淺析市政給排水管網(wǎng)設計

中國市政工程西北設計研究院有限公司 廣東深圳 518000

摘要：城市給排水系統(tǒng)是城市基礎設施的重要組成部分，排水管網(wǎng)設計的合理性是保障城市水資源良性循環(huán)。本文根據(jù)工程案例，對市政排水管線設計重點及優(yōu)化措施進行探討。

關鍵詞：市政給排水；管網(wǎng)；管線設計

一、市政排水管線的設計重點

（一）排澇防洪的設計

對于城市建設工程來說，在規(guī)劃重現(xiàn)期不可有“澇”的概念，只是如何將雨水及時滯蓄或排除的問題。防洪排澇工程可以稱為排內(nèi)洪規(guī)劃和防外洪規(guī)劃，外洪及內(nèi)洪設計的重點在于內(nèi)洪要以排蓄為主，外洪要以防控為主，如如：修建水庫、防洪堤等，確保人民財產(chǎn)的安全。

①排洪的基本措施。在進行排洪時，主要有雨水泵加滯洪區(qū)方案和地面全抬高方案。對于山區(qū)來說，雖然內(nèi)洪產(chǎn)生的比較快，但是退的也比較快，適宜使用全抬高的方案，而不宜設置水泵站。此外，可以在局部位置設置抽排設施。

②排水標準和排洪標準的銜接。城市排水主要是為了對小匯流面積上出現(xiàn)短時間暴雨的排水問題進行解決，一般將控制暴雨的時段設置為5min～120min，利用年超大值法對暴雨樣本進行選擇。考慮到排洪的匯水面積比較大，當前多使用暴雨推力公式對重現(xiàn)期一天的雨量作為基本數(shù)據(jù)，由于使用年最大值法進行暴雨樣本的選擇，所以在規(guī)劃防洪排洪時，要對排水重現(xiàn)期和排洪重現(xiàn)期標準銜接的問題進行考慮。在對城市排洪流域的具體面積和城市重要性進行全面考慮后，對防洪排洪重現(xiàn)期進行確定。重現(xiàn)期的選擇標準和排洪匯水的面積成正比。對于中大型城市，要按照20年一遇以上的標準進行排洪標準的制定。

（二）流速設計和管道連接設計

在布置街道污水管道干管時，是在未完全確定住宅小區(qū)規(guī)劃前進行布置的，此時，排水點的位置是不確定的，在設計時，每間隔一定的距離會將連接管接出，從而使碰水支管和干管更好的銜接起來，連接管之間的距離要按照實際的使用要求進行確定，要防止連接管和其他管線有沖突的情況出現(xiàn)，使用局部斷面增大、調(diào)節(jié)跌水井的方式進行排水管線的設計，在保證過水斷面不會減少，不會對排水造成影響的基礎上，可以使用倒吸虹管。在設計充滿度下，要將污水管道的最小流速控制在0.6m/s，如果起點污水管段的流洞速度無法達到規(guī)定要求時，街道下污水管道應設計的最小坡度為0.003，污水管道的直徑最低為300mm，在管道坡度無法達到以上要求時，可以適當降低，但是要進行必要的防淤措施和清淤措施。

（三）設計處理污水的方法

在對城市污水進行處理時，可以使用分散和集中相互結(jié)合的方式。一直以來，在對污水進行處理時，主要使用集中處理的方法進行處理，這主要是因為污水廠的運營成本比較低，污水處理效率高，可以保證水質(zhì)的處理質(zhì)量。但是，使用這種方法對污水進行處理，隨著時間的變化，各種缺點越來越明顯。主要問題有下面幾個方面：

1）運營過程中，由于提升泵站的數(shù)量多，能耗比較大。

2）管網(wǎng)投資金額比較大，管道直徑越往下游越大，會導致投資增加。

3）不可以就近利用中水。考慮到這些問題，很多污水使用BOT形式進行營建，可以更加容易的對污水進行分散處理。因此，分散處理和集中處理相結(jié)合的污水處理方法將會成為未來主要的發(fā)展方向。

二、設計給水系統(tǒng)時需要注意的方面

（一）優(yōu)化管網(wǎng)

在設計給水管網(wǎng)時，主要是在已經(jīng)確定的線下進行水力參數(shù)和管徑的最佳組合解，在已經(jīng)確定的管線中，要對管網(wǎng)流量進行合理的分配，使用優(yōu)化算法對管道設計管徑進行優(yōu)化，根據(jù)城市的具體情況，對供水區(qū)域進行分布和組合，為了使系統(tǒng)整體運行的費用最低，使用不同壓力范圍進行供水，當前在給排水系統(tǒng)中，主要使用非線性規(guī)劃法、純屬規(guī)劃法、遺傳算法和動態(tài)規(guī)劃法對算法進行優(yōu)化。

