北京農村給排水工程設計要點分析

王勇 邱象玉 王明光

（北京市水利規劃設計研究院 北京 100048）

北京農村給排水工程設計要點分析

王勇 邱象玉 王明光

（北京市水利規劃設計研究院 北京 100048）

本文以近幾年農村給排水工程設計為借鑒，分析了農村給排水工程中存在的問題，明確了給排水工程的設計原則，并從水量的預測、給水壓力的選取、水源的選擇、給水形式、水質處理等多方面詳細進行了分析。最終通過給水管網模型的建立、生活污水MBR處理技術的引入，以及給排水管線同溝敷設木板樁支撐施工方案的設計，有效解決了農村給排水工程設計、施工的重點難點問題，為今后類似的農村給排水工程設計提供了有利建議和參考。

給排水 管網模型 MBR處理技術 木板樁支護

引言

近年來隨著北京市農村安全飲水工程的實施，全市大部分的農民安全飲水問題已經得到解決，在一些經濟發展比較靠前的平原區，人們的生活水平大幅度提高。但是相應的農村給排水設施并沒有配套改善：尚未進行管網改造的村莊，管網及設備老化現象嚴重、跑漏水不斷；生活污水沒有有效截留集中處理，導致污水橫流、村內臭氣熏天等，因此給排水設施的配套改善，成為了農民迫切需要解決的問題。

在農村給排水工程設計時，為避免重復建設和浪費，在設計過程中，給水和排水工程需要同時考慮，盡可能采取同期施工，通過給水和排水工程的實施改善人民的生活條件。

本文著重介紹在農村給排水工程設計時應注意的一些技術關鍵點，主要包括給水工程的水量預測、管網設計、壓力設計、水源的選擇；排水工程的生活污水處理工藝、污水排放等方面，從而對以后類似的農村給排水工程設計提供有用的建議和參考。

1 設計原則

從經濟節約的原則出發，充分利用現有設施，避免重復建設；結合現場條件，采取給水管道和排水管道同溝施工，排水管道在下，給水管道在上的原則；

給水設計時應以當地規劃為依據，盡可能采用市政水廠作為給水水源，統一配置水資源，積極推行區域一體化給水，堅持集中給水為主、分散給水為輔的原則，大力發展適度規模的集中給水工程。

排水設計時應結合當地周邊地理環境，因地制宜，盡可能集中排放，統一處理，或以區域為單位形成小型污水處理工藝，并按規范要求進行周邊排放。

2 給水工程技術關鍵點

（1）水量的預測。一般根據《村鎮供水工程規范》（SL310-2004）中的有關規定確定用水量，村鎮給水工程建設用水規模的確定主要考慮生活用水量、公共建筑用水量、禽畜用水量、企業用水量、消防用水量、澆灑道路和綠地用水量、管網漏失和未預見水量。

其中特別要注意在生活用水量的選擇時，一定要考慮到外來人口數量，北京農村地區外來人口數量在一些經濟狀況較好的地區占到了一定的比例，若不考慮將影響到水量的預測以及管

網、管徑的設計。

（2）水源的選擇。北京農村飲水的水源選擇應根據當地的地理地質情況具體分析，選用合適的水源。

經濟條件較好的區域，應集中新建水廠，進行統一處理，該模式給水保證率高，水源可靠且安全。

周邊沒有水廠的地區應選擇單村或聯村給水型式，一般選擇地下水作為水源，地下水水質較好，分布廣，水量可靠且不易受到污染。

無論是集中給水還是單村給水型式，其水質都應該滿足《生活飲用水衛生標準》GB5749-2006對水質的要求。

（3）水壓設計。給水水壓應滿足配水管網中用戶接口點的最小服務水頭，單層建筑物可為5～10m，兩層建筑物為10～12m，二層以上各增高一層增加3.5～4.0m，用戶水龍頭最大凈水頭不宜超過40m。

北京地區農村以平房為主，一般都為單層建筑，隨著經濟的發展和新農村建設的實施，各村各戶基本上安裝了太陽能熱水器，因此給水最小服務水頭選取以12m為宜。

（4）管網設計。管網設計在給水設計中是個難點，管徑、流速的選擇直接影響到用戶用的給水水壓。目前多數設計單位均可采用軟件對管網進行設計，而且管網的水力計算在算法和計算模型上已比較成熟，使用較廣泛的一些水力計算公式有：舍維列夫公式、巴甫洛夫斯基公式、海曾-威廉公式和柯爾勃洛克公式。農村給水工程中針對枝狀管網主要采用海曾-威廉公式。水力計算中沿程損失計算可采用達西公式：

