美丽乡村室外给水排水管网设计探讨

刘月明 成玉彤 周 雨

(1.河北省张家口高新辽海建筑工程有限公司,河北 张家口 075024;2.浙江钱江生物化学股份有限公司,浙江 嘉兴 314400;3.邢台学院化学与化工学院,河北 邢台 054001)

0 引 言

实施乡村振兴战略,是党的十九大做出的重大决策部署,是决战全面建成小康社会、全面建设社会主义现代化国家的重大历史任务.同时也把生态文明纳入党和国家现代化建设“五位一体”总体布局,并提出要努力建设美丽中国.美丽中国建设重在乡村建设.在乡村振兴战略实施过程中提出需要继续改善农村人居环境,其中加强农村供水设施建设、提升饮用水水质和污水收集、处理等工作是加快解决农村人居环境改善问题的关键所在.“农村人居环境整治”之美既体现在自然层面,也体现在社会层面,是升级版的新农村建设.然而,在偏远的乡村存在供水设施不完善,在经济条件一般的地区存在污水处理的终端设施不足、处理方式简单等问题[1].笔者通过调研、踏勘及实际工程的设计,在实施乡村振兴的背景下依据设计实例,探讨了乡村室外给水、排水管网系统的设计.

1 工程概况

该村庄位于张家口市涿鹿县境内,主城区的东南侧,地理位置如图1所示.村域面积约2600亩,整体地势南高北低;主街道宽度6～9 m,巷道宽度4～6 m;冻土深度0.9 m.村内有住户611户,常住人口约2000人,另有在校师生约1000人的学校一所,在校师生100人的幼儿园一所,办公人数约100人的公共建筑两座,饭店一座,医院一所.村庄内未设置污水管网,污水以农户分散处理为主;村庄内虽设置了集中供水管网(水源为水塔供水)但是给水管道破损严重,未实现24小时集中供水.

图1 项目地理位置示意图

2 室外给水管网设计

2.1 水源

目前村庄内有饮用水井2口、水塔1座,水井出水量存足,水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006).水塔位于村庄东南侧地势最高处,满足最不利点处水压要求.

2.2 水量确定

依据《建筑给水排水与节水通用规范》(GB55020-2021)《建筑给水排水设计标准》(GB50015-2019)、《镇(乡)村给水工程规划规范》(CJJ/T246-2016)及《镇(乡)村给水工程技术规范》(CJJ123-2008)等相关要求,该村庄属于给水分区中的二区,采用全日供水方式,村庄内仅为住户、学校、餐饮、医院、办公,无乡村工厂及畜禽饲养,结合当地用水习惯及水资源情况,用水量指标选取情况如下:

(1)住宅人均综合用水指标:按户内有给水排水设备和淋浴设备考虑,用水指标130～190L/(人·d),本项目按照当地人用水习惯及用水情况取150 L/(人·d),供水规模200～1000m3/d时,时变化系数2.0～2.3,本项目取2.0;

(2)学生人均综合用水指标:中小学校每生每日最高日用水标准为20～40 L/(人·d),使用时数8～9h,时变化系数1.5～1.2.该项目取每生每日最高日用水指标30 L/(人·d),使用时数按8h计,时变化系数取1.5[2];

(3)幼儿园人均综合用水指标:该幼儿园无学生住宿,最高日用水量标准30～50 L/(人·d),本项目取50 L/(人·d),使用时数取10h,时变化系数取2.0;

(4)办公人均综合用水指标:坐班制办公给水定额最高日用水量可取每人每班30～50 L/人班,使用时数8～10h,时变化系数1.5～1.2,该项目取最高日用水量50 L/人班,使用时数8h,时变化系数取1.5[2];

(5)餐饮人均综合用水指标:取50 L/人次,使用时数10h,时变化系数取1.2;

(6)医院门诊病人人均综合用水指标:10 L/人次,使用时数8h,时变化系数取1.2;

(7)医院医务人员人均综合用水指标:100 L/人班,使用时数8h,时变化系数取2.0.

以上各部分水量由计算确定如下表1所示,最终计算得出最高日用水量357m3/d,最大时用水量35.44m3/h.

表1 给水系统设计流量计算

2.3 给水系统选择及管道布置

依据《镇(乡)村给水工程规划规范》(CJJ/T246-2016)及《镇(乡)村给水工程技术规范》(CJJ123-2008)等相关规范对管道布置有详细要求,如下:给水系统布局应合理,走向宜沿现有道路或规划道路布置,并宜缩短线路长度,应减少拆迁、少占农田、少毁植被、保护环境;应满足管道敷设要求,避免急转弯、较大起伏、穿越地质断层、滑坡等不良地段,减少穿越铁路、公路、河流等障碍物;管道布置应避免穿越有毒、有害、生物性污染或腐蚀地段,无法避开时应采取防护措施;应方便施工、运行和维护,节省投资,运行安全可靠;考虑近远期结合和分步实施的可能[3,4].

