城镇污水处理厂防洪标准和设计地面标高及排水方式的合.pdf

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1、50给水排水 Vol135No162009城镇污水处理厂防洪标准和设计地面标高及排水方式的合理确定赵 步 超(北京中机创杰环境科技股份有限公司,北京 100098)摘要 通过具体分析规范、标准中与污水处理厂设计相关的防洪条文,指出了其不明确的地方,总结了影响城镇污水处理厂防洪标准、设计地面标高及排水方式的多种因素。以河北省徐水县一期污水处理工程(3万m3/d)为例,介绍了在没有污水处理厂具体防洪规范及标准情况下如何科学、合理地确定污水处理厂的防洪标准、设计地面标高及排水方式。污水处理厂防洪标准不应是简单的、同一的,而应结合当地实际情况,通过风险 投资 效益来综合评价科学合理地确定污水处理厂的防

2、洪标准、设计地面标高和排水方式等。关键词 城镇污水处理厂 防洪标准 设计地面标高 设计洪水位1 规范、标准中与污水处理厂设计相关的防洪条文分析 室外排水设计规范(GB 500142006)6.1.1条规定:“厂区地形不应受洪涝灾害影响,防洪标准不应低于城镇防洪标准,有良好的排水条件。”该条条文说明中指出“厂址的防洪和排水问题必须重视,一般不应在淹水区建污水处理厂,当必须在可能受洪水威胁的地区建厂时,应采取防洪措施。另外,有良好的排水条件,可节省建造费用。新增条文规定防洪标准 不应低于城镇防洪标准。”条文说明没有对“可能受洪水威胁”作进一步的解释,比如没有明确指出在什么样的地形、区域中可能受洪水

3、威胁,受多少年一遇的洪水威胁,受多大规模的洪水危害,洪水的持续时间及遭受到怎样的破坏等。这就意味着每个设计者认识不同,对同一个污水处理厂所设计的防洪标准可能不同,而污水处理厂设计防洪标准又直接影响污水处理厂的基建投资和运行费用。笔者认为 中华人民共和国水法 规定的区域可作为“可能受洪水威胁的地区”,见下面的规定。中华人民共和国水法 第四十一条规定:“在防洪河道和滞洪区、蓄洪区内,土地利用和各项建设必须符合防洪的要求。”中华人民共和国防洪法 第二十九条规定:“蓄滞洪区是指包括分洪口在内的河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区及湖泊等。”在可能受洪水威胁的地方建设污水处理厂不适用于 室外排水设计规范

4、,可以依据的只有 防洪标准(GB 5020194)和 给水排水设计手册 第7册 城镇防洪。下面对 防洪标准 及 给水排水设计手册 第7册 城镇防洪 中的城市防洪内容进行分析。防洪标准(GB 5020194)2.0.1条规定:“城市应根据其社会经济地位的重要性或非农业人口的数量分为四个等级,各等级的防洪标准按表1的规定确定。”表1 城市的等级和防洪标准等级重要性非农业人口/万人防洪标准(重现期)/a 特别重要的城市150 200 重要的城市15050200100 中等城市502010050 一般 205020 给水排水设计手册 第7册 城镇防洪2.5.2条:“江河上游沿岸城市的防洪体系:一般多由

5、整治河道、修筑堤防和修建调洪水库构成。在城市上游修建水库调洪,可以有效地削减洪峰,减轻洪水对城市的压力,减少河道整治和修筑堤防的工程量,降低堤防的防洪标准,提高防洪体系的防洪标准。例如:本溪市在上游没有修建观音阁水库之前,给水排水 Vol135No16200951只依靠堤防抗洪,防洪标准只能达到50年一遇。在观音阁水库建成拦洪后,本溪市的防洪标准可以提高到500年一遇。”可见 给水排水设计手册 第7册 城镇防洪2.5.2条指出了影响防洪标准最重要的一个因素,即上流是否有调洪水库,水库可以滞蓄洪水,调节径流,上例中由于水库的修建使本溪市的防洪标准从50年一遇提高到500年一遇!笔者认为现行 室外

