農村低洼地污水入河治理研究

□劉力鵬

隨著國家推進新農村建設，農村生活質量大幅度提升，相應農村生活污水大幅度增加，農村低洼地污（瀝）水的排水出路主要為河道，污水排放量日益的增加進一步破壞河道水體生態環境，對農村及其下游環境造成不同程度的污染。如何對農村低洼地污水入河現狀進行高效、環保地治理，已成為工程技術人員關注的焦點。

1.工程概況

某渠位于華北平原，自西向東途徑多個市、縣及村莊，擔負著向下游灌區灌溉及城鎮供水的輸水任務。白村位于渠道南側，地勢北低南高，西低東高。村北緊鄰渠道，原有入渠口1 個，村東外有城鎮污水管網，村南現有一座坑塘。白村因周邊建有高速及其輔道，形成積水洼地。根據對白村排水口、地勢和排水歷史出路的現場查勘，其村排水入渠存在以下特點和問題。

一是排水口和入渠水源。村內排水管網等基礎設施缺失。枯水、平水季節生活污水潑灑在庭院、菜園或道路上，依靠自然蒸發、下滲的形式消納；豐水季節村內生活污水、小型垃圾隨雨水向北排入渠道。

二是村莊地勢。白村因周邊修建道路、高速等建筑物，地勢較低，形成積水洼地，高速路面排水由其排水溝排入村北低洼地，村內瀝水大部分也排入村北低洼地。當有暴雨時，低洼地積水難易快速排走，積水溢出低洼地而淹村。

三是排水出路。白莊地勢低，村北低洼地渠道是唯一的排水出路。

2.治理方案

根據白村排水入渠的特點和問題，設計提出“堵、收、導、水處理、蓄和用、排”的治理方案。“堵”即對原有排污（瀝）口門實行封堵，從源頭上杜絕渠道的水污染。“收”即對原排入渠的污（瀝）水進行收集。“導”即將收集的污（瀝）水導入新建的小型污水處理設施。“蓄”即將污水處理設施處理后的水排入改造后的現有坑塘進行自然氧化和降解。“用”即在防滲坑塘中放養魚類、田螺等水生生物，種植水生經濟植物，同時坑塘蓄水可用于農田、苗圃和綠地的灌溉。“排”即將坑塘余水采用加壓泵站排至城鎮污水管網。

2.1 排水規模確定

入渠水主要為豐水季節廚房、洗衣、洗漱用水和雨水的混合水體，雨污分流現階段很難做到，排水規模按雨污合流計算。

2.1.1 設計瀝水量計算

根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006），白村設計排瀝流量采用推理公式法計算。計算公式如下：

式中:

Q—設計排瀝流量（L/s）；

q—設計暴雨強度[L/（s.hm2）]，選取當地公式；

F—排水面積（hm2）；

ψ—徑流系數，取0.4；

P—重現期（a），參照規范村莊適當降低，取1a；

t—降雨歷時（min）；

t1—地面集水時間（min），一般采用5～15min；

t2—管渠內雨水流行時間（min）；

A1、C、b、n—參數，根據統計方法進行計算確定。

路面排水流量的計算依據《公路排水設計規范》公式：

式中：

Q—設計徑流量（m3/s）；

φ—徑流系數；

qp,t—設計重現期和降雨歷時內的平均降雨強度（mm/min)；

F—匯水面積（km2）。

設計瀝水量是坑塘和加壓泵站設計的依據。設計瀝水量由徑流深乘以排水面積推求。考慮當地豐水季節中6、9 兩個月為玉米和小麥的灌溉季節，按7、8 兩個月的徑流深計算排水量。

2.1.2 設計污水量計算

入渠污水主要為生活污水，村莊生活污水產生量按如下公式計算：

式中：

K—生活污水排放系數，0.8；

q—農村居民生活用水標準，40L/d·人；

n—村莊居民數。

實際排入渠道的設計污水最大瞬時流量：

式中：

s—地貌系數，0.5(實際排入渠的比例)。

設計污水量按7、8 兩個月的實際入渠污水最大瞬時流量進行計算。

2.1.3 排水規模

“收、導”工程設計流量取瀝水設計流量和污水設計最大瞬時流量疊加值：

式中：

Q設—排水設計流量，m3/s；

Q—雨水設計流量，m3/s；

QS—污水設計最大瞬時流量，m3/s。

“蓄”工程設計水量取整治后現有坑塘的容量。

表1 排水規模計算結果表

表2 重力自流輸水管道計算結果表

“處理”工程主要采用污水處理站，其緊鄰坑塘，收集的生活污水經調節池調質后，進入污水站處理，經處理后的生活污水進入改造后的坑塘暫存，其設計規模按7、8 兩個月污水實際入渠的最大瞬時流量進行計算。

