基于高坪區闕家鎮生活污水處理工程項目的污水管網優化設計研究與實踐

鄧科

摘要：隨著新農村建設的不斷推進，鄉鎮地區的生活污水排放和處理成為建設的重點內容，而這一工作的效果直接決定了鄉鎮地區的污水管網設計水平。本文結合具體的工程項目，對鄉鎮地區污水管網的優化設計開展了比較全面的研究，重點突出了污水排放參數的確定方法、管道材質選型、管線設計以及管溝設計等內容。

關鍵詞：生活污水處理工程;污水管網;優化設計

污水管網系統的優化設計要充分考慮到污水排放需求、雨水排放需求、排水體制、管道直徑、管道材質等多方面的因素。在鄉鎮地區設計污水管網時要依照當地的地勢，充分調研地質水文條件，然后形成高質量的方案，在線路規劃上要盡可能縮短距離。新農村建設的重要內容之一就是完善當地的污水處理系統，促進水資源的循環利用。

一、研究意義

城市污水管網系統主要包括了排污井、排污管道以及排污口等設施，城市中的雨水、污水以及工業生產活動所產生的廢水均要借助污水管網系統來實現集中處理。高坪區闕家鎮生活污處理工程在這些基本要求上還進一步融入了“五水共治”的管理目標，也就是將污水管網優化設計和污水治理、洪澇災害防治、居民生活供水、市政節水等結合在一起，實現良好的污水管控效果[1]。對市政管網系統進行優化設計，可在以下兩個方面產生積極的意義：一方面，可以促進環境友好型新農村建設。社會主義新農村建設的重點內容之一就是保護飲用水源、治理生活污水以及改善生活環境，污水集中處理對水資源循環利用和避免環境污染具有積極的作用;另一方面，對洪澇災害防治起到良好的促進作用。污水管網系統也是重要的防洪、排澇手段，對農村居民的生命和財產安全起到良好的保護作用。

二、污水管網優化設計方法和要點

（一）充分掌握地形、地貌、水文條件

由于該項目的主要目標是優化污水管網系統，因而要對所在地區的地形地貌特點、水文地質條件、污水處理和排放現狀等因素進行充分的調研，并在此基礎上進一步制定出合理的污水管網設計方案。高坪區闞家鎮地勢特點是東部和北部較高，西部和南部較低，村鎮附近存在一條闞家河，并且其地勢位于最低點，該河流在闞家鎮境內的長度達到了4km，地區年平均降水量為1005mm。全鎮在2019年年末的人口數量為2.64萬。

（二）選擇合適的排水體制

排水體制決定了雨水和污水在排放時的關聯性，早期的污水排放系統受到工程理念、成本、污水配套處理設計不完善等因素的制約，大多采用雨污合流制。這種排水體制的優點是建造成本相對低廉，但缺點也很明顯，那就是增加了污水處理的工作量和成本。現階段普遍采用的排水體制是雨污分流，其設計思路是將污水和雨水采用不同的管路系統分離開，通常雨水的污染程度較低，處理難度小，處理成本也更低。而生活污水中則包括了有機質、化學合成物等，其污染程度和治理難度更大，但是從環保角度看，雨污分流制的應用價值顯然更加突出，也更加符合現代化的污水處理體制。在高坪區闕家鎮生活污水處理工程中優先采用雨污分流的體制，如果個別部位難以實現雨污分流時，可考慮采用雨污合流制[2]。

（三）影響污水管網系統設計的主要因素

第一，需水量。這一參數對給排水管網系統的設計產生了非常深遠的影響，因為給排水管網的使用年限非常久，但城鎮居民的用水習慣在較長時間內不斷變化，整體而言，居民生活用水量呈現出逐年升高的趨勢，那么在優化管網系統時應該具備足夠的前瞻性，根據歷年的用水數據做出準確的計算，形成用水量增長率參數，然后據此來計算出合理的人均日用水量，結合城鎮發展的中長期規劃，計算出近期和遠期的日需水量[3]。

第二，污水量。這一參數受到多方面因素的影響，當地的人口規模、生活用水指標（L /人·日）、生活用水量（萬m3/d）以及總用水量等都會影響到污水量的預測。并且在預測污水量時，還要考慮到遠期因素，確保污水管網系統具備長期的適應性。

第三，雨水量。在雨污分流的排水體制下，污水管網要同時滿足雨水和污水的排放和處理需求，因而雨水量也是決定其設計規劃效果的重要參數，并且雨水量和污水量不同，雨水分布非常不均勻，每年的降水量、特定時期內的降水量都在變化，這就要求設計者根據歷年規律，估算出單位時間內的最大流量。雨水流量計算按照公式Q來計算，其中q設計暴雨強度（L/s·ha），F為匯水面積，為徑流系數[4]，Q是最終求得的雨水設計流量。

三、高坪區闕家鎮生活污水處理工程管網優化設計方案

（一）設計原則

此次污水管網系統是在原有基礎上的優化，重點是完善片區的污水系統，考慮中長期的污水處理需求。管道系統在設計的過程中要盡可能依照當地的地勢來進行，這樣可降低后期施工的難度，并且借助地勢和坡度實現高效率地排水，管線路徑也可有效縮短[5]。在地質勘查階段要充分掌握哪些位置不宜通過，進而在設計排水線路時避開這些位置。污水管網系統和周邊的污水處理廠相互連通，污水直接進入污水處理廠，接受治理，實現循環利用。

