水利論文發(fā)表期刊推薦北大核心級(jí)期刊《人民長(zhǎng)江》，《人民長(zhǎng)江》于1955年創(chuàng)刊，是水利部主管，水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)主辦的水利水電技術(shù)綜合性科技期刊。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN：42-1202/TV；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)ISSN：1001-4179。

　　主要內(nèi)容為宣傳長(zhǎng)江治理與開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃，報(bào)道治江工作重大進(jìn)展與建設(shè)成就，總結(jié)水資源保護(hù)與開發(fā)利用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，交流國(guó)內(nèi)外水利水電先進(jìn)技術(shù)。近 年來(lái)，按照科學(xué)發(fā)展觀的要求，圍繞“維護(hù)健康長(zhǎng)江、促進(jìn)人水和諧”的治江理念，重點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)江流域的水資源保護(hù)與開發(fā)利用進(jìn)行了宣傳報(bào)道。

　　
摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,環(huán)境保護(hù)和人民的身體健康息息相關(guān),城市污水處理廠及配套的污水管網(wǎng)建設(shè)也越來(lái)越引起人們的重視,本文通過河南某城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)分析,提出在設(shè)計(jì)過程中一些關(guān)鍵問題的處理。

　　關(guān)鍵詞:污水管網(wǎng),管網(wǎng)設(shè)計(jì),管道埋深

　　引言

　　城市污水處理系統(tǒng)是城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一,其發(fā)展水平直接影響到城市廣大居民的身體健康和生活質(zhì)量的改善,對(duì)城市投資環(huán)境的改善和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。河南某城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)總體上起步較晚,發(fā)展水平較低,且受城市地形地質(zhì)條件、規(guī)劃布局及新建、改建等諸多因素影響,許多縣城的污水管網(wǎng)建設(shè)滯后于污水處理廠建設(shè),造成污水處理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。現(xiàn)結(jié)合筆者在一些城市污水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)中的一些問題,供設(shè)計(jì)研究參考。

　　一、工程概況

　　河南某城鎮(zhèn)地勢(shì)較平坦,地下水位高,屬于中小城鎮(zhèn),污水與大中城市污水相比具有水量小,水質(zhì)水量不穩(wěn)定,工業(yè)廢水含量高,沖擊負(fù)荷大等特點(diǎn)。目前城區(qū)人口10萬(wàn),生活污水量0.72萬(wàn)m3/d,工業(yè)廢水量1.20萬(wàn)m3/d,總污水量約1.92萬(wàn)m3/d。城區(qū)重點(diǎn)工業(yè)污染源主要有石化公司(煉油廢水)、植物蛋白公司、紡織公司、化肥廠等。

　　排水體制確定為雨污分流制。污水管網(wǎng)工程覆蓋整個(gè)城區(qū),收集全部生活污水進(jìn)人污水處理廠處理,同時(shí)要求各工業(yè)企業(yè)的工業(yè)廢水應(yīng)達(dá)到污水排人城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廢水,須單獨(dú)進(jìn)行預(yù)處理,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可排入城市污水管道。污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)采用一次設(shè)計(jì),分期分階段實(shí)施的方案。項(xiàng)目一期工程主干管總長(zhǎng)約24km,投資2100萬(wàn)元,中途提升泵站3座,管線中途穿越河流2次,管網(wǎng)設(shè)計(jì)總排污量(高日高時(shí))為5萬(wàn)m3/d。

　　2設(shè)計(jì)中遇到的問題

　　2.1排水體制

　　現(xiàn)狀排水為合流制排水體制,污水量由于區(qū)排水系統(tǒng)不完善,尚無(wú)一座污水處理廠。現(xiàn)有各類排水管線39km,排水系統(tǒng)大部分為暗溝和明渠相結(jié)合的合流制管渠。排水管道的建設(shè)期較早,經(jīng)過多年的使用,現(xiàn)狀城鎮(zhèn)排水設(shè)施由于淤積、不均勻沉降等原因,部分已失去使用功能;每到雨季則出現(xiàn)路面積水、排水檢查井返水等現(xiàn)象。大量生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排入干凈的河水里,排水系統(tǒng)的落后既對(duì)城市環(huán)境造成一定危害,又對(duì)兩岸地下水源造成污染。廣東臨近靠海，工業(yè)廢水及生活污水的排放量日益增大,污水未經(jīng)處理直接排入水體,成為臨海的一個(gè)重要地區(qū)污染城鎮(zhèn)。