依据以上要求,结合该项目实际情况,新建管网拟采用24小时连续供水方式,该村庄地形整体南高北低,给水系统供水方式采用重力流系统,为使管道布置合理,管道均布置在现有道路或公共土地内,尽量缩短管线长度,避免管道布置在耕地内.采用枝状管网布置,考虑将来连成环状管网的可能,并为村庄远期发展预留一定水量,干管的走向与给水的主要流向一致,并以较短距离引向用水大户.

另外在村庄主要入口处设置室外消火栓,为村庄提供消防用水.给水管网布置及走向如图2所示.

图2 给水管网布置图

3 室外排水系统设计

该村庄地处干旱半干旱地区属于温带大陆性季风气候,年平均降雨量不足400mm,故雨水采用路面散流土地下渗处理即可,因此该项目仅考虑村庄的污、废水收集.

3.1 水量确定

依据《镇(乡)村排水工程技术规程》(CJJ124-2008),及该村庄建筑物内部给排水设施水平,并考虑地域气候条件,该村庄水资源相对紧张,要求水的重复利用率较高,比如较清洁的洗涤水可用作绿化浇洒、道路冲洗等,室外污水管网收集到的污水量相对较小,结合以上因素,污水定额取给水定额的60%,给水定额按平均日流量计算.给水平均日流量计算如表1所示.

污水量取平均时用水量的60%,即15.95╳0.6=9.57 m3/h,综合生活污水总变化系数按表2取值.采用内查法计算出该村庄的综合生活污水量总变化系数为2.37,故污水设计流量:9.57╳2.37=22.68 m3/h.

表2 综合生活污水量总变化系数

3.2 污水系统选择及管道布置

依据该项目特点仅设置污水收集系统,污水经管网收集排入区域化粪池处理后排入污水处理站.《建筑给水排水与节水通用规范》(GB55020-2021)、《镇(乡)村排水工程技术规程》(CJJ124-2008)对污水管道布置有如下要求:管道布置宜与道路和建筑物的周边平行布置,且在人行道或草地下,管道中心线距建筑物外墙的距离不宜小于3m,管道不应布置在乔木下面;管道与道路交叉时,宜垂直于道路中心线;干管应靠近主要排水建筑物,并布置在连接支管较多的路边侧;管道最小埋地敷设深度应根据道路等级、管材受压强度、地基承载力等因素确定,干道和组团道路下管道覆土深度不小于0.7m;管道埋设深度不得高于冰冻线以上0.15m[5].

该村庄地势整体南高北低,污水管道依据地势布置,并结合各建筑污、废水出口确定管道位置,村庄东西巷道内布置污水支管,南北向主街道布置污水主管,并按照主街道把村庄分为两个区,每个分区在地势最低处设置化粪池.每户均预留一个污水接驳井,兼做沉淀井.该地区冻土深度1.5m,考虑施工误差,污水支管起点最小埋设深度1.5m.污水管网布置及走向如图3所示.

图3 污水管网布置图

给水支管及污水支管均布置在村庄巷道内,巷道宽度在3.5～4m之间,污水支管管道布置无法满足相关规范要求的管道距建筑外墙的距离,为了保证污水管道的合理布置及建筑结构的安全性,需对各巷道两侧建筑基础条件进行现场勘查,经勘查,建筑基础埋设在0.8～1.0m之间,基础下底宽度约1.0m左右,经结构核算,基础冲切区域如图4所示,管沟开挖不得破坏基础冲切力区域,为了满足管道间的安全间距0.8～1.5m,保证管道覆土深度,巷道污水管道埋设深度控制在1.5～1.6m,给水管道埋设控制在1.8m,两管道分别布置在路中心的两侧.

图4 管道断面示意图

4 结 语

近年来随着社会经济的高速发展,在大力推进生态文明建设的引领下,努力完成乡村振兴战略目标,坚持农村优先发展,完善乡村给水排水管网设施是助力美丽乡村建设步伐的重要一环.实际上乡村给水排水管网应当不断改造更新,以适应社会的快速发展,这是一项复杂且系统的工作,涉及的内容很多,一旦某个环节出现问题就可能带来严重的影响[6],本文论述的村庄室外管网设计,是作者主持设计多个类似项目中采用的方法,从满足人们优良生活环境,确保给水排水管网的安全、环保、可持续发展角度出发,充足计算小区给排水水量,经现场施工及后期运行使用,该设计成果即保证了建筑结构的安全,又满足了管网可靠运行及用户要求.