农村低洼地污水入河治理研究

□刘力鹏

随着国家推进新农村建设，农村生活质量大幅度提升，相应农村生活污水大幅度增加，农村低洼地污（沥）水的排水出路主要为河道，污水排放量日益的增加进一步破坏河道水体生态环境，对农村及其下游环境造成不同程度的污染。如何对农村低洼地污水入河现状进行高效、环保地治理，已成为工程技术人员关注的焦点。

1.工程概况

某渠位于华北平原，自西向东途径多个市、县及村庄，担负着向下游灌区灌溉及城镇供水的输水任务。白村位于渠道南侧，地势北低南高，西低东高。村北紧邻渠道，原有入渠口1 个，村东外有城镇污水管网，村南现有一座坑塘。白村因周边建有高速及其辅道，形成积水洼地。根据对白村排水口、地势和排水历史出路的现场查勘，其村排水入渠存在以下特点和问题。

一是排水口和入渠水源。村内排水管网等基础设施缺失。枯水、平水季节生活污水泼洒在庭院、菜园或道路上，依靠自然蒸发、下渗的形式消纳；丰水季节村内生活污水、小型垃圾随雨水向北排入渠道。

二是村庄地势。白村因周边修建道路、高速等建筑物，地势较低，形成积水洼地，高速路面排水由其排水沟排入村北低洼地，村内沥水大部分也排入村北低洼地。当有暴雨时，低洼地积水难易快速排走，积水溢出低洼地而淹村。

三是排水出路。白庄地势低，村北低洼地渠道是唯一的排水出路。

2.治理方案

根据白村排水入渠的特点和问题，设计提出“堵、收、导、水处理、蓄和用、排”的治理方案。“堵”即对原有排污（沥）口门实行封堵，从源头上杜绝渠道的水污染。“收”即对原排入渠的污（沥）水进行收集。“导”即将收集的污（沥）水导入新建的小型污水处理设施。“蓄”即将污水处理设施处理后的水排入改造后的现有坑塘进行自然氧化和降解。“用”即在防渗坑塘中放养鱼类、田螺等水生生物，种植水生经济植物，同时坑塘蓄水可用于农田、苗圃和绿地的灌溉。“排”即将坑塘余水采用加压泵站排至城镇污水管网。

2.1 排水规模确定

入渠水主要为丰水季节厨房、洗衣、洗漱用水和雨水的混合水体，雨污分流现阶段很难做到，排水规模按雨污合流计算。

2.1.1 设计沥水量计算

根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006），白村设计排沥流量采用推理公式法计算。计算公式如下：

式中:

Q—设计排沥流量（L/s）；

q—设计暴雨强度[L/（s.hm2）]，选取当地公式；

F—排水面积（hm2）；

ψ—径流系数，取0.4；

P—重现期（a），参照规范村庄适当降低，取1a；

t—降雨历时（min）；

t1—地面集水时间（min），一般采用5～15min；

t2—管渠内雨水流行时间（min）；

A1、C、b、n—参数，根据统计方法进行计算确定。

路面排水流量的计算依据《公路排水设计规范》公式：

式中：

Q—设计径流量（m3/s）；

φ—径流系数；

qp,t—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度（mm/min)；

F—汇水面积（km2）。

设计沥水量是坑塘和加压泵站设计的依据。设计沥水量由径流深乘以排水面积推求。考虑当地丰水季节中6、9 两个月为玉米和小麦的灌溉季节，按7、8 两个月的径流深计算排水量。

2.1.2 设计污水量计算

入渠污水主要为生活污水，村庄生活污水产生量按如下公式计算：

式中：

K—生活污水排放系数，0.8；

q—农村居民生活用水标准，40L/d·人；

n—村庄居民数。

实际排入渠道的设计污水最大瞬时流量：

式中：

s—地貌系数，0.5(实际排入渠的比例)。

设计污水量按7、8 两个月的实际入渠污水最大瞬时流量进行计算。

2.1.3 排水规模

“收、导”工程设计流量取沥水设计流量和污水设计最大瞬时流量叠加值：

式中：

Q设—排水设计流量，m3/s；

Q—雨水设计流量，m3/s；

QS—污水设计最大瞬时流量，m3/s。

“蓄”工程设计水量取整治后现有坑塘的容量。

表1 排水规模计算结果表

表2 重力自流输水管道计算结果表

“处理”工程主要采用污水处理站，其紧邻坑塘，收集的生活污水经调节池调质后，进入污水站处理，经处理后的生活污水进入改造后的坑塘暂存，其设计规模按7、8 两个月污水实际入渠的最大瞬时流量进行计算。

