平原地区排水管网工程设计与特点分析

黄 俊 　 迟 慧 　 窦荣舟

(1.天津市市政工程设计研究院，天津　300392；　2.天津盛大环境检测有限公司，天津　300392)



平原地区排水管网工程设计与特点分析

黄 俊1迟 慧2窦荣舟1

(1.天津市市政工程设计研究院，天津300392；2.天津盛大环境检测有限公司，天津300392)

以天津某开发区排水管网设计为例，从污水管网与雨水管网两个角度，介绍了平原地区排水管网工程设计的方法和步骤，对比分析了雨污水管网设计的特点和差异，以供平原地区排水管网设计参考。

平原地区，排水系统，污水管网，雨水管网

1　项目概况

天津某开发区规划总用地约12 km2，其中可建设用地7.5 km2，可容纳人口规模15万人。本地块主要工程场地属于华北平原东部滨海平原地貌，地面倾斜平缓，海拔高差不大，整个地块北高南低，区域内水系交错，现有水系主要有东部的水库和1条由西北向东南走向的排水河，规划建设3条东西走向的河道将区域内水系连通。

排水工程是城市基础设施建设的主要组成部分之一。按照区域内土地开发规划，本项目排水体制采用雨、污分流制，以保护区域水资源。现结合本地块具体情况及特征，分别阐述本地块污水管网设计和雨水管网设计的方法和步骤。

2　污水管网的设计

2.1污水排水区域的划分

通常影响污水排水系统划分的主要因素有：1)区域地形；2)面积大小；3)近远期开发规划；4)河流等障碍的分布状况；5)管道埋深。对于本地块而言，地块的近远期开发步骤对区域排水规划有较大影响。

本区域地形北高南低，但总体地形较为平坦，规划污水处理厂位于地块南部下端。可依据面积的大小划分排水系统，本区域总排水面积约700 ha。考虑到近、远期地块开发的规划，中部是近期开发的起步区地块，南北两部分远期开发。区域内主要有3条东西走向的河流将区域分为4块，为减少管道穿越河流的次数，以河流为界划分区域。管道埋深原则上不超过7 m。综合考虑，将地块划分为3个污水系统，其中北部污水系统面积约200 ha，主干管长约2 000 m；起步区污水系统面积约400 ha，主干管长约3 000 m；南部污水系统面积约100 ha，主干管长度约2 000 m，见图1。这样划分收水面积虽然是不均衡的，但可以合理的收集整个区域的水量，减少管道埋深。这是由于起步区需近期施工，需单独将这部分水量集中收集。北部面积较小是因为北部是污水管网的起始段，管径较小，坡度较大，管道埋深随管道长度增长很快，干管长度2 000 m左右时，埋深就将近达到7 m，需设置一污水提升泵站。经北部泵站提升后，下游污水主干管管径将增大，坡度放缓，管道埋深增速放缓，此外，由于整个区域地形北高南低，因此，下游干管长度可达到3 000 m，埋深才达到7 m左右，收水面积可以相应增大，并正好将起步区包括其中，解决了近远期地块开发衔接的问题。

2.2污水管道高程控制

污水管道起点处管道覆土应根据小区接入管的流行距离确定，考虑减少与其他管线交叉的机会，起点覆土一般不小于1.5 m。当起点排水面积较大，小区接入管较长，应相应增加起点覆土。污水管道原则上埋深不超过7 m，这样污水工程可按一般的常规设计和施工技术处理即可施作。

图1　污水收水范围示意图　　　　图2　雨水收水范围示意图

2.3设计流量及设计管段的确定

根据天津某开发区给水规划，最高日给水量共计为33 595 m3/d，日变化系数为1.2。生活污水量按给水量的90%计，污水量计算应考虑10%地下水渗入水量，区域面积750 ha，同时参考本地区其他地块排水设计，最终确定本次设计区域的比流量为0.47 L/(s·ha)。

根据比流量进行水力计算，要达到最小设计管径300 mm，一般需要收集20 ha左右面积的水量。因此在确定设计管段时，可以将管长划分的稍长，大约200 m～300 m一段。特别是起始管段，大多为不计算管段，可以直接采用最小设计管径和最小坡度。其余管段根据水力计算书确定管径和坡度。

