水利论文发表期刊推荐北大核心级期刊《人民长江》，《人民长江》于1955年创刊，是水利部主管，水利部长江水利委员会主办的水利水电技术综合性科技期刊。国内统一刊号CN：42-1202/TV；国际标准刊号ISSN：1001-4179。
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摘要：随着社会经济的发展,环境保护和人民的身体健康息息相关,城市污水处理厂及配套的污水管网建设也越来越引起人们的重视,本文通过河南某城镇污水管网工程设计分析,提出在设计过程中一些关键问题的处理。
关键词:污水管网,管网设计,管道埋深
引言
城市污水处理系统是城市最重要的基础设施之一,其发展水平直接影响到城市广大居民的身体健康和生活质量的改善,对城市投资环境的改善和社会经济的可持续发展都有重要的意义。河南某城镇污水处理事业总体上起步较晚,发展水平较低,且受城市地形地质条件、规划布局及新建、改建等诸多因素影响,许多县城的污水管网建设滞后于污水处理厂建设,造成污水处理系统运转不正常。现结合笔者在一些城市污水管网工程设计中的一些问题,供设计研究参考。
一、工程概况
河南某城镇地势较平坦,地下水位高,属于中小城镇,污水与大中城市污水相比具有水量小,水质水量不稳定,工业废水含量高,冲击负荷大等特点。目前城区人口10万,生活污水量0.72万m3/d,工业废水量1.20万m3/d,总污水量约1.92万m3/d。城区重点工业污染源主要有石化公司(炼油废水)、植物蛋白公司、纺织公司、化肥厂等。
排水体制确定为雨污分流制。污水管网工程覆盖整个城区,收集全部生活污水进人污水处理厂处理,同时要求各工业企业的工业废水应达到污水排人城市下水道水质标准,未达标准的工业废水,须单独进行预处理,达到标准后方可排入城市污水管道。污水管网设计采用一次设计,分期分阶段实施的方案。项目一期工程主干管总长约24km,投资2100万元,中途提升泵站3座,管线中途穿越河流2次,管网设计总排污量(高日高时)为5万m3/d。
2设计中遇到的问题
2.1排水体制
现状排水为合流制排水体制,污水量由于区排水系统不完善,尚无一座污水处理厂。现有各类排水管线39km,排水系统大部分为暗沟和明渠相结合的合流制管渠。排水管道的建设期较早,经过多年的使用,现状城镇排水设施由于淤积、不均匀沉降等原因,部分已失去使用功能;每到雨季则出现路面积水、排水检查井返水等现象。大量生活污水和工业废水未经处理直接排入干净的河水里,排水系统的落后既对城市环境造成一定危害,又对两岸地下水源造成污染。广东临近靠海，工业废水及生活污水的排放量日益增大,污水未经处理直接排入水体,成为临海的一个重要地区污染城镇。
管网设计中涉及到原有排水系统,如何充分利用原有排水系统是本次设计所要考虑的首要问题。
2.2污水设计流量参数难确定
城市污水管网设计流量是根据设计期限终期的规划人口数、生活水平和工业企业发展情况确定的,包括生活污水和工业废水两大类,生活污水量预测由排水人口预测值与生活污水量定额的乘积得出,生活污水量定额2020年按照生活用水量定额的85%确定,排水人口预测值等于用水人口预测值。工业废水根据工业污水产污率,2020年按用水量的85%确定,其中工业用水量采用万元产值耗水率法计算。对于该镇来说,市镇的人口分布不明确,工业企业分布不集中,每年工业污水增量不确定,而且很多企业生活、工业用水用自备水源,因此很难通过其使用自来水量来准确预测其排水量。其次由于中小城镇缺乏许多必备的基础资料和城市发展的未知性等因素,故污水管网的设计流量不易准确确定。
2.3水文地质条件对管网埋深的影响
