多流域山地城市污水系统设计方案选择探究

王涛WANG Tao；梁学战LIANG Xue-zhan

（湖北文理学院建筑工程学院，襄阳 441053）

（College of Civil Engineering，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，China）

0 引言

在我国，有很多城市的地形地貌变化较大，被多条山脉、河流、沟谷分成若干个排水流域，虽然这样的城市对污水排放系统重力流排水方式的布设十分有利，但是多流域的特点也给污水系统的建设带来了一定程度的影响，这使得多流域城市污水系统的选择具有了一定的复杂性。

在多流域城市污水排放系统选择中，应当充分考虑以下几点因素：其一，技术因素。复杂的地形条件给污水管网布设造成了一定的限制，为了能够使污水管网的布设更加合理化，必须在实际工程中选择合理可行的技术措施，从而有效解决工程中遇到的各种疑难问题；其二，经济因素。理论与实践均表明，过于分散的小规模污水处理既不经济，管理难度也相对较大，但必须指出的是，污水处理规模并不是越大越好。因此，只有选择某种适合的规模和相应的污水处理工艺，才是实现多流域城市污水排放系统经济性的最佳途径。为了便于研究，本文依托工程实例对多流域山地城市污水系统的选择进行分析。城市位于某江西岸，属于典型的多流域山地城市，其地形特点为中部高、四周低，沿江流向北高南低，多条天然冲沟由中部高区呈扩散状向江边辐射分布，沿江地形复杂多变。其污水处理系统主要包括以下三个部分：污水处理厂、配套管网、提升泵站，本文通过对多流域山地城市污水系统各部分设计方案选择进行系统分析，得出多流域山地城市污水系统设计方案选择方法，可为城市污水系统建设提供借鉴。

1 厂区设计方案

1.1 厂址总体结构布局 由于多流域山地城市的地形条件较为复杂，可以利用的土地资源比较紧缺，这给污水处理厂厂址的选择带来一定的困难，其中所涉及的因素也相对较多，沿江岸选址，并从远期规模、管网布设、污水排放的安全性等多方面考虑，能够满足要求的拟建地点较少。基于这一原因，使得本工程选址历时22 个月，期间经过数次反复，主要难点是如何在厂址的技术性、经济性与城市规划和政府要求之间找到平衡点。在具体设计过程中，对满足政府规划要求的两个建厂地址A 和B 进行了详细的比较分析，最后经过综合性比选，决定选择A 作为建厂地址。该厂址地处某江中游西岸，呈坡地状，地势走向为西高东低，高程为180-220m。选择该厂址具有以下几点优势：其一，该厂址位于XX 城市中部，有助于各个流域的污水集中汇入，进一步减少了单条截流干管的长度，从而使管网的运行安全性显著提高；其二，该厂址与城市的半岛规划区距离较近，这使得地势较高区域的污水能够重力自留至处理厂，不需要建造水泵提升系统；其三，该地区50 年一遇的洪水水位为200.05m，厂址的标高比较适宜，经过平整处理之后，基本不会受到洪水威胁。同时厂址附近全部是江边规划防护绿地，对自然生态环境造成的影响相对较小；其四，受到自然高差因素的影响，该厂址方案下的标高合理，可确保重力流输送质量。污水系统运行期间的回用水可作用于该区域内的企业工业用水，避免了长距离输送而出现的水资源浪费问题。

1.2 污水处理厂平面布置 由于该地区的地形坡度相对较大，最大高差为40m，故此处理厂的平面布置可对原有地形进行充分利用，从高向低按照污水处理工艺依次布置隔栅间、沉砂池、氧化池、二沉池、消毒池等构筑物，这样不仅能够减少土方量，而且还能降低回填费用，技术性和经济性较佳。

