劉凱

（北京中鐵生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100101）

1 引言

污水管網(wǎng)是輸送污水的重要設(shè)施，隨著我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)民的生活水平提高，農(nóng)村生活污水的排放量不斷增加，但農(nóng)村住戶居住較為分散，如果沒有完善的污水收集系統(tǒng)，將直接導(dǎo)致農(nóng)村地區(qū)及其周邊水環(huán)境的惡化［1］。各地政府主管部門在加大對(duì)城市生活污水處理投入的同時(shí)也將目光轉(zhuǎn)移到農(nóng)村，增加了對(duì)農(nóng)村污水處理的投入。

在美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)中，污水管網(wǎng)的建設(shè)和正常運(yùn)行對(duì)于改善農(nóng)村人居環(huán)境，提高村民生活質(zhì)量具有非常重要的意義。如果不重視農(nóng)村污水管網(wǎng)的運(yùn)維管理，污水管網(wǎng)在缺少運(yùn)行維護(hù)的情況下，會(huì)使得管網(wǎng)惡化加快，造成地下水污染、溢流污染、地面沉降等問題，美麗鄉(xiāng)村的“面貌”難以維持［2］。

比起事后應(yīng)急處理，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上降低農(nóng)村污水管網(wǎng)運(yùn)維成本是一勞永逸的解決方式，合理而高效的設(shè)計(jì)能從源頭上降低運(yùn)維成本，確保污水管網(wǎng)的長效運(yùn)行。本文以北京市密云區(qū)污水管網(wǎng)運(yùn)維成本為切入點(diǎn)，針對(duì)性地提出建議與對(duì)策。

2 農(nóng)村污水管網(wǎng)問題研究及分析

2.1 存在的問題

農(nóng)村污水管網(wǎng)面臨的問題通?？梢苑譃橐韵? 類。

2.1.1 管材選取問題

通常農(nóng)村污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)所使用的管材多為塑料管，管材環(huán)剛度較低，運(yùn)行時(shí)間長容易出現(xiàn)變形、斷裂等現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)管道基礎(chǔ)很多采用原土回填，長時(shí)間運(yùn)營容易導(dǎo)致管道荷載不夠，以致出現(xiàn)管道沉陷、脫節(jié)等現(xiàn)象。

2.1.2 設(shè)計(jì)坡度偏小而產(chǎn)生淤積的現(xiàn)象

設(shè)計(jì)過程中，由于未全面考慮現(xiàn)場(chǎng)地形情況，管道坡度設(shè)計(jì)過多考慮規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的最小坡度，并未完全按照項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)，從而使整體管網(wǎng)坡度偏小，管網(wǎng)流速偏低，造成管網(wǎng)容易產(chǎn)生淤積、堵塞現(xiàn)象。

2.1.3 檢查井?dāng)?shù)量偏多

在污水管網(wǎng)運(yùn)維成本中，檢查井維護(hù)成本占比較高，而檢查井的間距直接影響檢查井的數(shù)量。檢查井?dāng)?shù)量偏多，會(huì)造成運(yùn)維成本明顯增加。且相應(yīng)的投資成本也會(huì)增加。需要結(jié)合GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足條件的地點(diǎn)可以適當(dāng)加大檢查井間距，同時(shí)結(jié)合業(yè)主需求，根據(jù)管網(wǎng)長度，在可研批復(fù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整檢查井間距，以進(jìn)一步滿足運(yùn)維需求。

2.1.4 現(xiàn)狀環(huán)境造成的堵塞問題

施工中清理不凈，接口處有砂漿擠入下水道，造成下水道的沉積和淤積，久而久之會(huì)發(fā)生堵塞；建筑垃圾和生活垃圾等進(jìn)入下水道，卡死管道而造成堵塞；大量含有脂肪的污水排入管道，使排水?dāng)嗝鏈p小而堵塞；綠化中一些植物的須根深入管道，以及菌類在管道中的生長，也會(huì)形成管道堵塞。

2.1.5 管網(wǎng)運(yùn)維自動(dòng)化程度低

管網(wǎng)運(yùn)維自動(dòng)化程度低會(huì)造成管網(wǎng)發(fā)生堵塞或變形等問題時(shí)，未能及時(shí)處理，從而使得問題愈發(fā)嚴(yán)重［3］。

