李效強(qiáng)，羅安靜

（1.陜西省扶風(fēng)縣河道管理站，陜西 扶風(fēng) 722299；2.扶風(fēng)縣水政水資源管理站，陜西 扶風(fēng) 722299）

0 前言

城市排水工程建設(shè)是城市賴以生存和發(fā)展的重要基本條件，也是城市的基礎(chǔ)設(shè)施之一，與城市土地開發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境治理和保護(hù)密切相關(guān)，既為之服務(wù)，提高保障條件，又可制約其發(fā)展[1,2]。城市排水設(shè)施不僅是維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境及物質(zhì)代謝功能的重要前提，而且是維護(hù)城市居民生活環(huán)境和社會環(huán)境的重要設(shè)施[3,4]。它的建設(shè)和完善將對改善城市投資環(huán)境和吸引外資，發(fā)展經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。

扶風(fēng)縣位于西安、寶雞兩大中心城市百公里黃金半徑點(diǎn)上，毗鄰楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，擁有法門寺這一世界級的旅游品牌，區(qū)位、交通、資源等優(yōu)勢獨(dú)特，發(fā)展空間和潛力很大。隨著西部大開發(fā)的深入持續(xù)進(jìn)行，扶風(fēng)縣在旅游、工業(yè)等各方面迅猛發(fā)展。由于城市建設(shè)步伐的加快，城市配套設(shè)施建設(shè)的速度已不能滿足城市發(fā)展，城市配套管網(wǎng)普及率低，有大量污水未經(jīng)處理排入附近河流，致使相關(guān)河流受到不同程度的污染。因此，扶風(fēng)縣計(jì)劃建設(shè)污水處理廠，同時改造和建設(shè)相應(yīng)的配套管網(wǎng)工程，確保在污水排入渭河前進(jìn)行處理，達(dá)到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放。

1 扶風(fēng)縣排水現(xiàn)狀

扶風(fēng)縣還沒有建設(shè)完善的排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)多為雨污合流，許多街道采用溝渠排水，甚至有部分街區(qū)未設(shè)任何排水設(shè)施，舊有排水系統(tǒng)改造特別困難，污水雨水隨街漫流，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量。包含生活污水、生產(chǎn)廢水和雨水的合流污水從多處出水口未經(jīng)處理直接排入七星河，使河流水質(zhì)下降，尤其是在上游白家窯水庫除險(xiǎn)加固工程建成蓄水以后，河道流量減小流速減慢，污染進(jìn)一步加重。扶風(fēng)縣城排水現(xiàn)狀可以總結(jié)為：（1）城市污水管網(wǎng)普及率低，縣城現(xiàn)有排水體制為雨污合流制，排水管網(wǎng)還不甚完善；（2）污水管網(wǎng)改造不到位，現(xiàn)有的排水設(shè)施已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展，嚴(yán)重的影響了居民生活環(huán)境及縣城整體形象；（3）部分污水主干管尚未形成，雖然法門寺排水管網(wǎng)已初步形成，但由于下游配套的污水主干管道還不完善，扶風(fēng)縣污水處理廠尚未建成，致使現(xiàn)狀排水就近接入水體。

為滿足城市可持續(xù)發(fā)展的更高要求，全面改善城市綜合環(huán)境質(zhì)量，保證扶風(fēng)縣的可持續(xù)發(fā)展，扶風(fēng)縣污水處理廠的建設(shè)是非常必要，同時排水管網(wǎng)的完善工作已刻不容緩。

2 污水排水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 工程設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)

