北京农村给排水工程设计要点分析

2014-02-23王勇邱象玉王明光

水利规划与设计 2014年9期

关键词：给水管工程设计用水量

王勇邱象玉王明光

（北京市水利规划设计研究院北京 100048）

北京农村给排水工程设计要点分析

王勇邱象玉王明光

（北京市水利规划设计研究院北京 100048）

本文以近几年农村给排水工程设计为借鉴，分析了农村给排水工程中存在的问题，明确了给排水工程的设计原则，并从水量的预测、给水压力的选取、水源的选择、给水形式、水质处理等多方面详细进行了分析。最终通过给水管网模型的建立、生活污水MBR处理技术的引入，以及给排水管线同沟敷设木板桩支撑施工方案的设计，有效解决了农村给排水工程设计、施工的重点难点问题，为今后类似的农村给排水工程设计提供了有利建议和参考。

给排水管网模型 MBR处理技术木板桩支护

引言

近年来随着北京市农村安全饮水工程的实施，全市大部分的农民安全饮水问题已经得到解决，在一些经济发展比较靠前的平原区，人们的生活水平大幅度提高。但是相应的农村给排水设施并没有配套改善：尚未进行管网改造的村庄，管网及设备老化现象严重、跑漏水不断；生活污水没有有效截留集中处理，导致污水横流、村内臭气熏天等，因此给排水设施的配套改善，成为了农民迫切需要解决的问题。

在农村给排水工程设计时，为避免重复建设和浪费，在设计过程中，给水和排水工程需要同时考虑，尽可能采取同期施工，通过给水和排水工程的实施改善人民的生活条件。

本文着重介绍在农村给排水工程设计时应注意的一些技术关键点，主要包括给水工程的水量预测、管网设计、压力设计、水源的选择；排水工程的生活污水处理工艺、污水排放等方面，从而对以后类似的农村给排水工程设计提供有用的建议和参考。

1 设计原则

从经济节约的原则出发，充分利用现有设施，避免重复建设；结合现场条件，采取给水管道和排水管道同沟施工，排水管道在下，给水管道在上的原则；

给水设计时应以当地规划为依据，尽可能采用市政水厂作为给水水源，统一配置水资源，积极推行区域一体化给水，坚持集中给水为主、分散给水为辅的原则，大力发展适度规模的集中给水工程。

排水设计时应结合当地周边地理环境，因地制宜，尽可能集中排放，统一处理，或以区域为单位形成小型污水处理工艺，并按规范要求进行周边排放。

2 给水工程技术关键点

（1）水量的预测。一般根据《村镇供水工程规范》（SL310-2004）中的有关规定确定用水量，村镇给水工程建设用水规模的确定主要考虑生活用水量、公共建筑用水量、禽畜用水量、企业用水量、消防用水量、浇洒道路和绿地用水量、管网漏失和未预见水量。

其中特别要注意在生活用水量的选择时，一定要考虑到外来人口数量，北京农村地区外来人口数量在一些经济状况较好的地区占到了一定的比例，若不考虑将影响到水量的预测以及管

网、管径的设计。

（2）水源的选择。北京农村饮水的水源选择应根据当地的地理地质情况具体分析，选用合适的水源。

经济条件较好的区域，应集中新建水厂，进行统一处理，该模式给水保证率高，水源可靠且安全。

周边没有水厂的地区应选择单村或联村给水型式，一般选择地下水作为水源，地下水水质较好，分布广，水量可靠且不易受到污染。

无论是集中给水还是单村给水型式，其水质都应该满足《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006对水质的要求。

（3）水压设计。给水水压应满足配水管网中用户接口点的最小服务水头，单层建筑物可为5～10m，两层建筑物为10～12m，二层以上各增高一层增加3.5～4.0m，用户水龙头最大净水头不宜超过40m。

北京地区农村以平房为主，一般都为单层建筑，随着经济的发展和新农村建设的实施，各村各户基本上安装了太阳能热水器，因此给水最小服务水头选取以12m为宜。

（4）管网设计。管网设计在给水设计中是个难点，管径、流速的选择直接影响到用户用的给水水压。目前多数设计单位均可采用软件对管网进行设计，而且管网的水力计算在算法和计算模型上已比较成熟，使用较广泛的一些水力计算公式有：舍维列夫公式、巴甫洛夫斯基公式、海曾-威廉公式和柯尔勃洛克公式。农村给水工程中针对枝状管网主要采用海曾-威廉公式。水力计算中沿程损失计算可采用达西公式：

式中，沿程水头损失(m)，流速(m/s)，管段长度(m)，管段直径(m)，重力加速度(m/ s2)，沿程阻力系数。

其中沿程阻力系数的计算采用海曾-威廉公式

式中，D为管内径(m)；q为流量(m3/s); Ch为系数，其值与管材有关。

农村安全饮水工程具有用户多、用量不均、枝状管网等多种特点，结合天正CAD软件，建立农村给水管网模型。工程将天正CAD软件引入给水管网平差计算中，通过对设计管网图形的抽象化处理，将图形与水力计算有效耦合。利用计算分析可以快速调整管网参数，获得控制管网的节点压力、管段管径、管段流速及水力坡降；并且可以通过人机交互方式快速搜索控制点，确定最不利管段以及校核水源点的流量、压力等，从而为给水管网设计提供了有效技术手段。根据上述原理，管网模型的建立及计算流程如图1所示。

图1 给水管网模型计算流程图

工程中建立模型的方法和过程具有通用性，可以广泛应用于农村安全饮水单水源、多水源以及水厂集中给水等枝状管网系统分析计算中。该模型大幅提高了设计效率及精度，其设计思想对相关给水管网的规划设计具有借鉴作用。

3 排水工程技术关键点

（1）污水量的预测。农村的污水主要来自日常生活污水，可根据当地情况并结合给水量的预测进行相应折减，或根据相关规范进行选取。

（2）管道的布设。在排水工程中一般会采用重力自流方式收集污水，因此排水管道的布设要结合地形、地质、地貌的特点进行，综合考虑防冻和可能的荷载情况，尽量降低管道敷设工程投资及便于维修，充分利用地形坡度，确定排水管道的埋设深度和水力坡降。

（3）污水处理工艺的选择。要选择技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定排放要求；基础设施和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能大的效益；运行管理方便，运转灵活，并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处理构筑物的处理能力；选定工艺的技术及设备先进可靠。

随着科技的发展，污水处理工艺也多种多样，在农村污水处理站工艺的选择中，由于农村的小型污水处理站一般会将处理过的污水向周边水体排放，所以尽可能的通过处理工艺提高排放的污水水质，杜绝村庄周边污染源。在以往的农村污水处理工艺中较多采用的是MBR处理工艺。MBR生活污水处理工艺流程见图2。

图2 MBR生活污水处理工艺流程图

MBR膜生物处理技术可高效地进行固液分离，出水水质优异，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应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离；生化处理过程更容易控制，效果变得更加稳定；由于泥龄可以非常长，可以大大提高难降解有机物的降解效率，一次性将COD/BOD降到一个极限的低值。