2.2 問題分析

上述問題經(jīng)過實(shí)地調(diào)查及理論分析，得出結(jié)果見表1。

表1 管網(wǎng)運(yùn)維問題分析

通過對(duì)表1 結(jié)果逐條進(jìn)行分析，確認(rèn)影響農(nóng)村污水管網(wǎng)運(yùn)維成本的因素中，3 項(xiàng)是非主要原因，分別是管材選取問題、現(xiàn)狀環(huán)境造成的堵塞問題、管網(wǎng)自動(dòng)化程度低。

其余2 項(xiàng)是影響管網(wǎng)運(yùn)維成本偏高的主要原因，分別為：（1）設(shè)計(jì)坡度偏小。當(dāng)設(shè)計(jì)坡度偏小時(shí)，在同樣的設(shè)計(jì)流量下，會(huì)導(dǎo)致管道水流流速不足，當(dāng)流速小于不淤流速時(shí)，極易出現(xiàn)管道淤積現(xiàn)象。（2）檢查井?dāng)?shù)量偏多。影響檢查井?dāng)?shù)量的關(guān)鍵因素是井間距的設(shè)定。新版GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》相較已經(jīng)作廢的GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于污水檢查井的間距作出相應(yīng)調(diào)整，加大了井間距的上限值。但受到農(nóng)村地形復(fù)雜及現(xiàn)狀環(huán)境影響，設(shè)計(jì)師對(duì)于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)理解不一致，從而造成在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于井間距設(shè)置做不到最優(yōu)化布局，導(dǎo)致檢查井?dāng)?shù)量偏多，最終造成維護(hù)節(jié)點(diǎn)增加，運(yùn)維成本隨之相應(yīng)增加。

3 管網(wǎng)運(yùn)維成本分析研究

本文以作者參與實(shí)施的密云污水管網(wǎng)項(xiàng)目為例展開分析。該污水管網(wǎng)項(xiàng)目一期已完成竣工驗(yàn)收，目前處于運(yùn)營階段，密云三期項(xiàng)目前正在設(shè)計(jì)階段。密云污水管網(wǎng)項(xiàng)目一期運(yùn)維成本見表2。

表2 密云一期運(yùn)維成本占比分析

該運(yùn)維成本表是通過咨詢密云一期管網(wǎng)運(yùn)營單位得出的數(shù)據(jù)。根據(jù)表2 可知，管道維護(hù)和污水井維護(hù)占總維護(hù)費(fèi)用比例最高，是設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)。

其中，污水井維護(hù)成本的高低取決于檢查井?dāng)?shù)量的多少，在相同管長情況下，井間距的取值是決定檢查井?dāng)?shù)量的關(guān)鍵因素［4］。管道維護(hù)成本的高低取決于管道疏通頻率。管道淤堵的原因往往是管道流速偏低，而影響管道流速的原因主要為管道坡度的設(shè)置［5］。

4 降低管網(wǎng)運(yùn)維成本的相關(guān)措施

針對(duì)上文所述的影響管網(wǎng)運(yùn)維的兩條主要原因，制定相關(guān)的措施。

4.1 檢查井?dāng)?shù)量偏多問題

檢查井的間距設(shè)置既要滿足規(guī)范，又不能生搬硬套。在工作中經(jīng)常見到一些排水設(shè)計(jì)文件，不論管徑大小，檢查井間距一律按照20 m 或30 m 設(shè)置，沒有體現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性。檢查井的間距除了要考慮管道交匯、轉(zhuǎn)彎、管徑、坡度改變等常規(guī)因素外，還應(yīng)根據(jù)路幅的寬度、道路的坡度、管徑大小、當(dāng)?shù)仞B(yǎng)護(hù)技術(shù)等因素，靈活設(shè)置，否則勢(shì)必造成投資及后期運(yùn)維成本浪費(fèi)［6］，因此需要制定相關(guān)措施優(yōu)化檢查井布局。設(shè)計(jì)過程參考規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，靈活設(shè)置檢查井，減少檢查井?dāng)?shù)量。經(jīng)優(yōu)化后，密云項(xiàng)目的檢查井?dāng)?shù)量由優(yōu)化前的60 座減少為優(yōu)化后的32 座。

4.2 設(shè)計(jì)坡度偏小問題

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，自流排水管路坡度不低于1%，但是我國排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)受地方投資限制或地形控制等因素影響，設(shè)計(jì)坡度不足或不均是一個(gè)普遍存在的問題。