　　管網(wǎng)設(shè)計(jì)中涉及到原有排水系統(tǒng),如何充分利用原有排水系統(tǒng)是本次設(shè)計(jì)所要考慮的首要問題。

　　2.2污水設(shè)計(jì)流量參數(shù)難確定

　　城市污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量是根據(jù)設(shè)計(jì)期限終期的規(guī)劃人口數(shù)、生活水平和工業(yè)企業(yè)發(fā)展情況確定的,包括生活污水和工業(yè)廢水兩大類,生活污水量預(yù)測(cè)由排水人口預(yù)測(cè)值與生活污水量定額的乘積得出,生活污水量定額2020年按照生活用水量定額的85%確定,排水人口預(yù)測(cè)值等于用水人口預(yù)測(cè)值。工業(yè)廢水根據(jù)工業(yè)污水產(chǎn)污率,2020年按用水量的85%確定,其中工業(yè)用水量采用萬(wàn)元產(chǎn)值耗水率法計(jì)算。對(duì)于該鎮(zhèn)來(lái)說(shuō),市鎮(zhèn)的人口分布不明確,工業(yè)企業(yè)分布不集中,每年工業(yè)污水增量不確定,而且很多企業(yè)生活、工業(yè)用水用自備水源,因此很難通過其使用自來(lái)水量來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其排水量。其次由于中小城鎮(zhèn)缺乏許多必備的基礎(chǔ)資料和城市發(fā)展的未知性等因素,故污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量不易準(zhǔn)確確定。

　　2.3水文地質(zhì)條件對(duì)管網(wǎng)埋深的影響

　　通常污水管道投資占污水工程總投資的50%--75%，而構(gòu)成污水管道造價(jià)的挖填溝槽、溝槽支撐、濕土排水、管道基礎(chǔ)、管道敷設(shè)等各部分的比重,與管道的埋深及開槽支撐方式有很大關(guān)系。該城鎮(zhèn)地勢(shì)較平坦,地下水位很高,城區(qū)地面絕對(duì)標(biāo)高均在5.6～8m之間,地下常水位標(biāo)高也在3.5～5m之間,開挖至2m就有地下水涌現(xiàn)。管道埋深在5m以上時(shí),施工難度和工程造價(jià)會(huì)急劇加大。所以,合理地減小污水管道的設(shè)計(jì)坡度,減小整個(gè)城市的污水管網(wǎng)埋深,對(duì)降低整個(gè)城市排水系統(tǒng)造價(jià)意義重大。

　　2.4地下水水質(zhì)對(duì)管材的影響

　　該城鎮(zhèn)地下水含鹽量較高。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管由于具有抵抗酸、堿侵蝕及抗?jié)B性能較差、管節(jié)短、接頭多、施工復(fù)雜等缺點(diǎn),在本設(shè)計(jì)中不宜采用。應(yīng)采用耐腐蝕、耐老化、造價(jià)低,并且施工管理方便的管材。

　　3設(shè)計(jì)中的具體措施

　　3.1完全分流排水

　　結(jié)合原有排水系統(tǒng)以及當(dāng)?shù)貙?shí)際情況;經(jīng)綜合考慮,城區(qū)排水體制采用雨污完全分流制。

　　根據(jù)城區(qū)地形的特點(diǎn),城區(qū)雨水系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的排水管道并加以完善,用于雨水排入,設(shè)計(jì)本著快速便捷的原則,采取多出口分散排入的方法,盡量縮短管線長(zhǎng)度,就近排入附近河道。

　　本次設(shè)計(jì)只考慮污水排水系統(tǒng),污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)采用一次設(shè)計(jì),分期分階段實(shí)施的方案。

　　3.2污水管網(wǎng)總平面布置

　　正確的管網(wǎng)定線是合理的、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)污水管道系統(tǒng)的先決條件,定線應(yīng)遵循的主要原則是:應(yīng)盡可能地在管線較短和埋深較小的情況下,讓最大區(qū)域的污水能自流排出。根據(jù)此原則進(jìn)行污水管網(wǎng)總平面布置，生活污水和工業(yè)廢水混合后輸入污水處理廠。

　　（1）整個(gè)城區(qū)有兩個(gè)河流穿越,為了減少管道過河,降低工程造價(jià),以河流分區(qū)作為一個(gè)重要的原則,將整個(gè)城區(qū)分為三個(gè)大的排水區(qū)域,分別設(shè)三條主干管收集三個(gè)排水區(qū)域的污水。

　　(2)盡量增加上游管段的流量,增大初始管段管徑,從而能夠減小后續(xù)管網(wǎng)的埋深。管徑300mm的管道最小設(shè)計(jì)坡度為3‰,管徑300mm的管道對(duì)整個(gè)管網(wǎng)埋深影響很大,相對(duì)合理地減少300mm管徑的污水管可有效減小整個(gè)污水管網(wǎng)的埋深。