通常污水管道投资占污水工程总投资的50%--75%，而构成污水管道造价的挖填沟槽、沟槽支撑、湿土排水、管道基础、管道敷设等各部分的比重,与管道的埋深及开槽支撑方式有很大关系。该城镇地势较平坦,地下水位很高,城区地面绝对标高均在5.6～8m之间,地下常水位标高也在3.5～5m之间,开挖至2m就有地下水涌现。管道埋深在5m以上时,施工难度和工程造价会急剧加大。所以,合理地减小污水管道的设计坡度,减小整个城市的污水管网埋深,对降低整个城市排水系统造价意义重大。
2.4地下水水质对管材的影响
该城镇地下水含盐量较高。传统的钢筋混凝土管由于具有抵抗酸、碱侵蚀及抗渗性能较差、管节短、接头多、施工复杂等缺点,在本设计中不宜采用。应采用耐腐蚀、耐老化、造价低,并且施工管理方便的管材。
3设计中的具体措施
3.1完全分流排水
结合原有排水系统以及当地实际情况;经综合考虑,城区排水体制采用雨污完全分流制。
根据城区地形的特点,城区雨水系统充分利用现有的排水管道并加以完善,用于雨水排入,设计本着快速便捷的原则,采取多出口分散排入的方法,尽量缩短管线长度,就近排入附近河道。
本次设计只考虑污水排水系统,污水管网设计采用一次设计,分期分阶段实施的方案。
3.2污水管网总平面布置
正确的管网定线是合理的、经济的设计污水管道系统的先决条件,定线应遵循的主要原则是:应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下,让最大区域的污水能自流排出。根据此原则进行污水管网总平面布置，生活污水和工业废水混合后输入污水处理厂。
（1）整个城区有两个河流穿越,为了减少管道过河,降低工程造价,以河流分区作为一个重要的原则,将整个城区分为三个大的排水区域,分别设三条主干管收集三个排水区域的污水。
(2)尽量增加上游管段的流量,增大初始管段管径,从而能够减小后续管网的埋深。管径300mm的管道最小设计坡度为3‰,管径300mm的管道对整个管网埋深影响很大,相对合理地减少300mm管径的污水管可有效减小整个污水管网的埋深。
（3）由于城区地势较平坦,地下水位较为减小埋深,降低施工费用,经管网水力计算,在主干管埋深5m左右时,设置中途提升泵站,本工程共设3座中途提升泵站。
3.3比流量的确定
新旧城区的比流量计算仅考虑综合生活污水量,工业污水作为集中大用户考虑,接人污水管网。
根据污水处理工程可行性研究报告、污水处理工程环境影响评价报告等说明书、文本,并通过实地调查,该城镇现状老城区与规划发展区人口密度不一样。现状老城区面积2.75hm2,人口密度200人/hm2,根据城市总体规划,2020年城区总人口达20万,城区总面积2000hm2,平均人口密度100人/hm2,即老城区人口密度不断下降,而规划新城区人口密度不断增加。因此老城区按现状人口密度计算比流量,
以后人口密度会有所下降,管道将有富裕量。规划新城区在规划年限内人口密度会增加,应以远期规划平均人口密度计算比流量,现在管道会有富裕,但是以后利用率会逐年提高。老城区污水设计流量按现状综合生活用水量定额,按照《室外给水设计规范》(GBJ13-86)定为150L/(人·d),则综合生活污水量定额为150×0.8=120L/(人·d),老城区比流量为0.278L/(hm2·s)。规划新城区(2020年)综合居民生活用水量定额定为180L/(人·d),则综合生活污水量定额为180×0.85=153L/(人·d),规划新城区比流量为0.177L/(hm2·s)。
3.4管材的确定
根据水文地质条件以及地下水水质情况,设计采用HDPE中空壁缠绕管。HDPE中空壁缠绕管具有化学性质稳定、抗冲击、耐老化、适应温度范围广、重量轻、连接方便、耐磨性优越、水力条件好、经济环保等特点。因此HDPE中空壁缠绕管对地下水含盐量高、松砂淤泥土质的城区非常适合。
3.5有效地降低管道埋深
(1)合理的确定管网系统的控制点。控制点即管网的最不利点,对主干管埋深起着决定作用。本工程控制点选在距离污水厂最远的老城区西北地势最高点,控制点埋深考虑管道覆土厚度、对后续管网埋深的影响以及街区污水支管的接入,设为1.3m。