6、排水设计规范(G B 500142006)及其他标准中关于污水处理厂防洪的条文应该细化和明确,理由为:(1)规范中的防洪规定容易使人理解为“在厂区地形不受洪涝灾害影响的情况下,其防洪标准也应等于或高于城镇防洪标准。(2)在可能受洪水威胁的地区建厂,必须参照城镇防洪标准,而 防洪标准 及 给水排水设计手册 第7册 城镇防洪 也未具体涉及污水处理厂的防洪内容。(3)污水处理厂的规模、重要程度,处于河流的位置(上游、中游、下游),是否处在河道、泄洪区,排入的河流是否有堤坝,上游是否有水库,水库的防洪库容等,都是影响城镇污水处理厂设计防洪标准、设计地面高度及排水方式的因素,规范和标准都未明确提出。(4

7、)没有明确的规范和标准,设计人员往往采用较高的防洪标准及防洪措施,比如污水处理厂纳入城镇防洪体系中并且排入的河流有防洪堤情况下,还要求设计地面标高高于排入河流20年一遇或30年一遇的洪水位0.5 m,在自然地面达不到设计地面标高情况下必然加高自然地面,从而使污水处理厂的基建投资大增。(5)不同的防洪标准对应不同的排水河流的设计洪水位,是设计进水泵房提升泵扬程的重要参数,直接关系到污水处理厂建成后的运行费用。下面通过河北省徐水县瀑河污水处理厂的实例说明在没有污水处理厂具体防洪规范及标准情况下如何科学、合理地确定污水处理厂的防洪标准、设计地面标高及排水方式。2 设计工程实例分析2.1 工程概况河北

8、省徐水县瀑河污水处理厂近期处理规模3万m3/d,近期占地面积3.77 hm2,远期处理规模6万m3/d,预留远期用地。河北省徐水县瀑河污水处理厂的污水处理采用Orbal氧化沟工艺(见图1),经处理后的尾水采用紫外线消毒达标后就近排入瀑河,污泥处理采用机械浓缩脱水工艺,泥饼外运卫生填埋。处理后出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 189182002)一级A标准。图1 污水处理厂工艺流程 2.2 基础资料与踏勘徐水县及周围的地形、地貌资料:徐水县地势西北高,东南低,县城位于堆积作用所形成的山前倾斜平原区,自然坡度1 左右,最低点为距离县城东南10 km处的大因镇的李家迪城村,海拔8 m。徐

9、水县古时修建过古城墙,就近掘土,城内形成9个大坑,现除一个填平外其他8个为积蓄雨水之用,是徐水县雨洪调蓄的重要措施。安新县位于徐水县东南22 km,其总地势自西北向东南略有倾斜,地势平坦,地面自然坡度为12 000,西半部最高海拔10 m,东半部最低海拔5.5 m。瀑河从徐水县穿过,流入安新县的白洋淀。污水处理厂地理位置及地形资料:位于县城南部,瀑河东部,厂址原为农田,地势西北高,东南低,地面自然标高13.3014.00 m,厂址附近的自然坡度1.6,已纳入徐水县用地总体规划。县水利局提供的水文资料:瀑河污水处理厂段20年一遇设计洪水流量296 m3/s,设计洪水位15.39 m,设计堤高17

10、.70 m。县规划局提供的防洪规划资料:瀑河徐水县城区以上段按50年一遇标准设防,城区以下段按20年一遇标准设防。辖区内洪水防御采取堤防加固和水土保持相结合的措施,加强在上游地区的植52给水排水 Vol135No162009树造林、修建调蓄水库等措施,增强水土涵养能力,控制水土流失。下游采取修建围堤、加固现有堤防、疏通河道增大泄洪能力等方式,达到防洪减灾目的。瀑河水库资料:位于瀑河徐水县的上游,坝址位于徐水县西北25 km处。水库控制流域面积263km2。洪水标准为100年一遇洪水设计、2 000年一遇洪水校核,是一座以防洪为主兼顾灌溉的中型水利枢纽工程。瀑河水库加固扩建后,上库调蓄库容达2.