式中，沿程水頭損失(m)，流速(m/s)，管段長度(m)，管段直徑(m)， 重力加速度(m/ s2)，沿程阻力系數。

其中沿程阻力系數的計算采用海曾-威廉公式

式中，D為管內徑(m)；q為流量(m3/s); Ch為系數，其值與管材有關。

農村安全飲水工程具有用戶多、用量不均、枝狀管網等多種特點，結合天正CAD軟件，建立農村給水管網模型。工程將天正CAD軟件引入給水管網平差計算中，通過對設計管網圖形的抽象化處理，將圖形與水力計算有效耦合。利用計算分析可以快速調整管網參數，獲得控制管網的節點壓力、管段管徑、管段流速及水力坡降；并且可以通過人機交互方式快速搜索控制點，確定最不利管段以及校核水源點的流量、壓力等，從而為給水管網設計提供了有效技術手段。根據上述原理，管網模型的建立及計算流程如圖1所示。

圖1 給水管網模型計算流程圖

工程中建立模型的方法和過程具有通用性，可以廣泛應用于農村安全飲水單水源、多水源以及水廠集中給水等枝狀管網系統分析計算中。該模型大幅提高了設計效率及精度，其設計思想對相關給水管網的規劃設計具有借鑒作用。

3 排水工程技術關鍵點

（1）污水量的預測。農村的污水主要來自日常生活污水，可根據當地情況并結合給水量的預測進行相應折減，或根據相關規范進行選取。

（2）管道的布設。在排水工程中一般會采用重力自流方式收集污水，因此排水管道的布設要結合地形、地質、地貌的特點進行，綜合考慮防凍和可能的荷載情況，盡量降低管道敷設工程投資及便于維修，充分利用地形坡度，確定排水管道的埋設深度和水力坡降。

（3）污水處理工藝的選擇。要選擇技術成熟，處理效果穩定，保證出水水質達到國家規定排放要求；基礎設施和運行費用低，以盡可能少的投入取得盡可能大的效益；運行管理方便，運轉靈活，并可根據不同的進水水質和出水水質要求調整運行方式和工藝參數，最大限度的發揮處理裝置和處理構筑物的處理能力；選定工藝的技術及設備先進可靠。

隨著科技的發展，污水處理工藝也多種多樣，在農村污水處理站工藝的選擇中，由于農村的小型污水處理站一般會將處理過的污水向周邊水體排放，所以盡可能的通過處理工藝提高排放的污水水質，杜絕村莊周邊污染源。在以往的農村污水處理工藝中較多采用的是MBR處理工藝。MBR生活污水處理工藝流程見圖2。

圖2 MBR生活污水處理工藝流程圖

MBR膜生物處理技術可高效地進行固液分離，出水水質優異，可直接回用；膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反應器內，實現反應器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離；生化處理過程更容易控制，效果變得更加穩定；由于泥齡可以非常長，可以大大提高難降解有機物的降解效率，一次性將COD/BOD降到一個極限的低值。

4 工程施工

給水管道及污水管道同時施工時，由于村內胡同施工面較為狹窄，為避免重復建設和浪費，一般采取給水及污水同槽施工，遵循給水在上污水在下的原則。但污水管道開挖基槽較深，最深處可達3～5m深，開挖斷面上開口兩側即為院墻或房屋等建筑，施工難度大且危險，因此必須采用相應的施工措施保證施工及人員安全。

結合以往工程實例，對于開挖較深，但開挖面較窄的工程中一般可采用木板樁支護施工措施。

木板樁支護具有重量輕、強度高、施工方便、效率高、安全性好、綠色環保、對空間要求低、適應性強等優點，因此可積極應用。

圖3 木板樁支護現場施工圖

5 結論

（1）農村給水管網計算模型的建立大幅提高了工程設計效率及精度，有效解決了農村給水工程中壓力、流量的均衡分配問題。

（2）MBR膜生物技術的應用有效改善了農村生活污水肆意排放現狀，杜絕了污染源、提高農民的生活質量。

（3）適合農村給排水工程施工特色的木板樁支護施工工藝，綠色環保、節省投資，為同類工程的設計提供了有利參考。

1 楊峰 林壢 田海濤. 北京市農民安全飲水工程設計常見問題與對策[J]. 北京水務，2007，(6).

2 李晶 岳恒 王建平等.農村飲水安全現狀分析及解決對策[J]. 中國水利，2006，（11）.

3 室外給水設計規范 GB 50013-2006[M]. 北京：中華人民共和國建設部,2006.

4 邱象玉 戚蘭英 王明光. 天正CAD在農村安全飲水管網平差計算中的應用[J],中國水利，2009.12（增刊）.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.025

TV93

B

1672-2469(2014)09-0083-03

王勇（1981年—），男，工程師。