陳紹貴

（萍鄉(xiāng)市規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院 江西萍鄉(xiāng) 337000）

市政排水管網(wǎng)是污水、雨水收集、傳輸與排放的重要管道體系，屬于城市基礎(chǔ)設(shè)施，在居民生活與生產(chǎn)建設(shè)中具有重要地位。新時(shí)期，對(duì)市政排水管網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)，做好相關(guān)設(shè)計(jì)工作，以提升管道整體性能，降低成本支出，是行業(yè)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。為做好上述工作，需要重點(diǎn)說(shuō)明排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題，并且對(duì)其進(jìn)行控制，確保管道網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得以最大化實(shí)現(xiàn)。

1 市政排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 排水分區(qū)劃分

在市政排水工程中，對(duì)排水區(qū)域進(jìn)行劃分，做好管道敷設(shè)是最基本的工作。鑒于此，有關(guān)人員需要考慮多地形地貌、城市功能、規(guī)劃地塊、現(xiàn)有管道布局等多種因素，通過(guò)對(duì)上述因素的綜合分析，制定合適的排水分區(qū)，使得管道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有關(guān)人員也需要考慮雨水、污水管道的走向，并且考慮遠(yuǎn)期與近期規(guī)劃等多項(xiàng)內(nèi)容，總體設(shè)計(jì)原則應(yīng)滿(mǎn)足分散出口、就近排水［1］。在排水分區(qū)，有關(guān)人員需要科學(xué)標(biāo)注每個(gè)排水系統(tǒng)的面積，并且對(duì)匯水的邊緣進(jìn)行界定，明確管道距離長(zhǎng)短/管徑與標(biāo)高等細(xì)節(jié)要點(diǎn)，以確保設(shè)計(jì)方案合理，為城市排水管網(wǎng)整體性能的提升奠定基礎(chǔ)。

1.2 管材選擇

管道工程項(xiàng)目投資較大，其中在總投資額中占有多數(shù)比例的是管道材料。目前，在市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)?？紤]的材料有HDPE 高密度聚乙烯管、UPVC 加筋管、鋼管、鋼筋混凝土管。其中，使用最廣泛的材料是HDPE聚乙烯，該管道材料具有重量強(qiáng)、安裝拆卸便捷與柔韌度良好的特點(diǎn)，并且材料的價(jià)格適中。但是，在具體應(yīng)用中，需要考慮材料的抗沖擊力和使用壽命［2］。UPVC 加筋管具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，且摩擦系數(shù)較低，施工便捷的優(yōu)勢(shì)，其成本較低。在市政排工程設(shè)計(jì)中，為達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)人員需要科學(xué)選擇管道材料。

2 市政排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程的重點(diǎn)項(xiàng)目

2.1 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

2.1.1 重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容

管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有關(guān)人員需要關(guān)注設(shè)計(jì)流量、管道水力與系統(tǒng)組成，通過(guò)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)材料的調(diào)查分析，明確以上項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)規(guī)范，并做好設(shè)計(jì)圖紙繪制，以最大限度提升管網(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)能力，滿(mǎn)足市政污水處理工程提標(biāo)擴(kuò)建的最新要求。

2.1.2 設(shè)計(jì)方案選擇

在設(shè)計(jì)方案的選擇上，應(yīng)作好排水體制的選擇，對(duì)最優(yōu)的排水系統(tǒng)方案進(jìn)行應(yīng)用，通過(guò)技術(shù)比較、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，構(gòu)建科學(xué)的管道系統(tǒng)。在生活污水設(shè)計(jì)流量具體工作中，有關(guān)人員需要明確居住區(qū)生活污水、公共建筑生活污水與企業(yè)工業(yè)廢水等指標(biāo)［3］。以居住區(qū)生活污水流量控制為例，有關(guān)人員需要充分考慮居住區(qū)生活污水量標(biāo)準(zhǔn)、人口數(shù)量、每日最大污水量、日平均污水量等參數(shù)，做好污水流量的設(shè)計(jì)與規(guī)范工作。上述參數(shù)之間的關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足以下表達(dá)式：

式中：Q1為居住區(qū)生活污水設(shè)計(jì)流量值，L/s；n表示居住區(qū)生活污水量標(biāo)準(zhǔn)，L/（d·人）；N表示設(shè)計(jì)人口數(shù)；Kz表示總變化系數(shù)，是最大日、最大時(shí)污水量與日平均污水量之間的比值。

2.1.3 最大充滿(mǎn)度問(wèn)題

此外，在市政排水管道的設(shè)計(jì)中，也需要明確管道最大充滿(mǎn)度，通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)值的控制，預(yù)防水量變化帶來(lái)的沖擊。通過(guò)對(duì)充滿(mǎn)度的設(shè)計(jì)，也能夠促進(jìn)管道通風(fēng)，對(duì)管道的疏通與維護(hù)管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。管道充滿(mǎn)度可通過(guò)有效水深與管徑之間的比值表示，如圖1所示。