本工程設(shè)計(jì)的基本原則為以現(xiàn)狀設(shè)施為基礎(chǔ)，修建和改造城市污水干管，增設(shè)進(jìn)污水廠干管及大的污水截流干管，提高污水管網(wǎng)普及率和城市污水處理率。以實(shí)現(xiàn)城市污水管網(wǎng)普及率85%，城市污水處理率75%為設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)扶風(fēng)縣排水管網(wǎng)現(xiàn)狀，排水系統(tǒng)近期改造的管渠采用雨污合流制。擬建扶風(fēng)縣污水處理廠位于縣城東南方韋河下游，城關(guān)紙廠西側(cè)，工程場地西靠韋河。該污水處理廠主要服務(wù)范圍為扶風(fēng)縣老城區(qū)、新城區(qū)、法門寺鎮(zhèn)等三個區(qū)域。按照規(guī)劃，該污水處理廠設(shè)計(jì)日處理能力為2萬m3。

管網(wǎng)全長21.7 km。其中法門寺風(fēng)景區(qū)段總長度為11.3 km；法門寺-新區(qū)段8.05 km；小韋河段0.85 km；總干管段1.05 km。該工程設(shè)計(jì)采用的排水定額為：①生活污水定額：180L/(人·d)；②工業(yè)污水標(biāo)準(zhǔn)：城區(qū) 0.55萬 m3/d，法門鎮(zhèn) 0.25萬m3/d。該污水處理廠設(shè)計(jì)日處理能力為2萬m3，排水管渠斷面尺寸按規(guī)劃的最大日最大時設(shè)計(jì)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。排污設(shè)計(jì)流量為生活污水和工業(yè)污水設(shè)計(jì)流量之和，其中生活污水按照居民污水設(shè)計(jì)流量和生活污水總變化系數(shù)下設(shè)計(jì)人口單位時間排出的污水量計(jì)算，工業(yè)污水設(shè)計(jì)流量按照單位產(chǎn)品或加工單位數(shù)量原料所排出的平均廢水量計(jì)算。

居民區(qū)生活污水設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式為：

式中：Q1為居民區(qū)生活污水設(shè)計(jì)流量；n為居民區(qū)生活污水量標(biāo)準(zhǔn)，該值按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014-2006)規(guī)定的生活污水定額確定；N為設(shè)計(jì)人口數(shù)，該值根據(jù)扶風(fēng)縣項(xiàng)目區(qū)城市總體規(guī)劃采用，法門寺景區(qū)支管、小韋河支管、總干管分別取為1000人、1500人、3000人；Kz為生活污水總變化系數(shù)，該值根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2006）采用的居民區(qū)生活污水量總變化系數(shù)表選用。

工業(yè)污水設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式為：

式中：Q2為工業(yè)污水設(shè)計(jì)流量，m為生產(chǎn)過程中每單位產(chǎn)品的廢水量標(biāo)準(zhǔn)，該值根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2016）廢水量定額確定；M為產(chǎn)品的平均日產(chǎn)量；T為每日生產(chǎn)時數(shù)；Km為總變化系數(shù)，工業(yè)廢水的日變化系數(shù)值一般取為1.0。

根據(jù)上述計(jì)算公式，計(jì)算所得排污管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量見表1。

表1 排污管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量

2.2 管網(wǎng)總體布置

本工程充分利用地形特征，以重力流收集法門寺鎮(zhèn)、新城區(qū)、老城區(qū)的污水，采用集中處理的方式，在下游建一個污水處理廠。管網(wǎng)設(shè)計(jì)按照遠(yuǎn)期規(guī)模一次性設(shè)計(jì)、一次施工的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)各排污區(qū)的地理位置分布情況和工程區(qū)的地形條件，將排污管線分為兩條支線和一個總干管，即：法門寺風(fēng)景區(qū)和新區(qū)支管、小韋河支管和排污總干管，管線平面布置圖見圖1。

圖1 管線平面布置圖

2.2.1 總干管段設(shè)計(jì)

排水管的管徑，按最大日最大時的污水流量計(jì)算。城市排水管網(wǎng)按重力非滿流進(jìn)行設(shè)計(jì)，城市污水管道水力計(jì)算按公式計(jì)算：