（2）选择质量高、材料新的管材。HDPE中空壁缠绕管具有管壁光滑、水流阻力小、较小的坡度下不易堵塞等优点,可以有效地降低埋深。其次,其相连接部位加人环型橡胶圈,管与管为柔性连接,对地基的不均匀沉降和管道弯曲敷设的适应能力较强,同时也为管道的快速施工创造了条件。
（3）结合远景规划,部分起始管段管径适当放大,尤其是管径300～400mm的管段,降低管道敷设坡度,这样可以减小整个污水管网的埋深,减少泵站的设置数量。在满足充满度和设计流速的前提下,增大管径不易淤积且清通方便,能够满足长远规划。
(4)设置提升泵站。在污水管网适当的地方设置泵站,但是应该尽量减少提升泵站的设置数量,因为污水泵站每年的运行费用很大。设置提升泵站要进行方案比较,既要考虑管网一次性投资,又要考虑以后的运行费用,以确定合适的泵站数量。
（5）管道衔接时尽量采用水面平接的方法。水面平接比管顶平接有时能够减少管道埋深,但是一定要注意避免上游管段中形成回水而造成淤积。
3.6提升泵站的设计
当管道埋深较大时(5m左右时),为了减小下游管道的埋深,需设置提升泵站。提升泵站要能够最大限度的提升污水,也就是说在条件允许的情况下,尽量的将周围污水支管接进泵站。本设计经过方案比较,尽量优化泵站的位置,共设提升泵站3座,做法如下:
（1）采用地下式泵站,设在污水管道所在的马路一侧,上设盖板与地面相平,上面可通行。泵站设两格,前格作为沉泥池,内设格栅、防止杂物堵塞。其前端与上游检查井连通。这样做的优点是:结构简单,不占用地面空间,避免了泵站与街道景致环境的不协调,不影响通行。
（2）提升泵选用潜水泵,省去泵与电机的庞大基础。只需简单的固定基础和支架即可。水泵的开启或关闭采用自动控制,按照上游管段的流量和泵站的有效容积开启或关闭。
4设计经验及体会
设计是工程建设的前提,设计的成败决定整个项目的命运。只有合理的设计,其施工乃至一系列建设才能最终实现。要做到设计合理可行,现场调查是至关重要的环节,只有现场调查才能获得第一手资料,才能设计出切实可行的方案。
（1）污水管网设计要和城市总体发展规划相协调。对于发展较快的城镇来说,外来人口多,用水量增长较快,基础资料不太完备。因此,污水量标准、居住人口密度、土地服务范围等不易确定。如果参数选用不合理,就会影响城市经济的发展。因此,做城市排水设计时,污水设计流量应从多方面预测并要为将来留有发展余地。在小城镇设计中,因各区域的自然条件以及修建情况相差较大,因地制宜在各区域采用不同的排水标准是合理的。
（2）合理的比流量是计算污水设计流量前提。不论是大城市还是小城镇,在污水管网设计时,可以在城市老城区和城市规划区、开发区根据不同的人口密度确定不同的比流量,这样才能更合理的确定各分区的污水量,进而进行合理的管网设计。
（3）排水系统的布置形式,要充分考虑城市的地形地貌,合理地划分排水区域。对于地形平坦、地下水位高的城市来说,采用尽量沿河敷设排水管道是可行的。沿河敷设施工不破坏路面,不影响交通,并且穿越河道次数少,减少工程造价。
（4）选用先进的技术,对于施工和维护都是有利的。比如采用水力条件好的塑料管材,可有效地减小坡度和埋深。而且还可减少施工环节、缩短工时。更重要的是采用柔性接头可以适应沿海地区的软性地基。虽然价格相对较高,但使用寿命长,管壁光滑,有好的抗渗漏指标等优点,总体费用基本持平,工程总造价不会有大的增加,有较好的经济、社会和环境效益。
（5）对于地形平坦、地下水位高的城市来说,减小管道埋深是至关重要的。管道埋深较大时,施工难度加大,对沟槽排水措施、管道地基加固、沟槽回填均要求较高,对已建公用事业管线及道路两侧建筑物影响很大,得投人较大的施工保护费用。
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