無法避開時，可在較小角度范圍內轉彎。并注意以下幾點：轉彎角度不宜過大，小于30°為宜；應設置有效的沖洗措施，可采用在架空管道上設置沖洗孔，沖洗時以快速接頭連接的方式；固定支墩應驗算管內滿流時所承受的側向壓力。

3.5 污水管道沿陡坡敷設

部分村鎮由于歷史原因或考慮城鎮防洪等因素，人員聚集地位于較高位置，當污水收集管道需經過山坡、陡坎時，常規的跌水井已無法滿足跌水高度要求。根據跌水井設計原理，可在國標圖集做法的基礎上，增加跌水高度以滿足工程需求。工程中應特別注意在跌水管道下端及相接的檢查井中采取有效的抗沖刷措施，同時在跌水管道下端適當放大坡度，防止澭水堵塞。此外，當斜坡上檢查井間距較大時，管道應有可靠的固定措施。

3.6 截流井設計

目前，在還未設置集中污水處理設施的村鎮區域，仍然以雨污合流制排水系統為主。在新建污水收集、處理系統之前，首先要調查、研究項目區域內的排水管網情況，并據此提出合理的改造方案。對于現階段不具備雨污分流改造條件的區域，在合流管渠排放之前設置截流設施，是較為合理的方式。

截流井應根據實際排水情況合理選擇，以下列舉了幾種常見的情況，見表3。

表3 截流井設置的幾種常見情況

4 結 論

（1）低山丘陵地區排水特點及系統選擇。低山丘陵地區的村鎮排水具有地形起伏、早期建設無序、雨污合流、明暗溝結合等特點，系統選擇時應在詳細調查后結合地區實際情況進行多方案比選、組合后確定，不可生搬硬套。

（2）重難點的解決方案

當重力流排水管道沿河、跨河、順陡坡敷設時，可選擇的解決方案包括：混凝土滿包、倒虹、架空、高跌水等，具體措施應結合水文地質等資料進行選擇、調整。

（3）案例參考

本文所述低山丘陵地區污水管道建設中遇到的情況及解決方案，具有廣泛的經濟效益及社會效益。可作為相關領域前期策劃規劃方案的理論依據，也可為相關工程建設提供參考。