（二）基本設計參數

高坪區闞家鎮生活污水處理工程中涵蓋的污水管總計5條，其總長度達到了2349m，項目按照永久性市政工程的標準來設計和建造，規劃時考慮遠期排水需求。此次設計中以設計范圍內的日平均污水量為依據，同時考慮實時變化系數Kz，最終根據單位面積額定法計算核心參數，具體數值為0.8L/s·ha。此次設計覆蓋范圍內的人口數量為550人，計劃承接1000人以內的排水需求。基本設計參數可參考表1（如表1所示）。

（三）污水管材的選擇

污水管材直接決定了污水管網系統的使用壽命、環境適用性、可靠性以及建造成本等因素，在設計污水管道時，應該綜合對比各種管材的優勢和劣勢，充分發揮出其在性能、成本等各個方面的優點。常用的污水管材包括鋼筋混凝土管、HDPE管、U-PVC管以及金屬管材等。目前使用最為廣泛的為HDPE管和鋼筋混凝土管。前者的主要優點是管材采用高分子聚乙烯材料制備而成，其耐磨性、機械強度、抗腐蝕性、抗沖擊性等都非常優異。鋼筋混凝土管的性能取決于澆筑工藝和各類原材料的配比[6]。該工程主要采用鋼筋混凝土污水管材，主要考慮到這種管材的單位造價相對較低，同時性能上又滿足工程需求。

（四）污水管線設計要點

該項目的污水管線長度達到了數千米，在較長的空間范圍內必然存在著不同的地勢、水文地質條件以及地下設施，污水管道由標準長度的單節管道組合而成，在設計過程中要格外關注每一節管道的關鍵參數，具體包括以下幾個方面：第一，設計地面標高。這一參數是控制管道施工的主要依據之一，管道埋設的過程中要以此為參考點，開挖出管溝;第二，埋設深度。污水管網埋設在地面之下，并且每一段管道都要為污水的順利排放發揮作用，一般是借助地勢，使污水在重力作用下完成排放，因而埋設深度是非常關鍵的參數;第三，覆土厚度。污水管道上方大多為城鎮交通線路或者生產、生活場所，管道埋設之后要在其上方覆蓋一層土，起到保護管道的作用，因此，覆土的厚度是一個重要的設計指標;第四，管內底標高。這一參數可輔助控制管道的安裝精度，對埋設深度的控制也具有一定的參考價值;第五，管道的坡度。在設計污水管道時要盡可能符合地形走勢，也就是順坡布設管道，污水在重力的作用在可快速排出，管道的坡度自然也是非常重要的一個設計參數;第六，管徑。污水管道的排水速度直接決定于管徑，根據排水量需求、建造成本等眾多因素，最終將管徑確定為300mm。具體每一節管道的參數如何，要根據施工現場的實際情況來確定，因為管道部署的位置對這些參數都會產生一定的影響，不同的管道存在一定的差異。

（五）管溝設計

污水管網設計中，管溝是重要的輔助性內容，雖然管溝不屬于直接的管線設計，但是管溝設計方案對污水管道的施工、運維及管理環節都產生著深遠的影響。此項目采用明挖施工方案。管溝按照從下到上的順序，其結構特點包括以下方面。基底層為原狀土，或者是經過回填和密實的穩定土層。在其基底上方直接采用砂石將管道的下半部夯實到位，管道上半部分使用中砂和粗砂來回填。再上面一層是粒徑不超過40mm的砂礫層。最上面一層，也就是表層，使用原狀土分層回填。以上就是該項目中管溝從上到下的回填方式，設計的重點是管底基礎部位。基底的設計要考慮到地基的承載力特點，當fak≥100kPa時，可在基底上方鋪設一層厚度為100mm的中粗砂礫層。如果地下水位在基底層以上，可適當提高該中粗砂礫層的鋪設厚度，使其不低于地下水位的高度。如果管道鋪設位置存在軟土地質，那么在設計時要采用優質的填料將軟土層置換掉。管道有時候會穿越車行道，當其覆土層的厚度不超過0.7m時，在這種管道線路上要設置360°混凝土保護層。

四、結束語

污水管網系統的優化設計要根據當地的污水排放需求、雨水排放需求等核算出日最高排放量，然后再結合當地的地質水文條件，設計出污水排放最大流速、最小流速、管徑大小、管道坡度、管道埋深等參數。并且還要關注管道的材質，確保其使用壽命滿足長期運行的需求。

參考文獻：

[1]孔德英.淺談東莞清溪鎮污水管網優化設計[J].中國資源綜合利用，2018，36（05）：33-35.

[2]陳月，楊杰.市政排水管網改造優化設計研究[J].城市建設理論研究：電子版，2014（35）：14-15.

[3]曾添，李長雪.城市污水管網的優化設計探討[J].建筑與裝飾，2019（11）：2.

[4]劉偉利.污水處理系統污水主干管及泵站的優化設計[J].黑龍江科學，2020，11（06）：92-93.

[5]王丹.污水處理工藝流程優化設計研究[J].工業，2014（12）：23.

[6]靳曉雷，陳玲芬.污水廠處理工藝及管理系統的設計與優化[J].商品與質量，2016（52）：185.