北京中小河道截污工程方案优化设计

霍 涛

(北京市大兴区水务局,北京 100100)

北京中小河道截污工程方案优化设计

霍 涛

(北京市大兴区水务局,北京 100100)

北京郊区县的中小河道水质污染情况日益严重，近几年北京市加大了水环境治理力度。本文以北京市大兴区大龙河截污工程为例，通过对不同管材的技术性能、过流能力、施工工艺等条件进行比选，确定了先进实用的截污管道的管材。按照常用的理论方法计算截污量，优化了大龙河的截污系统，为现阶段中小河道截污的优化设计提供依据。

河道截污；水环境治理；优化设计

1 工程简介

大龙河是发源于北京黄村的内河，河道无上游传输水量，雨季排除区域内雨洪水，旱季排放城市污水，河道自净能力差，生态环境脆弱。目前，大龙河流域内建设用地范围内市政污水管道不完善，开发建设尚在进行，河道周边的城市污水大多未经处理就直接排入河道，成为水体污染的主要来源，不仅影响河道环境美观，还危害到河道周边居民的身体健康。现排污口主要集中在大兴新城海子角地区、王立庄村、后大营村、魏善庄及安定镇中心区，排污口共56个。

大龙河流域内及周边现已经建成并投入使用的污水处理厂有3座，分别是黄村再生水厂、天堂河再生水厂及魏善庄污水处理厂。黄村再生水厂位于新凤河北岸，凤河西南侧，规划规模为1.2×105m3/d，规划占地为12 hm2；天堂河污水处理厂位于魏永路北侧，规模4×104m3/d；魏善庄污水处理厂位于魏善庄镇中心区东部，大龙河南岸，规模5000 m3/d。

2 设计思路

2.1 截污管材比选与确定

2.1.1 技术性能比较

污水管道可供选择使用的管材有塑料管、钢筋混凝土管等。塑料管为柔性管材，钢筋混凝土管为刚性管。目前，UPVC材质的排水管道公称直径为DN200～400 mm，HDPE双壁波纹管的直径范围为DN400～1200 mm。直径更大的埋地排水管道可采用钢筋混凝土管。塑料管与钢筋混凝土管的技术性能比较见表1。由表1可知，塑料管与钢筋混凝土管相比，具有明显的技术性能优势。

表1 钢筋混凝土管与塑料管技术性能对比表

续表1

2.1.2 水力学条件比较

污水管道一般为重力自流，工程设计上对管道的坡度、充满度、流速等都有一定的要求。由于塑料管的内壁较光滑，粗糙系数小，同等管径的条件下，过流能力比钢筋混凝土管大30%～50%。在定流量时，塑料管的管径一般可以比钢筋混凝土管小。试验对D300～1000 mm不同规格的钢筋混凝土管和HDPE管均按3‰坡度及最大设计充满度进行水力学计算比较，发现在同等设计坡度和充满度情况下，同直径的HDPE管的过流能力比钢筋混凝土管增加40%[1]。这说明在同样流量的情况下，HDPE管的管径比钢筋混凝土管小一级或两级，敷设坡度也可减小。这对整个排污系统而言，可减少下游污水管道的开挖深度，也就减少了土方量，节省工程投资。

2.1.3 施工条件的比选

钢筋混凝土管道接口一般采用水泥砂浆抹带接口或套环连接，塑料管一般采用橡胶圈接口或粘接。广元市闻溪河截污管道管材的试验发现：塑料管连接方便，省时省工，效果好，因各工序无需养护，缩短了施工周期，降低了工程造价[2]；而且塑料管管材轻，施工方便；钢筋混凝土管道自重大，在河道边狭小的截污施工工地运输不便，施工时间较长。此外，由于紧临河道，地下水位较高，进一步增加了施工难度。

2.1.4 污水管道管材的确定

通过以上技术、水力学计算等方面的比较，最终确定本工程采用HDPE双壁波纹管，管道环向弯曲刚度采用8 kN/m2，管道基础采用15 cm厚中粗砂基础。管道两侧及管顶以上0.5 m范围内采用素土回填并满足管道压实度的要求，其余部分回填按《埋地聚乙烯排水管道工程技术规程》的要求回填[3]。

2.2 污水量计算

2.2.1 污水流量的计算方法

城市单位人口综合用水量指标法是根据城市单位人口综合用水量指标、城市规划人口数、城市污水排放系数、地下水入渗量等因素综合确定，具体计算式如下：

城市综合污水量=城市单位人口综合用水量×城市规划人口数×污水排放系数×地下水入渗量比例。

城市单位建设用地综合指标法是根据城市单位建设用地综合用水量指标、污水收集面积、城市污水排放系数、地下水入渗量等因素综合确定，具体计算式如下：

城市综合污水量= 城市单位建设用地用水量指标× 污水收集面积×城市污水排放系数×地下水入渗量比例。

2.2.2 设计参数

(1)设计人口：根据《大兴区总体规划》，海子角地区人口20 000人，王立庄人口1121人，后大营村人口1000人，安定镇镇区人口10 000人。

(2)设计截污面积：本工程海子角地区纳污范围约为1.45 km2，王立庄村建设用地面积0.13 km2，后大营村建设用地面积0.1 km2，安定镇镇区建设用地面积0.68 km2。