　　（3）由于城區(qū)地勢(shì)較平坦,地下水位較為減小埋深,降低施工費(fèi)用,經(jīng)管網(wǎng)水力計(jì)算,在主干管埋深5m左右時(shí),設(shè)置中途提升泵站,本工程共設(shè)3座中途提升泵站。

　　3.3比流量的確定

　　新舊城區(qū)的比流量計(jì)算僅考慮綜合生活污水量,工業(yè)污水作為集中大用戶考慮,接人污水管網(wǎng)。

　　根據(jù)污水處理工程可行性研究報(bào)告、污水處理工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告等說(shuō)明書、文本,并通過實(shí)地調(diào)查,該城鎮(zhèn)現(xiàn)狀老城區(qū)與規(guī)劃發(fā)展區(qū)人口密度不一樣。現(xiàn)狀老城區(qū)面積2.75hm2,人口密度200人/hm2,根據(jù)城市總體規(guī)劃,2020年城區(qū)總?cè)丝谶_(dá)20萬(wàn),城區(qū)總面積2000hm2,平均人口密度100人/hm2,即老城區(qū)人口密度不斷下降,而規(guī)劃新城區(qū)人口密度不斷增加。因此老城區(qū)按現(xiàn)狀人口密度計(jì)算比流量,

　　以后人口密度會(huì)有所下降,管道將有富裕量。規(guī)劃新城區(qū)在規(guī)劃年限內(nèi)人口密度會(huì)增加,應(yīng)以遠(yuǎn)期規(guī)劃平均人口密度計(jì)算比流量,現(xiàn)在管道會(huì)有富裕,但是以后利用率會(huì)逐年提高。老城區(qū)污水設(shè)計(jì)流量按現(xiàn)狀綜合生活用水量定額,按照《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ13-86)定為150L/(人·d),則綜合生活污水量定額為150×0.8=120L/(人·d),老城區(qū)比流量為0.278L/(hm2·s)。規(guī)劃新城區(qū)(2020年)綜合居民生活用水量定額定為180L/(人·d),則綜合生活污水量定額為180×0.85=153L/(人·d),規(guī)劃新城區(qū)比流量為0.177L/(hm2·s)。

　　3.4管材的確定

　　根據(jù)水文地質(zhì)條件以及地下水水質(zhì)情況,設(shè)計(jì)采用HDPE中空壁纏繞管。HDPE中空壁纏繞管具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗沖擊、耐老化、適應(yīng)溫度范圍廣、重量輕、連接方便、耐磨性優(yōu)越、水力條件好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)。因此HDPE中空壁纏繞管對(duì)地下水含鹽量高、松砂淤泥土質(zhì)的城區(qū)非常適合。

　　3.5有效地降低管道埋深

　　(1)合理的確定管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點(diǎn)。控制點(diǎn)即管網(wǎng)的最不利點(diǎn),對(duì)主干管埋深起著決定作用。本工程控制點(diǎn)選在距離污水廠最遠(yuǎn)的老城區(qū)西北地勢(shì)最高點(diǎn),控制點(diǎn)埋深考慮管道覆土厚度、對(duì)后續(xù)管網(wǎng)埋深的影響以及街區(qū)污水支管的接入,設(shè)為1.3m。

　　（2）選擇質(zhì)量高、材料新的管材。HDPE中空壁纏繞管具有管壁光滑、水流阻力小、較小的坡度下不易堵塞等優(yōu)點(diǎn),可以有效地降低埋深。其次,其相連接部位加人環(huán)型橡膠圈,管與管為柔性連接,對(duì)地基的不均勻沉降和管道彎曲敷設(shè)的適應(yīng)能力較強(qiáng),同時(shí)也為管道的快速施工創(chuàng)造了條件。

　　（3）結(jié)合遠(yuǎn)景規(guī)劃,部分起始管段管徑適當(dāng)放大,尤其是管徑300～400mm的管段,降低管道敷設(shè)坡度,這樣可以減小整個(gè)污水管網(wǎng)的埋深,減少泵站的設(shè)置數(shù)量。在滿足充滿度和設(shè)計(jì)流速的前提下,增大管徑不易淤積且清通方便,能夠滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。

　　(4)設(shè)置提升泵站。在污水管網(wǎng)適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置泵站,但是應(yīng)該盡量減少提升泵站的設(shè)置數(shù)量,因?yàn)槲鬯�泵站每年的運(yùn)行費(fèi)用很大。設(shè)置提升泵站要進(jìn)行方案比較,既要考慮管網(wǎng)一次性投資,又要考慮以后的運(yùn)行費(fèi)用,以確定合適的泵站數(shù)量。