圖1 管道充滿(mǎn)度設(shè)計(jì)示意圖

當(dāng)h/D=1 時(shí)，表示管道滿(mǎn)流；當(dāng)h/D＜1 時(shí)，表示非滿(mǎn)流。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，對(duì)市政排水系統(tǒng)中的管道充滿(mǎn)度進(jìn)行設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，是確保管道運(yùn)行能力提升的關(guān)鍵舉措。一般情況下，充滿(mǎn)度與管徑（D）和暗渠高度（h）有關(guān)，二者之間具有正相關(guān)性，具體情況如表1所示。

表1 管徑或暗渠高度與充滿(mǎn)度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參考

2.2 設(shè)計(jì)流速與排水泵站

2.2.1 流速的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

在市政排水管道設(shè)計(jì)中，對(duì)管道內(nèi)水流速度與排水泵站的設(shè)計(jì)十分重要，其是預(yù)防管道淤積、提升排水效率的關(guān)鍵舉措。實(shí)際上，設(shè)計(jì)流速與污水中所含有的雜質(zhì)存在密切關(guān)系。目前，國(guó)外將市政管道的最小流速控制在0.6～0.75m/s。在我國(guó)市政工程排水管道系統(tǒng)中，通常將最小設(shè)計(jì)流速定為0.6m/s。而最大設(shè)計(jì)流速通常需要考慮管道的具體材質(zhì)，其中，金屬管道的最大流速為10m/s，非金屬管道的最大流速為5m/s。

2.2.2 排水泵站設(shè)計(jì)

排水泵站設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是滿(mǎn)足服務(wù)要求。水泵機(jī)組需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求配置，以最大程度提升排水管網(wǎng)運(yùn)行能力。以下對(duì)排水碰撞設(shè)計(jì)中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明，其中包括泵房流量計(jì)算不合理、未能根據(jù)實(shí)際情況對(duì)流量進(jìn)行合理控制。在設(shè)計(jì)中，區(qū)分污水和雨水泵房。對(duì)于污水泵房而言，需要確保進(jìn)水管的總高、日高流量達(dá)標(biāo)；針對(duì)雨水泵站而言，應(yīng)考慮最大重現(xiàn)期的雨水設(shè)計(jì)流量，根據(jù)相關(guān)參數(shù)，對(duì)泵站總流量進(jìn)行調(diào)整［4］。

在泵站的具體設(shè)計(jì)中，有關(guān)人員也需要做好揚(yáng)程設(shè)計(jì)，根據(jù)泵站的不同用途，對(duì)揚(yáng)程值進(jìn)行取舍，同時(shí)保證揚(yáng)程設(shè)計(jì)滿(mǎn)足出水管與集水池設(shè)計(jì)規(guī)范，留有足夠的設(shè)計(jì)水位差，并且考慮管道系統(tǒng)的阻力損失。本次設(shè)計(jì)中，將市政管道系統(tǒng)的阻力損失控制在0.3～0.5m之間，并且預(yù)留了安全水位。

2.2.3 集水池設(shè)計(jì)要點(diǎn)

排水泵站集水池的容積對(duì)排水管網(wǎng)流量產(chǎn)生影響，有關(guān)人員需要做好集水池容積的取舍，根據(jù)泵站的用途和具體規(guī)模，選擇合適的集水池。針對(duì)雨水泵站與合流泵站的集水池設(shè)計(jì)而言，需要確保集水池的容積小于泵站內(nèi)最大雨水泵或合流制水泵30s的出水流量；而對(duì)于污泥泵房的集水池而言，有關(guān)人員需要根據(jù)一次性排入的最大污泥量對(duì)集水池進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮對(duì)污泥的抽送能力，以保證集水池設(shè)計(jì)合理，達(dá)到理想的排水要求。在具體設(shè)計(jì)中，也需要考慮進(jìn)水管、吸水管的管徑，并且對(duì)水泵間的位置進(jìn)行嚴(yán)格要求。集水池設(shè)計(jì)效果如圖3所示。

圖3 集水池的設(shè)計(jì)效果圖

2.3 污水管道水力計(jì)算

2.3.1 明確變化系數(shù)

為進(jìn)一步提高排水管網(wǎng)的使用性能，應(yīng)做好管道網(wǎng)的水力計(jì)算，明確具體的設(shè)計(jì)參數(shù)。相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)包括流量、管徑與埋深。以工業(yè)廢水排放設(shè)計(jì)為例，其中設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面。

