市政排水管網設計過程中重難點研究

陳紹貴

（萍鄉市規劃勘察設計院 江西萍鄉 337000）

市政排水管網是污水、雨水收集、傳輸與排放的重要管道體系，屬于城市基礎設施，在居民生活與生產建設中具有重要地位。新時期，對市政排水管網進行建設，做好相關設計工作，以提升管道整體性能，降低成本支出，是行業人員關注的焦點。為做好上述工作，需要重點說明排水管網設計的重點與難點問題，并且對其進行控制，確保管道網絡的經濟效益和社會效益得以最大化實現。

1 市政排水管網設計內容

1.1 排水分區劃分

在市政排水工程中，對排水區域進行劃分，做好管道敷設是最基本的工作。鑒于此，有關人員需要考慮多地形地貌、城市功能、規劃地塊、現有管道布局等多種因素，通過對上述因素的綜合分析，制定合適的排水分區，使得管道網絡設計更加科學合理。

在具體設計環節，有關人員也需要考慮雨水、污水管道的走向，并且考慮遠期與近期規劃等多項內容，總體設計原則應滿足分散出口、就近排水［1］。在排水分區，有關人員需要科學標注每個排水系統的面積，并且對匯水的邊緣進行界定，明確管道距離長短/管徑與標高等細節要點，以確保設計方案合理，為城市排水管網整體性能的提升奠定基礎。

1.2 管材選擇

管道工程項目投資較大，其中在總投資額中占有多數比例的是管道材料。目前，在市政管網設計中，經常考慮的材料有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、安裝拆卸便捷與柔韌度良好的特點，并且材料的價格適中。但是，在具體應用中，需要考慮材料的抗沖擊力和使用壽命［2］。UPVC 加筋管具有較強的耐腐蝕性，且摩擦系數較低，施工便捷的優勢，其成本較低。在市政排工程設計中，為達到理想的標準，有關人員需要科學選擇管道材料。

2 市政排水管網設計過程的重點項目

2.1 管道系統設計重點

2.1.1 重點設計內容

管道系統的設計是排水管網設計的重點，在具體設計環節，有關人員需要關注設計流量、管道水力與系統組成，通過對相關設計材料的調查分析，明確以上項目的具體設計規范，并做好設計圖紙繪制，以最大限度提升管網系統的服務能力，滿足市政污水處理工程提標擴建的最新要求。

2.1.2 設計方案選擇

在設計方案的選擇上，應作好排水體制的選擇，對最優的排水系統方案進行應用，通過技術比較、經濟效益評估，構建科學的管道系統。在生活污水設計流量具體工作中，有關人員需要明確居住區生活污水、公共建筑生活污水與企業工業廢水等指標［3］。以居住區生活污水流量控制為例，有關人員需要充分考慮居住區生活污水量標準、人口數量、每日最大污水量、日平均污水量等參數，做好污水流量的設計與規范工作。上述參數之間的關系應滿足以下表達式：

式中：Q1為居住區生活污水設計流量值，L/s；n表示居住區生活污水量標準，L/（d·人）；N表示設計人口數；Kz表示總變化系數，是最大日、最大時污水量與日平均污水量之間的比值。

2.1.3 最大充滿度問題

此外，在市政排水管道的設計中，也需要明確管道最大充滿度，通過對相關數據值的控制，預防水量變化帶來的沖擊。通過對充滿度的設計，也能夠促進管道通風，對管道的疏通與維護管理產生深遠影響。管道充滿度可通過有效水深與管徑之間的比值表示，如圖1所示。

圖1 管道充滿度設計示意圖

當h/D=1 時，表示管道滿流；當h/D＜1 時，表示非滿流。根據《室外排水設計標準》中的要求，對市政排水系統中的管道充滿度進行設計十分關鍵，是確保管道運行能力提升的關鍵舉措。一般情況下，充滿度與管徑（D）和暗渠高度（h）有關，二者之間具有正相關性，具體情況如表1所示。

表1 管徑或暗渠高度與充滿度設計數據參考

2.2 設計流速與排水泵站

2.2.1 流速的設計難點

在市政排水管道設計中，對管道內水流速度與排水泵站的設計十分重要，其是預防管道淤積、提升排水效率的關鍵舉措。實際上，設計流速與污水中所含有的雜質存在密切關系。目前，國外將市政管道的最小流速控制在0.6～0.75m/s。在我國市政工程排水管道系統中，通常將最小設計流速定為0.6m/s。而最大設計流速通常需要考慮管道的具體材質，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 排水泵站設計

排水泵站設計的重點是滿足服務要求。水泵機組需要根據設計要求配置，以最大程度提升排水管網運行能力。以下對排水碰撞設計中存在的主要問題進行說明，其中包括泵房流量計算不合理、未能根據實際情況對流量進行合理控制。在設計中，區分污水和雨水泵房。對于污水泵房而言，需要確保進水管的總高、日高流量達標；針對雨水泵站而言，應考慮最大重現期的雨水設計流量，根據相關參數，對泵站總流量進行調整［4］。