　　（5）管道銜接時(shí)盡量采用水面平接的方法。水面平接比管頂平接有時(shí)能夠減少管道埋深,但是一定要注意避免上游管段中形成回水而造成淤積。

　　3.6提升泵站的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)管道埋深較大時(shí)(5m左右時(shí)),為了減小下游管道的埋深,需設(shè)置提升泵站。提升泵站要能夠最大限度的提升污水,也就是說(shuō)在條件允許的情況下,盡量的將周圍污水支管接進(jìn)泵站。本設(shè)計(jì)經(jīng)過方案比較,盡量?jī)?yōu)化泵站的位置,共設(shè)提升泵站3座,做法如下:

　　（1）采用地下式泵站,設(shè)在污水管道所在的馬路一側(cè),上設(shè)蓋板與地面相平,上面可通行。泵站設(shè)兩格,前格作為沉泥池,內(nèi)設(shè)格柵、防止雜物堵塞。其前端與上游檢查井連通。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不占用地面空間,避免了泵站與街道景致環(huán)境的不協(xié)調(diào),不影響通行。

　　（2）提升泵選用潛水泵,省去泵與電機(jī)的龐大基礎(chǔ)。只需簡(jiǎn)單的固定基礎(chǔ)和支架即可。水泵的開啟或關(guān)閉采用自動(dòng)控制,按照上游管段的流量和泵站的有效容積開啟或關(guān)閉。

　　4設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)

　　設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的前提,設(shè)計(jì)的成敗決定整個(gè)項(xiàng)目的命運(yùn)。只有合理的設(shè)計(jì),其施工乃至一系列建設(shè)才能最終實(shí)現(xiàn)。要做到設(shè)計(jì)合理可行,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查是至關(guān)重要的環(huán)節(jié),只有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查才能獲得第一手資料,才能設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的方案。

　　（1）污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)要和城市總體發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。對(duì)于發(fā)展較快的城鎮(zhèn)來(lái)說(shuō),外來(lái)人口多,用水量增長(zhǎng)較快,基礎(chǔ)資料不太完備。因此,污水量標(biāo)準(zhǔn)、居住人口密度、土地服務(wù)范圍等不易確定。如果參數(shù)選用不合理,就會(huì)影響城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此,做城市排水設(shè)計(jì)時(shí),污水設(shè)計(jì)流量應(yīng)從多方面預(yù)測(cè)并要為將來(lái)留有發(fā)展余地。在小城鎮(zhèn)設(shè)計(jì)中,因各區(qū)域的自然條件以及修建情況相差較大,因地制宜在各區(qū)域采用不同的排水標(biāo)準(zhǔn)是合理的。

　　（2）合理的比流量是計(jì)算污水設(shè)計(jì)流量前提。不論是大城市還是小城鎮(zhèn),在污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí),可以在城市老城區(qū)和城市規(guī)劃區(qū)、開發(fā)區(qū)根據(jù)不同的人口密度確定不同的比流量,這樣才能更合理的確定各分區(qū)的污水量,進(jìn)而進(jìn)行合理的管網(wǎng)設(shè)計(jì)。

　　（3）排水系統(tǒng)的布置形式,要充分考慮城市的地形地貌,合理地劃分排水區(qū)域。對(duì)于地形平坦、地下水位高的城市來(lái)說(shuō),采用盡量沿河敷設(shè)排水管道是可行的。沿河敷設(shè)施工不破壞路面,不影響交通,并且穿越河道次數(shù)少,減少工程造價(jià)。

　　（4）選用先進(jìn)的技術(shù),對(duì)于施工和維護(hù)都是有利的。比如采用水力條件好的塑料管材,可有效地減小坡度和埋深。而且還可減少施工環(huán)節(jié)、縮短工時(shí)。更重要的是采用柔性接頭可以適應(yīng)沿海地區(qū)的軟性地基。雖然價(jià)格相對(duì)較高,但使用壽命長(zhǎng),管壁光滑,有好的抗?jié)B漏指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn),總體費(fèi)用基本持平,工程總造價(jià)不會(huì)有大的增加,有較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

　　（5）對(duì)于地形平坦、地下水位高的城市來(lái)說(shuō),減小管道埋深是至關(guān)重要的。管道埋深較大時(shí),施工難度加大,對(duì)溝槽排水措施、管道地基加固、溝槽回填均要求較高,對(duì)已建公用事業(yè)管線及道路兩側(cè)建筑物影響很大,得投人較大的施工保護(hù)費(fèi)用。

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