(3)城市单位人口综合用水量指标：该指标是指城市单位人口每天综合用水量，它对城市污水管道系统设计流量的确定有着重要作用。根据《大龙河(京开高速路～市界)治理工程规划》，大龙河沿线地区平均日人均综合用水量指标为160 L/d。

(4)综合污水排放系数：城市综合污水排放系数的取值与当地的居民生活水平与生活习惯、室内给排水设施和污水收集系统的完善程度、工业用水的循环使用率等因素有关。依据《室外排水设计规范》，结合大龙河沿岸的实际情况，本项目设计污水综合排放系数取0.8。

2.2.3 计算结果

根据上述参数，采用城市人口综合用水量计算法和单位建设用地用水量计算法分别计算各纳污范围内的污水水量。采用城市人口综合用水量计算法所计算的水量要小于单位建设用地用水量计算法所计算的水量。根据上述污水量计算，结合现场实际情况本项目工程规模定为：海子角地区3000 m3/d；王立庄村180 m3/d，后大营村150 m3/d；安定镇镇区1500 m3/d。

3 截污工程方案设计

根据大龙河沿岸排污口分布情况和周边市政管道和污水处理厂的建设情况，本次截污方案设计将大龙河沿岸污水截流分为3个系统，分别为：海子角地区污水截流系统；王立庄、后大营村及魏善庄段污水截流系统；安定镇污水截流系统。依据上述理论分析及水力计算的结果，确定了各系统截污管道的管径，各截流系统的管道铺设方案及工程量。

3.1 海子角地区污水截流系统

在原辛店闸位置建设小型污水泵站，将京开高速路至辛店闸段大龙河两岸截流污水提升后排入首都师范大学大兴附中门口市政污水管道内，泵站提升能力5000 t/d。

京开高速路至辛店闸段：沿大龙河两岸布置截污管道，河道左岸为A段截污管道，右岸为B段截污管道，流向由西向东，将河道两岸污水接入辛店闸污水泵站。A段污水管道为PE管，采用拉管施工，管径为500 mm，管道全长898.85 m，检查井21座；B段污水管道采用拉管和明挖相结合的施工方式，拉管段管道采用PE管，明挖段管道采用聚乙烯排水管，管径均为400 mm，管道全长1078.15 m，检查井31座。

辛店闸至首都师范大学大兴附中门口市政污水井段：该段污水管道为C段，沿现状道路铺设，采用拉管和明挖相结合的施工方式，拉管段管道采用PE管，明挖段管道采用聚乙烯排水管，管径均为500 mm，管道全长1184.37 m，检查井24座。

3.2 王立庄、后大营及魏善庄污水截流系统

由于王立庄村和后大营村没有完整的污水管网系统，为阻止污水进入河道污染水质，根据《北京市大兴区污水排除与处理规划》(2005—2020年)，王立庄、后大营村及魏善庄镇的污水管道主干管管径取D=500 mm，支管管径取D=400 mm。工程起点为王立庄村，沿河道两岸铺设，在河道桩号2+438处，右岸管道汇入左岸管道，然后沿河道左岸铺设磁大路桥处过河，最后沿河道右岸铺设至魏善庄污水处理厂，将污水处理达标后排放。河道左岸为D段截污管道，管径400～500 mm，管道长度7969.56 m，检查井170座；右岸截污管道管径为400 mm，管道长度615.81 m，检查井21座。

3.3 安定镇污水截流系统

由于安定镇规划污水处理厂还未开始建设，本次在安定镇新建污水处理厂一座，规模1500 m3/d。截污管道由安采路开始，沿大龙河左岸铺设D600截污管道，将沿线入河污水截流至新建污水处理站，河道右岸污水口的污水通过倒虹吸引入左岸截污管道内。污水管道全长2731.34 m，检查井50座。

4 结 论

北京大兴区大龙河地处郊区，河道流域内建设用地范围内市政污水管道不完善，河道周边的城市污水大多未经处理就直接排入河道，成为水体污染的主要因素，而且排污口比较分散，治理难度较大。本项目按照常用的理论方法计算了污水的流量，优化设计参数取值的合理性，通过污水管材的优化比选及管道水力计算，优化了污水截流排除系统，为现阶段国内中小河道截污方案设计提供参考。

[1] 许少宗, 杨英, 马嘉雯. 浅谈市政排水管道管材的比选[J]. 广东建材, 2011, 27(11):106-107.

[2] 欧阳云生, 杨立中. 关于河道截污工程特点的探讨[J]. 西南给排水, 2007(1):11-14.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 埋地聚乙烯给水管道工程技术规程：CJJ 101-2016[S].北京：中国建筑工业出版社, 2016.

TV992.2

B

2096-0506(2017)11-0053-03

霍 涛(1981-)，男，北京人，工程师,主要从事水务工程管理工作。E-mail:925422345@qq.com。