鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)常見問題分析

曾文玉

（廣州市市政集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

我國在邁向城鎮(zhèn)化的同時(shí)，增加了鄉(xiāng)鎮(zhèn)的用地壓力和用水壓力，城市污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)需要結(jié)合實(shí)際情況，做好鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的科學(xué)設(shè)計(jì)，以確保鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理效率。但就目前而言，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)仍存在問題，包括管道污水量設(shè)計(jì)與實(shí)際不符合、管材選取缺乏可靠性等，各類問題產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)科學(xué)性，無端增加后期的維護(hù)費(fèi)用。因此，研究此項(xiàng)課題，具有十分重要的意義。

1 案例項(xiàng)目

1.1 項(xiàng)目概況

新橋鎮(zhèn)位于肇慶市高要城區(qū)西南部，東接蓮塘鎮(zhèn)，南鄰活道鎮(zhèn)，西連白諸鎮(zhèn)，北與南岸街道毗鄰。距高要市城區(qū)8km。轄10 個(gè)行政村和2 個(gè)社區(qū)，下設(shè)136 個(gè)村民小組，63 條自然村。

新橋鎮(zhèn)各村現(xiàn)狀排水體系不完善，大部分地區(qū)沒有修建排水管網(wǎng)，鎮(zhèn)中心區(qū)部分己建的合流制管網(wǎng)，埋設(shè)不規(guī)范，在道路埋設(shè)隨意性大。結(jié)合地形和周邊環(huán)境情況考慮，進(jìn)一步完善該地區(qū)內(nèi)的排水系統(tǒng)，調(diào)查清楚工程范圍內(nèi)的排水現(xiàn)狀，結(jié)合實(shí)際提出經(jīng)濟(jì)可行的排水方案，充分利用地形，盡可能采用重力流，減少提升，雨水就近排入水體，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)近期結(jié)合考慮，避免增加日后建設(shè)的困難程度。

新橋鎮(zhèn)區(qū)常住人口數(shù)量在1.5 萬人左右，自然增長人口數(shù)為60 人/年。綜合生活用水定額為210L/（人·d），最高日用水量為0.93 萬m3/d。設(shè)計(jì)人員根據(jù)生活污水量的變化，結(jié)合現(xiàn)狀地形及管網(wǎng)充滿度確定管徑及對應(yīng)坡度。管徑及坡度設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 污水管網(wǎng)管徑及坡度設(shè)計(jì)

在污水管道設(shè)計(jì)中，根據(jù)管道輸水時(shí)的滿流以及不滿流狀態(tài)，依據(jù)相關(guān)文件要求確定充滿度指標(biāo)，以確保污水管網(wǎng)的質(zhì)量能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其中管徑為200~300mm 的管網(wǎng)設(shè)計(jì)充滿度指標(biāo)為0.55，管徑為350~450mm 的充滿度指標(biāo)為0.65，超過1000mm 的管徑則應(yīng)滿足0.75 的充滿度指標(biāo)。本項(xiàng)目開挖段采用中空壁纏繞結(jié)構(gòu)管（HDPE），牽引段采用PE 管，過河管、壓力管采用PE 管。掛管采用鋼管，埋地支管則使用DN100~200mm 的UPVC 管道。

1.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水排放現(xiàn)狀

新橋鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)目前所采用的污水排放系統(tǒng)為雨污合流管道，排水主要靠暗渠自排，地面硬底化導(dǎo)致滲水率降低，雨季排水不暢，局部出現(xiàn)內(nèi)澇。在2007—2020 年的發(fā)展規(guī)劃中，該地區(qū)未能嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合用水的水量需求預(yù)測較大，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)的外出人口較多，用水指標(biāo)比較低。且由于現(xiàn)狀排污管網(wǎng)不完善，生活污水排放沒有得到控制，部分未經(jīng)處理直接排入新興江等自然水體，對水體的污染以及對周邊環(huán)境造成的不良影響漸增，使得鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理效果較差，出現(xiàn)黑臭河涌的情況。因此，為解決污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的遺留性問題，避免常見問題的發(fā)生，依據(jù)相關(guān)文件及指標(biāo)，開展鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的綜合設(shè)計(jì)工作尤為重要[1]。