“排”工程即加压泵站工程，其作用是将坑塘余水排至村外城镇污水管网，其规模采用24h 暴雨10 年一遇标准。排水规模计算结果见表1。

2.2 工程布置设计

与当地村民沟通可知，暴雨时，村北低洼地和现有坑塘会满溢淹村。村南现有坑塘，经整治后坑塘设计蓄水量7410m3，坑塘不足以容纳设计排沥水量。经现场查勘，排水口封堵后，村排水出路可选村外城镇污水管网，但从地势来看，村内地势比村外城镇污水管网接入点低，不满足重力自流排水方案。由此，经建设方、设计单位及村负责人现场调研、讨论，确定本村排水方案为重力自流+泵站加压组合排水，即以村北低洼地为起点，向南至现有坑塘为重力自流排水，经坑塘后泵站加压，沿村路至村外城镇污水管网接入点为泵站加压排水。

收水工程：白村现状为路面排水，封堵后设计亦采用路面排水，在低洼处设汇水口进行收水。

导水工程：导水线路总长700m，其中重力自流管道长181m，泵站加压管道长480m，在弯道处和衔接处设置检查井、跌水井，用于管道之间、管道与建筑物之间的连接。

污水处理站：为减少占地难度，选址紧邻现有坑塘，采用占地面积小的一体化设计。

防渗坑塘工程：采用村南现有坑塘，在现有坑塘的基础上进行整治，选取重力自流输水管道出口设计水位作为坑塘最高设计水位，选取坑塘满足10 年一遇排沥要求的水位作为坑塘设计水位。

加压泵站：加压泵站以防渗坑塘为前池，选取坑塘设计水位为泵站前池设计水位，选取管网接入点地面高程作为泵站加压输水管道末端设计水位。

2.3 收水工程设计

白村通过修建汇水口来收集沥污水。汇水口采用钢筋混凝土现浇结构。为防止淤堵，在汇水口处设置拦污栅，根据《泵站设计规范》（GB50265 -2010），采用人工清污时，流速宜取0.6～0.8m/s，由此确定汇水口断面尺寸，净尺寸2.0×1.1m（宽×高）。

2.4 导水工程设计

2.4.1 管道材质选择

一是重力自流输水管道材质选择。重力自流输水管道主要有钢筋混凝土管道、玻璃钢管道和埋地塑料排水管道。本工程重力自流输水管道采用造价最低的钢筋混凝土排水管。

二是泵站加压输水管道材质选择。泵站加压输水管道主要有焊接钢管（SP）、球墨铸铁管(DIP)及聚乙烯给水管（PE）。DN400 以下管径的各种管材延米价格最高的是钢管，聚乙烯给水管居中，价格最低的是球墨铸铁管；DN400（含DN400）以上管径的各种管材延米价格最高的是聚乙烯给水管，钢管居中，价格最低的是球墨铸铁管，由此选取球墨铸铁管作为本工程加压输水管道。

2.4.2 管道水力计算

一是重力自流输水管道。根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006），雨水管道和合流管道应按满流计算，最小设计流速为0.75m/s，非金属管道最大设计流速为5.0m/s。管道内水流大体分以下情况：

当管道进、出口都未淹没时，管道的局部水头损失较小，沿程水头损失为主，此时按长管进行计算，计算公式如下：

式中:

Q—设计流量（m3/s）；

A—水流有效断面面积（m2）；

v—流速（m/s）；

R—水力半径（m）；

I—水力坡降；

n—粗糙系数，取0.014。

当管道进口淹没时，管道的局部水头损失增大，损失不可忽略，此时按短管进行计算；

当管道出口没有淹没时，为自由出流，计算公式如下：

式中:

Q—设计流量（m3/s）；

μc—管道系统流量系数；

A—管道断面面积（m2）；

d—管道内径（m）；

l—管道计算段长度（m）；

λ—沿程水头损失系数；

g—重力加速度（m/s2）；

Σξ—管道计算段中各局部水头损失系数之和；

H0—包括行近流速水头的作用水头。

当管道出口淹没时，为淹没出流，计算公式如下：

式中：

Σξ—包括管道出口水头损失系数的计算段各局部水头损失系数之和；

Z0—当管道出口包括行进流速的上下游水面高程差（m）；其它符合意义同前。重力自流输水管道计算结果见表2。

二是泵站加压输水管道。根据《水力计算手册》，水泵压水管的经济流速为1.5～2.5m/s，根据《室外排水设计规范》，水泵出水管流速宜为0.8～2.5m/s，拟定泵站加压输水管道经济流速为1.5m/s，由此计算经济管径为0.38m，确定泵站加压输水管道管径为0.4m。

2.5 防渗坑塘设计

防渗坑塘利用村南现有坑塘，整治后设计蓄水量0.741 万m3，边坡1∶2.5，采用576g/m2的土工膜进行防渗，上覆80cm 厚壤土层。考虑上下交通，在坑塘东、南侧各留一道台阶，宽1.5m 采用M10 浆砌石砌筑，水泥砂浆抹面。考虑泵房及配电室对外交通，在坑塘顶设2m 宽泥结碎石路面，厚20cm。同时考虑村民安全，在泥结碎石路面外侧设防护围栏，在围栏明显处设禁止游泳、禁止攀爬标志牌。

管道在入坑塘处采用“八字”式管道出水口。出水口采用浆砌石结构防护。出水口两侧采用“八字”翼墙结构，翼墙为变截面。翼墙出口接浆砌石流槽，流槽坡比同坑塘，流槽底宽3m、深0.5m，流槽出口设消力池。消力池按照《水闸设计规范》进行计算，确定池长5m，宽3m，深0.5m。

2.6 污水处理站设计

适用于小型分散式城镇生活污水处理的工艺有A/O 工艺、MBR 膜生物反应器、SBR 工艺、曝气生物滤池工艺及生物接触氧化工艺。从管理、投资和运行3 个方面对上述工艺进行比较，选取适合农村生活污水处理的A/O 工艺，确定污水处理站型式，包括格栅、调节池、地埋式生活污水一体化等生产性构筑物。

2.7 加压泵站设计

泵站10 年一遇沥水排除时间为24h，确定泵站设计流量为0.169m3/s。泵站进水口最高设计水位为23.8m，设计水位为23.76m，最低运行水位为19.5m，泵站加压输水管道末端设计水位为25.5m。

泵站利用整治后坑塘为前池，地下部分由进水口、泵室、阀门井和压力管道组成，地上部分由泵房与配电室组成。

进水口由浆砌石翼墙、钢筋混凝土U 型渠和混凝土排水管组成。浆砌石翼墙采用重力式挡墙，八字墙布置。翼墙 后 接U 型 渠，U 型 渠 采用DN1000 混凝土排水管与泵室连接。为防止水中污物破坏水泵运行，在U 型渠进口设拦污栅。

泵室为钢筋混凝土结构，顶板设吊物孔，以便水泵检修。泵室设2 台200QW300-10-15 型潜水排污泵，水泵出水管后接480m 长压力管道，采用DN400 球墨铸铁管。为便于压力管道阀门检修，在水泵出水管和压力管道连接处设阀门井。

泵房为单层框架结构，位于泵室和阀门井上方，层高6m。泵房顶部设一台电动葫芦，功能上满足设备专业及操作人员的使用要求。

配电室为单层砖混结构，层高4.5m，主要用于放置电气专业的相关设备，功能上满足电气专业的使用要求，包括高压配电室、低压配电室以及变压器室。

3.结论

农村低洼地污水入河治理涉及村居民自身利益，治理方案需结合当地村居民的意见，因地制宜的确定，如此才能高效、环保地进行污水入河治理。此文以白村为例，详细地阐述了农村低洼地污水入河治理的设计方案，以期为同类工程提供借鉴。