11、35亿m3;下库防洪库容达0.74亿m3。现多年干旱,水库已没水。踏勘情况:通过走访水利部门,询问当地的老人,实地调查并核实了河流最高洪水位淹没情况和厂区历史上洪水淹没情况,在“638”洪水时,瀑河污水处理厂段中洪水位和现有堤岸顶持平,污水处理厂址处并未被洪水淹没。2.3 污水处理厂防洪标准的确定徐水县2010年规划人口10.8万,依据表1,划为 城市,防洪标准为2050 a,考虑到瀑河对徐水县城的防洪标准可达100年一遇,同时瀑河污水处理厂段的堤坝防洪标准为20年一遇,对于污水处理厂来说已经有水库和堤坝的双重保护了,笔者认为污水处理厂自身的防洪标准可适当降低,以10年一遇的洪水位设计或不考虑

12、洪水的影响都可以。但这种情况下,污水处理厂出水必须按20年一遇的洪水位进行校核。2.4 设计地面标高的确定徐水县污水处理厂为小型污水处理厂,所处地形为山前倾斜平原区,非处于河道、洼地,滞洪区、蓄洪区;瀑河污水处理厂段有瀑河堤坝,堤坝防洪标准为20年一遇洪水;以瀑河20年一遇设计洪水量296 m3/s计算,仅瀑河水库的防洪库容就可完全截留洪水2.9 d,全库容可截留296 m3/s的洪水15 d;经踏勘,厂址处防洪和排涝较好。综合上述防洪因素的分析,结合排涝的需要,笔者认为以14.30 m作为设计地面标高较合适(原自然地面标高为13.3014.00 m)。这样可以既达到防洪排涝要求,又可以达到减

13、少填方费用,降低基建投资的目的。投资效益分析:由原设计地面标高15.80 m(20年一遇洪水位+0.5 m)减为14.30 m后,一期填方费用在设计运距11 km的情况下就减少了205万元。2.5 污水处理厂排水方式的确定污水处理厂出水在常年大多数时间里能够自流排入水体。排放的水位不应选取多年最高水位,因为其出现时间短,易造成常年水头浪费,而应选取经常出现的高水位作为排放水位,当水体水位高于设计水位时,可进行短时间的提升排放。由于瀑河上游有水库防洪,即使遇到20年一遇的暴雨,瀑河也未必有20年一遇的洪水,由于污水处理厂采用自流排放,若以20年一遇的洪水位设计,提升泵的扬程偏大,造成水头浪费。由

14、于水库的修建使瀑河出现20年一遇的洪水概率非常小,笔者认为污水处理厂采用自排与抽排结合的方式较好,此种排放方式应用得也比较多,比如韶关市第二污水处理厂一期工程、杭州七格污水处理厂一期工程、上海竹园第一污水处理厂工程、长沙市第一污水处理厂、南宁市江南污水处理厂二期工程等。下面按一期3万m3/d规模对优化后的方式进行投资效益分析。提升1 m污水的电机总功率为(假设水泵及电机的效率均为70%):P=gQ H/(12)=1 0009.8(30 000/86 400)1/(1 0000.70.7)=6.95(kW)。每天提升1 m污水的电耗为6.9524=166.8(kWh),按目前电费0.73元/(k

15、Wh)计算可得,全年提升1 m污水的电费至少为4.44万元。原设计为污水一次提升,处理水借重力可以排入20年一遇洪水时的瀑河中(洪水位为15.39 m),最后一个构筑物设计水面标高为15.90 m,提升泵的静扬程为17.33 m。瀑河污水处理厂常水位标高约为11.11 m,参考已有的工程实例,可设计瀑河污水处理厂段水位13.25 m为开泵水位(以5年一遇河道洪水位作为开泵控制水位,20一遇河道洪水位进行校核),推算出最后一个构筑物出水井水面标高13.76 m,比原来设计15.90 m降低2.14 m,提升泵的静扬程也降低2.14 m。设计优化后全年可节省电费4.442.14=9.5(万元)。一