2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)問題

2.1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)系統(tǒng)缺乏合理規(guī)劃

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)系統(tǒng)缺乏控制性詳細(xì)規(guī)劃與專項(xiàng)規(guī)劃，導(dǎo)致整個(gè)片區(qū)污水管道在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不全面。例如，在污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，是否需要考慮周邊污水的接入，納污范圍內(nèi)是否只考慮生活用水，鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口遠(yuǎn)期增長是否會按照增長率增長；具體表現(xiàn)為管徑選擇不合理，管長預(yù)留無法滿足遠(yuǎn)期收水需要，管道出現(xiàn)回路等問題。此外，控規(guī)與專規(guī)的缺失導(dǎo)致污水管網(wǎng)中的分支管道過多，管線接駁也比較雜亂，管網(wǎng)復(fù)雜程度增加，后期的維護(hù)、運(yùn)營費(fèi)用增加，同時(shí)，布局混亂和管道長度過長會增加管網(wǎng)的輸送能力，從而出現(xiàn)排水不暢、堵塞等問題。管道布局不合理和分支管道過多也會增加管網(wǎng)的維護(hù)及運(yùn)營成本[2]。

2.2 污水量設(shè)計(jì)不合理

污水量設(shè)計(jì)不合理主要表現(xiàn)為污水量指標(biāo)選擇與實(shí)際情況不符。設(shè)計(jì)的污水量超過實(shí)際需求，導(dǎo)致投資浪費(fèi)和運(yùn)營成本增加。而設(shè)計(jì)的污水量無法滿足實(shí)際需求，則會導(dǎo)致污水管道排水不暢、堵塞等問題產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員未進(jìn)行充分調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，無法準(zhǔn)確估計(jì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水產(chǎn)生量。設(shè)計(jì)時(shí)只考慮當(dāng)前的污水產(chǎn)生情況，未來的人口增長和城鎮(zhèn)發(fā)展導(dǎo)致設(shè)計(jì)不符合實(shí)際需求。

2.3 管材選取可靠性

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中管材選取是否可靠主要表現(xiàn)在3 個(gè)方面。①選用的管材已隨著時(shí)代的發(fā)展而逐步淘汰，被淘汰的產(chǎn)品其質(zhì)量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，存在無法彌補(bǔ)的缺陷。②選用的管材對于污水中的腐蝕性物質(zhì)不具備足夠的耐腐蝕性能。③選用的管材在所處鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒有存貨，需要從特定地方購買，導(dǎo)致管道經(jīng)濟(jì)性與可靠性下降。設(shè)計(jì)人員未對鄉(xiāng)鎮(zhèn)的環(huán)境條件、土壤特性、污水特性等進(jìn)行充分調(diào)研和評估。同時(shí)，施工時(shí)為了節(jié)約成本，選用了質(zhì)量不過關(guān)的管材，忽視了長期使用的可靠性。質(zhì)量不過關(guān)的管材容易發(fā)生泄漏和破裂，導(dǎo)致污水外泄、環(huán)境污染等問題。此外，管道泄漏和破裂需要進(jìn)行維修和更換，增加了后期運(yùn)營維護(hù)成本。設(shè)計(jì)人員選用的管材對污水中的腐蝕性物質(zhì)不具備足夠的耐腐蝕性能，可能導(dǎo)致管道腐蝕、破損，進(jìn)而對環(huán)境造成污染[3]。

2.4 管網(wǎng)埋深經(jīng)濟(jì)性

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中管網(wǎng)埋深經(jīng)濟(jì)性問題主要表現(xiàn)在埋深過深和過淺兩個(gè)方面，管道埋深不足，容易受到地面壓力和外力破壞。管道埋深過深，增加了施工難度和成本。造成此問題的主要原因是設(shè)計(jì)人員未對鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地形地貌進(jìn)行詳細(xì)研究，導(dǎo)致埋深選取不合理。在設(shè)計(jì)過程中，未充分考慮管道埋深對工程造價(jià)的影響。因此，在管道埋深設(shè)計(jì)中，如果管道埋深不足，容易受到地面車輛、施工機(jī)械等外力的破壞，同時(shí)也會使周邊房屋污水無法排入主管，導(dǎo)致管道損壞和浪費(fèi)。如果管道埋深過深，會使施工難度增加，施工時(shí)除了需要更多的人力和機(jī)械設(shè)備，增加了工程造價(jià)，還增加了一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。