在泵站的具體設計中，有關人員也需要做好揚程設計，根據泵站的不同用途，對揚程值進行取舍，同時保證揚程設計滿足出水管與集水池設計規范，留有足夠的設計水位差，并且考慮管道系統的阻力損失。本次設計中，將市政管道系統的阻力損失控制在0.3～0.5m之間，并且預留了安全水位。

2.2.3 集水池設計要點

排水泵站集水池的容積對排水管網流量產生影響，有關人員需要做好集水池容積的取舍，根據泵站的用途和具體規模，選擇合適的集水池。針對雨水泵站與合流泵站的集水池設計而言，需要確保集水池的容積小于泵站內最大雨水泵或合流制水泵30s的出水流量；而對于污泥泵房的集水池而言，有關人員需要根據一次性排入的最大污泥量對集水池進行設計，同時考慮對污泥的抽送能力，以保證集水池設計合理，達到理想的排水要求。在具體設計中，也需要考慮進水管、吸水管的管徑，并且對水泵間的位置進行嚴格要求。集水池設計效果如圖3所示。

圖3 集水池的設計效果圖

2.3 污水管道水力計算

2.3.1 明確變化系數

為進一步提高排水管網的使用性能，應做好管道網的水力計算，明確具體的設計參數。相關的設計參數包括流量、管徑與埋深。以工業廢水排放設計為例，其中設計難點主要體現在以下方面。

一是常規車間與熱力車間的計算人數需要根據最大班組的人數計算，然而，各班組的上班時間存在交叉，需要對交叉時間內，班組上班人數進行統計。倘若不存在各班組之間的交叉問題，則以最大班組的流量作為設計流量。

二是工業廢水的日變化系數相對較小，對總流量進行控制的難度較大，并且難以形成標準化的計算與評估方法，使得相關計算工作的開展難度大。當水流量的每日平均變化較小時，則變化系數取1，此時，總變化系數與時變化系數相等。

2.3.2 總流量設計難點

本文提到的排水管道總流量包括設計流量、工業廢水設計流量、入滲地下水流量。在污水管道設計中，存在的難點是計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算出所有流段的管道流量值［5］。針對工業企業和公建而言，有關人員只需要采用直接相加法便可計算出總流量值。而對于城鎮污水排放流量的設計而言，則存在一定難度，具體表現在以下方面：第一，對綠化地塊面積進行剔除，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算。在實際設計中，有關人員應充分考慮管道的起點，并且做好平均日流量的統計工作，了解目標管道區段最大時速流量。

2.3.3 管渠系統流量統計

針對管道設計而言，對排水管渠系統中的流量進行控制，做好流量指標監控十分重要，其是提升管道系統設計能力需要重點考慮的因素。雨水管渠是排水系統的重要組成部分，其流量的計算公式如下：

Q=qψA

式中：q為設計暴雨強度，具體取值范圍根據管道敷設所在地的暴雨強度公式與重現期而定；ψ為徑流系數，該數值與地面土質類型有關，相關人員可根據加權平均法獲得該數值；A表示匯水面積，單位為hm2。

在雨水管道設計過程中，遇到的主要難點是流量合理計算。當實際匯水面積較大時，則最遠點的雨水與設計斷面相遇，此時，設計流量趨向最大化；當降水用時與集水的時間相等時，雨水管道的壓力較大，需要排放大量的雨水污水，此時，存在的主要設計難點是保證最遠點的雨水、設計斷面的集水時間與降水時間一致，為實現這一設計目標，有關人員使用了極限強度法。

此外，在具體設計過程中，有關人員需要保證后面的管道流量超過前面管道流量，以實現對雨水的快速排出，避免發生路面積水。根據《室外排水設計規范》中內容，考慮城市規模、城區分布、人口數量等多項參數，以確保管道系統設計合理，滿足市政工程提標擴建要求［6］。隨著城市發展規模的增加，對排水管道網絡進行設計優化，成為行業有關人員關注的熱點話題。鑒于此，在城市排水管網設計中，需要重點做好流量、充滿度、流速等參數控制工作，并考慮現有管網與設計管網之間匹配度。

3 結語

綜上所述，在市政排水管網的設計中，研究了管道設計的主要內容，說明排水分區設計、管道材料選擇的重要意義。在具體研究中，說明了市政排水管網設計的重點與難點，分析了設計方案選擇、充滿度、流速、排水泵站等相關部分在設計中的價值。通過合理控制流速、作好集水池選擇、管理總流量、對管道水力進行控制，以最大限度保證排水管道設計合理性，優化市政排水工程的使用性能。