16、期提升泵房后的构筑物标高的降低增加的挖方投资估算为13万元,一期拟设2台Q=给水排水 Vol135No16200953625 m3/h,h=5 m的潜污泵于出水井中,2台泵的价格共为8万元,加设液位计控制。增加的土建、设备投资约21万元,通过计算,两年多节省的电费即可回收潜污泵的投资,其余的23年运营期中可节省电费9.523=218(万元)。3 结语污水处理厂的设计地面标高关系基建投资,排入河流的洪水位及排水方式又决定着污水处理厂的电耗,对于氧化沟工艺,电耗占运行费用的比例很大,所以降低电耗是降低运行费用的关键。城镇污水处理厂的自然地形、所处河段、河堤与城市的防洪能力、上游是否有水库等又是决定

17、污水处理厂防洪标准、设计地面标高及排水方式的因素,尤其上游水库是其中最为重要的因素。这就是说,防洪标准不应是“同一的”,而应具体问题具体分析。所以在进行污水处理厂设计时必须全面考虑上述因素,结合当地的实际情况,通过风险 投资 效益来综合评价,科学、合理地确定污水处理厂的防洪标准、设计地面标高、排水方式等,以降低基建投资和节省运行费用。参考文献1GB 500142006 室外排水设计规范2 中国市政工程东北设计研究院编.给水排水设计手册(第7册)城镇防洪.第2版.北京:中国建筑工业出版社,20063GB 5020194 防洪标准4 中华人民共和国水法,20025 中华人民共和国防洪法,19976

18、唐受印,戴友芝等编.水处理工程师手册.北京:化学工业出版社,20067 郑兴灿编.城市污水处理技术决策与典型案例.北京:中国建筑工业出版社,20078 朱元甡.上海防洪(潮)安全风险分析和管理.水利学报,2002(8):21289 何圣兵,崔洪升等编.污水处理项目建设程序与工程设计.北京:中国建筑工业出版社,2008&通讯处:100098北京市海淀区知春路甲48号 盈都大厦A座7层电话:(010)58733286-8807E2mail:zhaobuchao 收稿日期:2008-10-12修回日期:2009-04-02张 掖 市 黑 河 湿 地 水 源 涵 养 工 程 张掖黑河湿地是河西走廊独特

19、而宝贵的自然资源。张掖市黑河流域中、上游21万hm2的水源涵养湿地是黑河径流产生和维系的重要生态要素,黑河37亿多m3的径流量,决定着13万多km2流域内500多万人口的生存和发展。张掖市共有湿地2大类4个类型13个类别,总面积315.63万亩(1亩667 m2),占土地总面积的5.02%。其中:天然湿地299.56万亩,分为河流湿地、湖泊湿地及沼泽湿地3个类型;人工湿地16.06万亩,占全市湿地总面积的5.1%,包括水塘、灌溉渠系和稻田、蓄水区、盐田共4个类别。湿地内现有国家重点保护植物裸果木、星叶草、肉苁蓉等6种。黑河中游干流湿地总面积50.11万亩,主要分布在甘州区、临泽县、高台县境内。

20、其中:天然湿地36.06万亩,人工湿地14.05万亩。黑河中游干流湿地位于我国候鸟三大迁徙途径西部路线的中段,境内湖泊、沼泽、滩涂星罗棋布,生物多样性丰富。现有国家一级保护鸟类黑鹳、玉带海雕、白尾海雕等4种,国家二级保护鸟类大天鹅、小天鹅等18种,国家“三有”鸟类60余种途径这里。张掖市黑河湿地水源涵养工程建设主要内容是水源涵养湖体开挖夯填、湖底及岸坡钠基膨润土防水毯防渗处理。招标范围为对湖体开挖夯填及防渗处理进行招标,划分为三个标段进行招标,具体划分如下:(1)一标段。南湖湖区开挖、夯填及湖体钠基膨润土防水毯防渗及输水暗涵工程,计划开工日期2009年5月5日,计划竣工日期2009年7月5日。(2)二标段。中湖湖区开挖、夯填及湖体钠基膨润土防水毯防渗及输水暗涵工程,计划开工日期2009年5月5日,计划竣工日期2009年7月5日。(3)三标段。北湖湖区开挖、夯填及湖体钠基膨润土防水毯防渗工程,计划开工日期2009年5月5日,计划竣工日期2009年7月5日。工程建设地点为张掖市黑河湿地保护工程即滨河新区。(通讯员 秦庆红)