3 解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)問題的有效措施

3.1 規(guī)劃與現(xiàn)狀相結(jié)合

為解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)系統(tǒng)缺乏合理規(guī)劃的問題，需要進(jìn)行充分調(diào)研和規(guī)劃，考慮地理?xiàng)l件、人口發(fā)展趨勢、管道布局等因素，借助專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)，確保設(shè)計(jì)符合實(shí)際需求，并降低管網(wǎng)的維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)。例如，在本案例中，在污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)解決的是支管問題和污水截留問題，結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)目前的污水管網(wǎng)實(shí)際現(xiàn)狀，應(yīng)做好污水管網(wǎng)的綜合規(guī)劃工作。依據(jù)城鎮(zhèn)對未來人口的規(guī)劃，確定生活污水的總變化系數(shù)，日流量在5L/s 以內(nèi)時(shí)，總變化系數(shù)為2.7；日流量不小于1000L/s 時(shí)，總變化系數(shù)為1.5；在設(shè)計(jì)方案中結(jié)合實(shí)際情況確定具體的施工方法及施工程序，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通量大，重要路段內(nèi)使用頂管施工，該施工方案可以避免對現(xiàn)有城市規(guī)劃的影響，且不會干擾到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交通以及居民的生活。在綜合規(guī)劃上，對于深度在3m 以內(nèi)的管網(wǎng)布設(shè)，采用臨時(shí)支護(hù)以及放坡開挖的施工方案，深度在4.5m 以內(nèi)，則使用6m 鋼板樁支護(hù)，深度在5.5m 以內(nèi)，則使用9m 鋼板樁支護(hù)施工。在結(jié)合現(xiàn)狀規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，為解決排污口截留回收問題，采取不同的措施。

在規(guī)劃完主管網(wǎng)后，需要對整個(gè)項(xiàng)目的污染源進(jìn)行排查，避免錯(cuò)接漏接。設(shè)計(jì)人員針對目前管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的問題，為做好綜合規(guī)劃，采用封堵接駁口、改接至污水管或者雨水管的方法，解決規(guī)劃難題[4]。

3.2 制定準(zhǔn)確的污水量指標(biāo)

在管道流量參數(shù)設(shè)計(jì)中，為解決污水量設(shè)計(jì)不合理的問題，需要結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況對污水量指標(biāo)進(jìn)行取值，考慮未來的人口增長和城鎮(zhèn)發(fā)展趨勢。可以借助歷史數(shù)據(jù)、人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)規(guī)劃等信息加以分析，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保設(shè)計(jì)的污水量符合實(shí)際需求。同時(shí)，還應(yīng)考慮靈活性和可擴(kuò)展性，以便在未來需求變化時(shí)調(diào)整和擴(kuò)展。在污水量計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)總變化系數(shù)以及匯水面積、污水面積參數(shù)計(jì)算，同時(shí)確定截留的雨水量。計(jì)算過程需要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，控制鄉(xiāng)鎮(zhèn)初期降水的雨水污染問題，并適當(dāng)提升污水總變化系數(shù)，根據(jù)不同社區(qū)、不同區(qū)域內(nèi)的情況，設(shè)定變化系數(shù)，具體計(jì)算如式（1）所示。

式中：K——污水量；S1——匯水面積比流量；S2——污水面積比流量；U——變化系數(shù)。

具體依據(jù)的變化系數(shù)如表2 所示。

表2 污水總變化系數(shù)

在污水量指標(biāo)計(jì)算過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分調(diào)研和數(shù)據(jù)收集，包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、工業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)、商業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)等。了解鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口數(shù)量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用水特點(diǎn)等情況。分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的產(chǎn)生特征，包括日變化規(guī)律、季節(jié)變化規(guī)律等。考慮到不同時(shí)段和季節(jié)的用水情況，以及特殊活動(dòng)（如節(jié)假日）對污水產(chǎn)生的影響。