1.3 高程布置 为了使厂区的高程布置更加合理，提出以下两个方案进行比选：

①方案a。该地区50 年一遇的洪水水位为200.05m，为确保洪水水位时处理厂尾水可以顺利地自留排放，消毒池水渠的标高应当在201.05m 以上，厂区的地面高程则应为202.05-208m。该方案中进水泵房的水泵提升扬程最低，并且能耗也最少，但是土石方量相对较大，挖方总量要比填方总量约多出6.7 万立方米。②方案b。为了尽可能确保挖方总量与填方总量两者之间达到平衡，并减少进水泵房的水泵提升扬程，在方案a 厂区地面高程的基础上抬高1.0-2.0m，地面高程最终确定为203.05-210m。该方案能够使挖方与填方的总量保持基本平衡，但会使少部分构筑物的基础建设成本增加，并且水泵提升扬程也会增大。

通过各方面因素的综合考虑，方案b 由于土方量比较均衡，工程投资费用比方案a 能节省400 万元左右，经济性方面的优势更明显一些，故此厂区平面高程布置决定选择方案b，即203.05-210m 为处理厂地面标高。

2 污水管网布设方案选择

按照该地区的实际地形情况，可将之划分为若干个小的排水流域，在充分考虑污水处理厂建设位置的基础上，提出两个管网系统布设方案进行选择。①方案a。该方案为推荐方案，采用分区收集，高水高排的布设方式，干管总长度为13963m，管道及泵站总体投资约为5318 万元，污水处理厂工程投资约为8400 万元，近期项目总投资约为2 亿1740 万元，污水处理厂泵站规模分别为2.7 万立方米/d 和7.5 万立方米/d（近期和远期），泵站提升的年耗电量分别为84 万和220 万，通过计算得出污水处理厂的经营成本约合每立方米0.88 元。②方案b。该方案为比较方案，采用沿江截流的布设方式。干管总长度为13460m，管道及泵站总体投资约为5259 万元，污水处理厂工程投资约为8452 万元，近期项目总投资约为2 亿1735 万元，污水处理厂泵站规模分别为4.0 万立方米/d 和10 万立方米/d（近期和远期），泵站提升的年耗电量分别为124 万和300 万，经计算得污水处理厂的经营成本约合每立方米0.91 元。从以上数据中可以看出，方案a 和方案b 在总体投资上差距较小，而方案a 的运行费用优势要比方案b 更明显一些，故此本工程决定采用方案a 作为污水管网系统的布设方案。需特别注意的是：由于在采取方案a 的情况下，所布置污水管道出现与既有构筑物的交叉问题，为在避免污水管网对既有构筑物结构安全产生不良影响的同时，提高排污管道的工作效率，采取如下方式进行处理：第一，对涵洞结构形式进行改造：在三级管网Wsd-S 线施工中，发现因既有管线资料记录缺失影响，而未作记录的排水拱涵，在后期施工中，因操作步骤安排及限制，导致该排污管道上游、下游无法做出较大调整，即需采取非常规处理方案。考虑到设计污水管道需要穿越涵洞，为保障安全，两者检查位置确定在涵洞拱圈。考虑到涵洞拱圈不属于过水区域，会在一定程度上影响涵洞结构稳定性，故而对拱圈进行拆除，将拱涵改造为箱涵，使此区域内的污水管道通过既有拱圈区域而穿越涵洞。

3 污水管道具体结构形式

在本工程中，按照地形和地质条件的不同，可大体上将污水管道的结构形式分为三种，即明槽开挖埋地管段、顶管段以及架空段。其中明槽开挖埋地管段的埋地管道采用d800-1200 的钢混管，并按照实际埋设深度采用不同的基础做法；顶管段采用机械掘进式顶管，整个施工工艺与盾构法相类似，无人员在洞内操作安全系数较高；架空段采用架空箱涵，该形式最大的特点是运行维护简单、费用较低，架越跨度大，现场浇筑受场地条件限制较小，有利于提高工程的施工进度和质量。

4 结语

综上所述，由于影响多流域山地城市污水系统选择的因素较多，在实际选择过程中，应当选择最佳的地理位置建设污水处理厂。现如今，随着城市化建设进程的不断加快，使得污水排放量越来越大，这都对污水系统提出了较高的要求。为此，只有通过合理选择污水系统，才能使城市污水排放问题获得有效解决，这不但能给居民生活带来极大的便利，而且还有利于促进城市发展。在未来一段时期，应当加大对污水处理技术的研究力度，这对于提高污水系统的各方面能力具有非常重要的现实意义。

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