式中：V為流速，m/s，在本項(xiàng)目中根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的流速取值，在不同段的取值如表2所示；R為水力半徑，m，根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中水力半徑計(jì)算和過水?dāng)嗝婷娣e計(jì)算公式確定；I為水力坡降，本項(xiàng)目中根據(jù)各段的設(shè)計(jì)底坡和管道長度即可獲得水力坡降；n為粗糙系數(shù)，該值根據(jù)管材特點(diǎn)，按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中建議取值表確定。

在已知流速、水力坡降及粗糙系數(shù)的情況下即可獲得管徑。各段排水管的底坡、管徑、設(shè)計(jì)流速、設(shè)計(jì)充滿度等參數(shù)見表2?！妒彝馀潘O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定當(dāng)管道半徑大于等于1000 mm時，管道最大設(shè)計(jì)充滿度不應(yīng)超過0.75，從上表可以看出，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，該段排水管線路設(shè)計(jì)（見圖1）是基本合理的?？紤]該段線路位于河道之中，檢修條件不理想，因此檢查井間距取較小值，除拐點(diǎn)和變坡點(diǎn)外每50 m左右設(shè)一個。除拐點(diǎn)和變坡點(diǎn)檢查井位不可移動外，其他井位以不切斷整根管子為原則，可適當(dāng)調(diào)整，下階段施工中有用戶接入的地方可適當(dāng)移動或增加檢查井。

表2 總干管排水管線設(shè)計(jì)參數(shù)

污水管道最小埋深采用1.0 m，滿足最小凍土深度和河道沖刷要求。該段線路沿河道布置，地下水位較高，施工前應(yīng)進(jìn)行排水。采用開槽施工，根據(jù)該地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)，管道橫斷面開挖坡比，在無支撐的情況下采用1∶2.5（水下）和1∶1.5（水上），以滿足臨時邊坡的穩(wěn)定要求。根據(jù)工作壓力、管道直徑及上部荷載，管床設(shè)置為混凝土基礎(chǔ)。縣城位于河道右岸，各排污口也沿岸坡分散布置，考慮將分散的排污口先就近集中后，再在各檢查井位置接入排污管。

2.2.2 法門寺-新區(qū)支管設(shè)計(jì)

法門寺-新區(qū)段支管起點(diǎn)為法門寺風(fēng)景區(qū)主管末端，沿途接納扶風(fēng)新區(qū)污水，再接入污水總干管。工程設(shè)計(jì)的第一個任務(wù)是修建法門寺風(fēng)景區(qū)內(nèi)的主管網(wǎng)，收集污水后匯入新區(qū)段，并在新區(qū)西側(cè)接入；第二個任務(wù)是該支管跨河接入總干管的設(shè)計(jì)。法門寺段起點(diǎn)為法門寺管網(wǎng)系統(tǒng)末端，終點(diǎn)為新城區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)線路必選設(shè)計(jì)，選擇基本沿法門寺-縣城簡易公路布置，管線走較寬闊的農(nóng)田。該線路方案可完全避開村莊、廠礦企業(yè)和沿途土坑、經(jīng)濟(jì)林，不存在拆遷問題，征地問題容易解決，且線路最短。

城市污水管道水力計(jì)算按下面公式計(jì)算管道流速：

式中：V為流速，m/s；R為水力半徑，m；I為水力坡降；n為粗糙系數(shù)。

排水管道按重力滿流進(jìn)行設(shè)計(jì)，按遠(yuǎn)期污水量校核時，采取非滿流校核。計(jì)算所得管道流速應(yīng)滿足以下的要求：混凝土管最大流速4.0 m3/s，在設(shè)計(jì)充滿度下最小流速0.6 m3/s。排水管的管徑，按最大日最大時的污水流量計(jì)算。各段排水管的底坡、管徑、設(shè)計(jì)流速、設(shè)計(jì)充滿度等參數(shù)見表3。《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定當(dāng)管道半徑在500 mm～900 mm時，管道最大設(shè)計(jì)充滿度不應(yīng)超過0.70，表3中最大設(shè)計(jì)充滿度均滿足規(guī)范要求。