3.3 科學(xué)合理選取管材以保證管網(wǎng)質(zhì)量

為解決管材選取可靠性問題，需要對施工環(huán)境及污水特性進(jìn)行評估，選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的高質(zhì)量管材。在選擇管材時(shí)應(yīng)考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤特性、污水特性、腐蝕性物質(zhì)等因素，并采取適當(dāng)?shù)姆栏胧４送猓璞M量選擇通用性管材，避免使用一些需特殊定制的管材，確保管道系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。在選取管材時(shí)，應(yīng)注重長期使用的可靠性，而不僅僅是降低成本。在具體選取管材時(shí)，需要綜合考慮耐腐蝕性原則和強(qiáng)度剛度原則，選擇具有良好耐腐蝕性能的管材，能夠抵御污水中的化學(xué)物質(zhì)和腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，延長管道使用壽命。選擇具有足夠強(qiáng)度和剛度的管材，能夠承受土壤和地面的負(fù)荷，以及管道內(nèi)部的壓力和沖擊力。常見的污水管材包括塑料管材（如PVC、HDPE）、鑄鐵管、鋼管等，不同材質(zhì)的管材適用于不同的環(huán)境和要求。例如，管網(wǎng)設(shè)計(jì)中所使用的主要材料為HDPE 管，運(yùn)輸方便，施工簡單，對基礎(chǔ)的要求比較低，在較淺埋深中即可施工。HDPE 管材相對于傳統(tǒng)的金屬管材來說較輕，易于搬運(yùn)和安裝。同時(shí)，它具有較好的柔韌性和可塑性，適應(yīng)各種彎曲和復(fù)雜布置的需求。而且，HDPE 管材是一種可回收的材料，具有較低的環(huán)境影響。其生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

3.4 結(jié)合地形確定埋深

為解決管網(wǎng)埋深經(jīng)濟(jì)性問題，需要做充分地質(zhì)調(diào)查和評估，了解鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地質(zhì)條件、土壤穩(wěn)定性等因素。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮工程造價(jià)和管道穩(wěn)定性，選擇合理的管道埋深。對于埋深過淺的情況，可以采取增加管道保護(hù)措施、加固地基等方式提高管道的穩(wěn)定性。對于埋深過深的情況，可以通過優(yōu)化施工方案、選擇適當(dāng)?shù)氖┕C(jī)械等方式降低施工難度和成本。同時(shí)，還應(yīng)考慮未來維護(hù)和修復(fù)的便利性，以減少后期維護(hù)成本。在具體設(shè)計(jì)中，根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地形起伏情況，確定管道的埋深。在坡地區(qū)域，需要根據(jù)地勢高低，完成合理的埋深設(shè)計(jì)，以確保管道的穩(wěn)定和排水效果。不同土壤類型具有不同的承載能力和穩(wěn)定性。根據(jù)土壤類型，確定合適的管道埋深，以確保管道能夠承受土壤負(fù)荷并保持穩(wěn)定。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮地下已有的設(shè)施，如電纜、水管等，避免與其發(fā)生沖突。根據(jù)地下設(shè)施的位置和要求，確定合適的管道埋深。結(jié)合地形確定埋深，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)所處地區(qū)的地形坡度較小，土壤環(huán)境較好，埋深控制在1.5~3m。合理的埋深不僅可以減少工程量，也可確保管道的穩(wěn)定性、排水效果和施工效率，從而提高污水管網(wǎng)的運(yùn)行效果[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文以某鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)為例，分析了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的常見問題。研究得出以下結(jié)論：①鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)常見問題分為4 種，分別是缺乏系統(tǒng)性的規(guī)劃、管道污水量設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不符、管材選取缺乏可靠性、管網(wǎng)埋深經(jīng)濟(jì)性問題凸顯。②鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀做好管網(wǎng)規(guī)劃工作，強(qiáng)調(diào)污水量指標(biāo)的準(zhǔn)確性，注重管材的選取，并結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果確定埋深，以提高污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。