在規(guī)劃城市給水系統(tǒng)時，要對水資源的配置進行優(yōu)化，首先將需水量的預測工作做好，對市政用水、村鎮(zhèn)和城市生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、漁業(yè)用水、畜牧業(yè)用水等方面的因素進行考慮，此外，還要對江河流域自身的生態(tài)流量需求進行考慮。在預測工業(yè)用水量時，主要使用萬元工業(yè)產(chǎn)值法和多用用地指標法進行設計，但是因為傳統(tǒng)行業(yè)的設備更新速度不斷提高，信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，使用這些方法會導致預測的工業(yè)用水量結(jié)果偏差比較大，要給予足夠的重視。在未來，區(qū)域供水主要是用來對城鎮(zhèn)居民的生活質(zhì)量進行提升，改良水質(zhì)，對地下水量的開發(fā)進行控制，進行水源的置換，防止進行重復建設，促進供水行業(yè)的集約化發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和管理水平。

（二）設計管線

1）設計人員要將管徑、管道基礎、預埋預留、標高等在設計圖上標注出來，提供盡可能詳細的設計圖。在進行豎向設計時，要保證管線受到外部荷載影響后不會出現(xiàn)壓壞的情況，在冬季管道不會出現(xiàn)凍結(jié)的情況。由于不同管材的承受壓力是不同的，因此要根據(jù)管材的具體情況確定最小覆土。

2）通常使用最近實測1：500的地形圖進行定線，在具體操作時，對于影響不大的管道，可以適當降低其凈距離，比如，規(guī)定給水管和熱水管的水平距離為1.5m，但是如果使用質(zhì)量良好的管材，就可以對這兩根管道的水平距離進行增加。

3）在設計住宅小區(qū)的給水時，要根據(jù)物業(yè)的管理需要，根據(jù)當?shù)氐木唧w施工水平進行設計，對使用產(chǎn)品的性能和原理有一個深入的了解，將相關注意事項明確出來。

4）在工程管線豎向之間有矛盾出現(xiàn)時，盡量使支管避開主干管，不可以將管彎曲，壓力管要避開重力管，管道直徑小的管線要盡量避開管道直徑比較大的管線。在實際的施工過程中，要根據(jù)具體的情況進行確定。

三、案例

（一）案例簡介

某城市的地勢坡度相對平緩，在東部有一條從北向南的河流，將城市分成兩個區(qū)域，一區(qū)污水量排放標準為140L/（人·d），二區(qū)的污水量標準為135L/（人·d）。在城市中有三個工廠，排水管線的設計按照30年一遇的暴雨量進行設計。

（二）排水管線的設計優(yōu)化

本城市排水管線在設計過程中，由于該城市管線鋪設過程中有地方會有沉降情況出現(xiàn)，為了不對管線造成破壞，除了按照常規(guī)的方法進行設計外，還需要對沉降因素進行考慮，現(xiàn)主要對沉降方面的管線優(yōu)化措施進行探討。

（三）在隔堤的上游和下游設置柔性接口

調(diào)查證明，施工場地很容易出現(xiàn)沉降，最大沉降差可能會在250mm左右，所以，當管線從隔堤穿過后，很容易被破口，在這種情況下，需要盡量降低穿過的管道數(shù)量，并做好必要的保護措施。

為了更好的適應不同方向上的差異沉降，在給水消防壓力管道的隔堤的上游和下游設置柔性接口，如圖1所示。此裝置的伸縮量為300mm，在最大破壞情況以外。為了防止因為沉降出現(xiàn)倒流的情況，在首個檢查井處設置300mm的跌水，并在過渡段設置多個短管進行銜接，為了便于清淤，設計使用沉泥井。為了適應建筑物和室外場地的沉降，建筑物出戶管上使用柔性接口。

圖1 穿越隔堤柔性接口典型設計

（四）接口和管材的設計

盡可能使用柔性的管材，設計使用HDPE鋼骨架塑料復合管作為給水管和消防管的管道材料，使用UPVC雙壁波紋管作為排水管材料，所有管材的接口都使用柔性接口，檢查井和管道的接口都要使用多個短管和檢查井進行連接后，才可以和設計規(guī)定長度的管道連接。

結(jié)束語

在市政基礎設施施工的過程中，排水工程是一個主要施工內(nèi)容，對人們的日常生活有直接的影響，由于當前我國大多數(shù)城市的給排水系統(tǒng)設計并不科學，布置給水系統(tǒng)管網(wǎng)時缺乏合理性，或者設計時沒有考慮具體的地質(zhì)環(huán)境情況，導致施工后有比較大的安全隱患存在。因此在施工的過程中，要根據(jù)具體的情況進行分析，對所有可能出現(xiàn)的不良問題進行預測。如此才可以充分將市政排水管線的作用發(fā)揮出來，提高人們的生活環(huán)境。