表3 法門寺-新區(qū)支管排水管線設(shè)計(jì)參數(shù)

污水管道最小埋深采用1.0 m，《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50015-2003）規(guī)定建筑給水排水管道深度必須大于0.5 m，該工程滿足最小凍土深度和河道沖刷要求。該段線路沿河道布置，地下水位較高，施工前應(yīng)進(jìn)行排水。采用開槽施工，根據(jù)該地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)管道橫斷面開挖坡比，在無支撐的情況下采用1∶2.5（水下）和1∶1.5（水上），以滿足臨時邊坡的穩(wěn)定要求。根據(jù)工作壓力、管道直徑及上部荷載，管床設(shè)置為混凝土基礎(chǔ)。

3 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價規(guī)范》（GB 50500-2013），基于本工程實(shí)際工程數(shù)據(jù)和工程量，按2007年第四季度價格水平計(jì)算，該工程靜態(tài)總投資2324.6萬元，總投資2324.6萬元。經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值 (ENPV)=未來現(xiàn)金凈流量現(xiàn)值-原始投資額現(xiàn)值。計(jì)算凈現(xiàn)值時，按預(yù)定的貼現(xiàn)率對投資項(xiàng)目的未來現(xiàn)金流量進(jìn)行貼現(xiàn)，預(yù)定貼現(xiàn)率是投資者所期望的最低投資報(bào)酬率。凈現(xiàn)值為正，方案可行，說明方案的實(shí)際報(bào)酬率高于所要求的報(bào)酬率;凈現(xiàn)值為負(fù)，方案不可取，說明方案的實(shí)際投資報(bào)酬率低于所要求的報(bào)酬率。當(dāng)凈現(xiàn)值為零時，說明方案的投資報(bào)酬剛好達(dá)到所要求的投資報(bào)酬。經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值計(jì)算公式為：

式中：CI為投入金額；CO為收益金額；i為基準(zhǔn)收益率；t為時間。

根據(jù)工程總投資金額，每年投入金額為150萬元，基準(zhǔn)收益率為8%，利用上述凈現(xiàn)值計(jì)算公式可得經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值（ENPV）=698.58萬元，該項(xiàng)目凈現(xiàn)值大于0。

經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率計(jì)算公式如下：

式中：B為投入金額；C為收益金額；t為時間；EIRR為經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率。

采用試算法計(jì)算上述內(nèi)部收益率，首先假設(shè)一個折現(xiàn)率i值，將i、B、C、n的值代入經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出計(jì)算期內(nèi)凈效益現(xiàn)值累計(jì)值NPV，若求得NPV=0，說明假設(shè)的i即為所求的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率，若求得的NPV不為0，再重新假設(shè)i代入計(jì)算，直到NPV=0為止。

該項(xiàng)目建成后，經(jīng)濟(jì)評價結(jié)果見表4。

表4 經(jīng)濟(jì)評價結(jié)果表

由經(jīng)濟(jì)評價分析計(jì)算結(jié)果可以看出，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率11.21%大于經(jīng)濟(jì)基準(zhǔn)收益率8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)698.58萬元大于零，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比1.46大于1.0，故該工程在經(jīng)濟(jì)上是合理的。

4 結(jié)論和建議

由于城市建設(shè)步伐的加快，扶風(fēng)縣城市配套管網(wǎng)普及率低，有大量污水未經(jīng)處理排入附近河流，致使相關(guān)河流不同程度的受到污染。因此，扶風(fēng)縣建設(shè)污水處理廠，同時相應(yīng)改造和建設(shè)配套管網(wǎng)工程。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析，工程設(shè)計(jì)合理可行。根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益，扶風(fēng)縣污水排水管網(wǎng)工程投資收益率較高，投資回收年限短，同時該項(xiàng)目各項(xiàng)設(shè)計(jì)合理可行，是一個技術(shù)條件優(yōu)良、投資條件優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著的工程項(xiàng)目，具備建設(shè)的條件。