一是常規(guī)車(chē)間與熱力車(chē)間的計(jì)算人數(shù)需要根據(jù)最大班組的人數(shù)計(jì)算，然而，各班組的上班時(shí)間存在交叉，需要對(duì)交叉時(shí)間內(nèi)，班組上班人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。倘若不存在各班組之間的交叉問(wèn)題，則以最大班組的流量作為設(shè)計(jì)流量。

二是工業(yè)廢水的日變化系數(shù)相對(duì)較小，對(duì)總流量進(jìn)行控制的難度較大，并且難以形成標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算與評(píng)估方法，使得相關(guān)計(jì)算工作的開(kāi)展難度大。當(dāng)水流量的每日平均變化較小時(shí)，則變化系數(shù)取1，此時(shí)，總變化系數(shù)與時(shí)變化系數(shù)相等。

2.3.2 總流量設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本文提到的排水管道總流量包括設(shè)計(jì)流量、工業(yè)廢水設(shè)計(jì)流量、入滲地下水流量。在污水管道設(shè)計(jì)中，存在的難點(diǎn)是計(jì)算上游流量到本管段的平均流量與集中流量，并且需要利用面積疊加法計(jì)算出所有流段的管道流量值［5］。針對(duì)工業(yè)企業(yè)和公建而言，有關(guān)人員只需要采用直接相加法便可計(jì)算出總流量值。而對(duì)于城鎮(zhèn)污水排放流量的設(shè)計(jì)而言，則存在一定難度，具體表現(xiàn)在以下方面：第一，對(duì)綠化地塊面積進(jìn)行剔除，明確綠化面積在總體中所占比例；第二，污水管道的日流量計(jì)算。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，有關(guān)人員應(yīng)充分考慮管道的起點(diǎn)，并且做好平均日流量的統(tǒng)計(jì)工作，了解目標(biāo)管道區(qū)段最大時(shí)速流量。

2.3.3 管渠系統(tǒng)流量統(tǒng)計(jì)

針對(duì)管道設(shè)計(jì)而言，對(duì)排水管渠系統(tǒng)中的流量進(jìn)行控制，做好流量指標(biāo)監(jiān)控十分重要，其是提升管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力需要重點(diǎn)考慮的因素。雨水管渠是排水系統(tǒng)的重要組成部分，其流量的計(jì)算公式如下：

Q=qψA

式中：q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，具體取值范圍根據(jù)管道敷設(shè)所在地的暴雨強(qiáng)度公式與重現(xiàn)期而定；ψ為徑流系數(shù)，該數(shù)值與地面土質(zhì)類(lèi)型有關(guān)，相關(guān)人員可根據(jù)加權(quán)平均法獲得該數(shù)值；A表示匯水面積，單位為hm2。

在雨水管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到的主要難點(diǎn)是流量合理計(jì)算。當(dāng)實(shí)際匯水面積較大時(shí)，則最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水與設(shè)計(jì)斷面相遇，此時(shí)，設(shè)計(jì)流量趨向最大化；當(dāng)降水用時(shí)與集水的時(shí)間相等時(shí)，雨水管道的壓力較大，需要排放大量的雨水污水，此時(shí)，存在的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)是保證最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水、設(shè)計(jì)斷面的集水時(shí)間與降水時(shí)間一致，為實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，有關(guān)人員使用了極限強(qiáng)度法。

此外，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，有關(guān)人員需要保證后面的管道流量超過(guò)前面管道流量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的快速排出，避免發(fā)生路面積水。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中內(nèi)容，考慮城市規(guī)模、城區(qū)分布、人口數(shù)量等多項(xiàng)參數(shù)，以確保管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，滿(mǎn)足市政工程提標(biāo)擴(kuò)建要求［6］。隨著城市發(fā)展規(guī)模的增加，對(duì)排水管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，成為行業(yè)有關(guān)人員關(guān)注的熱點(diǎn)話題。鑒于此，在城市排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)做好流量、充滿(mǎn)度、流速等參數(shù)控制工作，并考慮現(xiàn)有管網(wǎng)與設(shè)計(jì)管網(wǎng)之間匹配度。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在市政排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，研究了管道設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，說(shuō)明排水分區(qū)設(shè)計(jì)、管道材料選擇的重要意義。在具體研究中，說(shuō)明了市政排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，分析了設(shè)計(jì)方案選擇、充滿(mǎn)度、流速、排水泵站等相關(guān)部分在設(shè)計(jì)中的價(jià)值。通過(guò)合理控制流速、作好集水池選擇、管理總流量、對(duì)管道水力進(jìn)行控制，以最大限度保證排水管道設(shè)計(jì)合理性，優(yōu)化市政排水工程的使用性能。