另外，管道堵塞是排水工程施工驗(yàn)收過程常見的問題之一。首先排水管道管徑設(shè)計(jì)過小，污水雜質(zhì)無法順利排出，就會(huì)導(dǎo)致管道排水不通暢，從而出現(xiàn)管道堵塞問題。其次，設(shè)計(jì)過程中過于依賴規(guī)范中的管道最小坡度設(shè)計(jì)以及受到投資影響，最終出現(xiàn)排水水平坡度不足甚至平坡的現(xiàn)象，從而造成后期管道運(yùn)維頻次增加，資源浪費(fèi)。

如圖1 所示，在不影響施工的前提下，結(jié)合農(nóng)村現(xiàn)狀地形，適當(dāng)增大管道坡度，增大流速，從而減少管道淤堵的可能性，可以有效降低管網(wǎng)維護(hù)的工作量。

圖1 管道坡度優(yōu)化效果示意

5 管網(wǎng)運(yùn)維成本降低成效

密云三期項(xiàng)目可研已批復(fù)，在管道長度和密云一期項(xiàng)目不同的情況下，設(shè)計(jì)通過縱向?qū)Ρ?，?yōu)化檢查井間距及管道坡度降低運(yùn)維成本單價(jià)。最終通過密云三期污水管網(wǎng)項(xiàng)目圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，得出管網(wǎng)運(yùn)維成本為15.08 元/延米，每延米運(yùn)維成本降低了3.24元。具體測(cè)算結(jié)果見表3。

表3 密云三期項(xiàng)目運(yùn)維成本核算

上述管網(wǎng)運(yùn)維成本單價(jià)的變化即是通過對(duì)污水檢查井間距的調(diào)整以及管道坡度的優(yōu)化得到的。其中，管道維護(hù)單價(jià)的變化是通過增加管道坡度，從而降低管道疏通頻次后折合計(jì)算得到。

具體而言，在污水井維護(hù)方面進(jìn)行了污水檢查井間距的優(yōu)化。由于密云一期和三期項(xiàng)目管道長度不同，需要在固定單一變量的情況下通過調(diào)整檢查井間距，優(yōu)化檢查井布局，最終設(shè)計(jì)圖紙中污水井的數(shù)量由原設(shè)計(jì)中的10 777 座減少為6 840 座，使得污水井維護(hù)費(fèi)用總價(jià)減少了41.93 萬元/a，平均每延米的管網(wǎng)運(yùn)維成本得到了有效降低。管道維護(hù)方面，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增大管道坡度，在同一流量情況下，管道流速相應(yīng)增加，管道不易出現(xiàn)淤堵，從而降低管道疏通頻次，使得管道維護(hù)的成本單價(jià)由8.50元/m 降低到了7.20 元/m，管道維護(hù)總價(jià)減少了28.67 萬元/a。以上管道維護(hù)成本單價(jià)的制定是參照密云一期實(shí)際運(yùn)維數(shù)據(jù)，同時(shí)參考《城鎮(zhèn)排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修年度維修定額》相關(guān)數(shù)據(jù)。

通過以上優(yōu)化措施的制定，密云三期工程總維護(hù)成本單價(jià)降低至15.08 元/m，總維護(hù)成本節(jié)約了70.60 萬元/a。

6 結(jié)論

本文通過對(duì)農(nóng)村污水管網(wǎng)運(yùn)維現(xiàn)狀問題的分析研究，得出影響農(nóng)村污水管網(wǎng)運(yùn)維成本的主要原因?yàn)闄z查井?dāng)?shù)量偏多和設(shè)計(jì)坡度偏小，并根據(jù)主要原因制定了相應(yīng)的對(duì)策，降低了管網(wǎng)運(yùn)維成本。后期將會(huì)根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)維情況進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

本次研究將對(duì)管網(wǎng)運(yùn)維相關(guān)各方面產(chǎn)生影響，包括技術(shù)效益方面，提升了設(shè)計(jì)與施工運(yùn)維相結(jié)合的能力；經(jīng)濟(jì)效益方面，維護(hù)成本降低，從而使財(cái)政資金得到有效利用；社會(huì)效益方面，有效助力密云農(nóng)村污水管網(wǎng)項(xiàng)目落地，同時(shí)踐行了保護(hù)首都飲用水水質(zhì)的重要舉措。