“排”工程即加壓泵站工程，其作用是將坑塘余水排至村外城鎮污水管網，其規模采用24h 暴雨10 年一遇標準。排水規模計算結果見表1。

2.2 工程布置設計

與當地村民溝通可知，暴雨時，村北低洼地和現有坑塘會滿溢淹村。村南現有坑塘，經整治后坑塘設計蓄水量7410m3，坑塘不足以容納設計排瀝水量。經現場查勘，排水口封堵后，村排水出路可選村外城鎮污水管網，但從地勢來看，村內地勢比村外城鎮污水管網接入點低，不滿足重力自流排水方案。由此，經建設方、設計單位及村負責人現場調研、討論，確定本村排水方案為重力自流+泵站加壓組合排水，即以村北低洼地為起點，向南至現有坑塘為重力自流排水，經坑塘后泵站加壓，沿村路至村外城鎮污水管網接入點為泵站加壓排水。

收水工程：白村現狀為路面排水，封堵后設計亦采用路面排水，在低洼處設匯水口進行收水。

導水工程：導水線路總長700m，其中重力自流管道長181m，泵站加壓管道長480m，在彎道處和銜接處設置檢查井、跌水井，用于管道之間、管道與建筑物之間的連接。

污水處理站：為減少占地難度，選址緊鄰現有坑塘，采用占地面積小的一體化設計。

防滲坑塘工程：采用村南現有坑塘，在現有坑塘的基礎上進行整治，選取重力自流輸水管道出口設計水位作為坑塘最高設計水位，選取坑塘滿足10 年一遇排瀝要求的水位作為坑塘設計水位。

加壓泵站：加壓泵站以防滲坑塘為前池，選取坑塘設計水位為泵站前池設計水位，選取管網接入點地面高程作為泵站加壓輸水管道末端設計水位。

2.3 收水工程設計

白村通過修建匯水口來收集瀝污水。匯水口采用鋼筋混凝土現澆結構。為防止淤堵，在匯水口處設置攔污柵，根據《泵站設計規范》（GB50265 -2010），采用人工清污時，流速宜取0.6～0.8m/s，由此確定匯水口斷面尺寸，凈尺寸2.0×1.1m（寬×高）。

2.4 導水工程設計

2.4.1 管道材質選擇

一是重力自流輸水管道材質選擇。重力自流輸水管道主要有鋼筋混凝土管道、玻璃鋼管道和埋地塑料排水管道。本工程重力自流輸水管道采用造價最低的鋼筋混凝土排水管。

二是泵站加壓輸水管道材質選擇。泵站加壓輸水管道主要有焊接鋼管（SP）、球墨鑄鐵管(DIP)及聚乙烯給水管（PE）。DN400 以下管徑的各種管材延米價格最高的是鋼管，聚乙烯給水管居中，價格最低的是球墨鑄鐵管；DN400（含DN400）以上管徑的各種管材延米價格最高的是聚乙烯給水管，鋼管居中，價格最低的是球墨鑄鐵管，由此選取球墨鑄鐵管作為本工程加壓輸水管道。

2.4.2 管道水力計算

一是重力自流輸水管道。根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006），雨水管道和合流管道應按滿流計算，最小設計流速為0.75m/s，非金屬管道最大設計流速為5.0m/s。管道內水流大體分以下情況：

當管道進、出口都未淹沒時，管道的局部水頭損失較小，沿程水頭損失為主，此時按長管進行計算，計算公式如下：

式中:

Q—設計流量（m3/s）；

A—水流有效斷面面積（m2）；

v—流速（m/s）；

R—水力半徑（m）；

I—水力坡降；

n—粗糙系數，取0.014。

當管道進口淹沒時，管道的局部水頭損失增大，損失不可忽略，此時按短管進行計算；

當管道出口沒有淹沒時，為自由出流，計算公式如下：

式中:

Q—設計流量（m3/s）；

μc—管道系統流量系數；

A—管道斷面面積（m2）；

d—管道內徑（m）；

l—管道計算段長度（m）；

λ—沿程水頭損失系數；

g—重力加速度（m/s2）；

Σξ—管道計算段中各局部水頭損失系數之和；

H0—包括行近流速水頭的作用水頭。

當管道出口淹沒時，為淹沒出流，計算公式如下：

式中：

Σξ—包括管道出口水頭損失系數的計算段各局部水頭損失系數之和；

Z0—當管道出口包括行進流速的上下游水面高程差（m）；其它符合意義同前。重力自流輸水管道計算結果見表2。

二是泵站加壓輸水管道。根據《水力計算手冊》，水泵壓水管的經濟流速為1.5～2.5m/s，根據《室外排水設計規范》，水泵出水管流速宜為0.8～2.5m/s，擬定泵站加壓輸水管道經濟流速為1.5m/s，由此計算經濟管徑為0.38m，確定泵站加壓輸水管道管徑為0.4m。

2.5 防滲坑塘設計

防滲坑塘利用村南現有坑塘，整治后設計蓄水量0.741 萬m3，邊坡1∶2.5，采用576g/m2的土工膜進行防滲，上覆80cm 厚壤土層。考慮上下交通，在坑塘東、南側各留一道臺階，寬1.5m 采用M10 漿砌石砌筑，水泥砂漿抹面。考慮泵房及配電室對外交通，在坑塘頂設2m 寬泥結碎石路面，厚20cm。同時考慮村民安全，在泥結碎石路面外側設防護圍欄，在圍欄明顯處設禁止游泳、禁止攀爬標志牌。

管道在入坑塘處采用“八字”式管道出水口。出水口采用漿砌石結構防護。出水口兩側采用“八字”翼墻結構，翼墻為變截面。翼墻出口接漿砌石流槽，流槽坡比同坑塘，流槽底寬3m、深0.5m，流槽出口設消力池。消力池按照《水閘設計規范》進行計算，確定池長5m，寬3m，深0.5m。

2.6 污水處理站設計

適用于小型分散式城鎮生活污水處理的工藝有A/O 工藝、MBR 膜生物反應器、SBR 工藝、曝氣生物濾池工藝及生物接觸氧化工藝。從管理、投資和運行3 個方面對上述工藝進行比較，選取適合農村生活污水處理的A/O 工藝，確定污水處理站型式，包括格柵、調節池、地埋式生活污水一體化等生產性構筑物。

2.7 加壓泵站設計

泵站10 年一遇瀝水排除時間為24h，確定泵站設計流量為0.169m3/s。泵站進水口最高設計水位為23.8m，設計水位為23.76m，最低運行水位為19.5m，泵站加壓輸水管道末端設計水位為25.5m。

泵站利用整治后坑塘為前池，地下部分由進水口、泵室、閥門井和壓力管道組成，地上部分由泵房與配電室組成。

進水口由漿砌石翼墻、鋼筋混凝土U 型渠和混凝土排水管組成。漿砌石翼墻采用重力式擋墻，八字墻布置。翼墻 后 接U 型 渠，U 型 渠 采用DN1000 混凝土排水管與泵室連接。為防止水中污物破壞水泵運行，在U 型渠進口設攔污柵。

泵室為鋼筋混凝土結構，頂板設吊物孔，以便水泵檢修。泵室設2 臺200QW300-10-15 型潛水排污泵，水泵出水管后接480m 長壓力管道，采用DN400 球墨鑄鐵管。為便于壓力管道閥門檢修，在水泵出水管和壓力管道連接處設閥門井。

泵房為單層框架結構，位于泵室和閥門井上方，層高6m。泵房頂部設一臺電動葫蘆，功能上滿足設備專業及操作人員的使用要求。

配電室為單層磚混結構，層高4.5m，主要用于放置電氣專業的相關設備，功能上滿足電氣專業的使用要求，包括高壓配電室、低壓配電室以及變壓器室。

3.結論

農村低洼地污水入河治理涉及村居民自身利益，治理方案需結合當地村居民的意見，因地制宜的確定，如此才能高效、環保地進行污水入河治理。此文以白村為例，詳細地闡述了農村低洼地污水入河治理的設計方案，以期為同類工程提供借鑒。