3　雨水管网的设计

本区域内规划建设多条河流，将各水系连通，并充分利用现有湖泊和绿地，形成生态走廊。因此，在进行雨水管网设计时，应充分利用各水系，在条件允许的情况下，使雨水就近排放入水体。

3.1划分排水系统和管道定线

雨水管网的排水系统划分与污水不同，不同之处在于雨水的排放出路并不唯一，可以将不同系统的雨水就近排入临近水体，系统之间一般相互独立。因此雨水系统一般根据区域内河流等水系的分布情况来划分。另外应尽量使各雨水泵站系统的汇水面积均衡，以控制雨水泵站的规模和埋深。

根据规划，区域主要被3条东西走向的河流划分为4部分，其中第二和第三部分区域面积较小，大约各100 ha，可以考虑将其合并。综合考虑，将地块划分为3部分，其中北部雨水系统面积约230 ha；起步区雨水系统面积约240 ha；南部雨水系统面积约230 ha，见图2。各个雨水系统的水量一般在10 m3/s左右，管道埋深2 m～7 m。

3.2划分设计管段并计算各设计管段的汇水面积

各设计管段汇水面积的划分应结合地面坡度，汇水面积的大小及雨水管道布置等情况进行。雨水管渠的设计管段的划分应使设计管段范围内的地形变化不大，一般以100 m～200 m左右为一段，如果管段划得过短，则计算工作量增大，管径过小，与实际径流情况差异较大；设计管段划得太长，则设计不经济。管渠沿线汇水面积的划分，要根据实际地形条件而定。当地形平坦时，则根据就近排放的原则，把汇水面积按周围管渠的布置用等分角线划分；当有适宜的地形坡度时，则按雨水汇入低侧的原则划分，按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积。

起始段雨水管道的设计管段和汇水面积划分不同于污水管道。污水管道起始段多为不计算管段，而雨水管道起始段需根据地形状况详细计算。天津市地形较平坦，地面集水时间t1一般取15 min，对应的地面集水距离以不超过120 m～150 m为宜。

3.3确定控制点高程

雨水管线的控制点高程与污水类似，雨水管道起点处管道覆土应根据小区接入管的流行距离确定，并考虑减少与其他管线交叉的机会，起点覆土一般不小于1.2 m。当起点排水面积较大，应相应增加起点覆土。当起始管道只收集道路路面排水时，可以适当减小雨水覆土，一般不小于0.7 m。雨水管道埋深不宜超过7 m。

3.4确定设计参数

径流系数ψ：根据本区域地面覆盖情况、地面坡度、地形面貌、建筑密度及路面铺砌情况，确定本次设计区域内的径流系数为0.4～0.6。道路地面径流系数取0.9。

暴雨重现期P：根据天津市的情况及该地区用地性质，采用暴雨重现期P=2年。

3.5确定管道参数

通过水力计算程序，确定管道的设计流量、管径、坡度、流速和管底标高等参数。

需要注意的是，在平原地区，可以根据技术条件确定一个最大可用管径。根据水力分析可知，在一定的设计流量下，采用较大的管径可以降低坡度要求。工程统计资料表明，对排水管道的造价影响最大的是埋深，相比之下，因管径增加而造成的管材费用较小，特别是对于控制下游管段埋深的管网前端管段，管径增加所增加的材料费对总造价影响很小，而坡度变化对下游管段造价的影响是显著的。故在满足流速要求的情况下，适当扩大管径，不仅可以减小坡度，还能在一定程度上延长雨水的管道流行时间，减小下游管道的设计流量，对于减少管道埋深，缩小泵站的规模都有积极的意义。

4　结语

天津某开发区地块内主要是生活污水，基本无工业污水，因此，合理划分系统和衔接近远期开发步骤是污水管网设计的主要考虑因素。在雨水管网设计过程中，由于区域内河流纵横交错，河流分布对雨水系统的划分有很大影响。雨、污水管网设计步骤和方法总体相似，但也存在许多不同的地方，应该注意区别。另外，由于地形，用地性质等条件的不同，不同片区的排水工程设计也都存在较大差异，本次排水设计主要适用于平原地区排水管网设计。笔者希望通过本文总结能够对今后类似工程设计有所帮助。

[1]GB 50014—2006,室外排水设计规范[S].

[2]孙慧修.排水工程(上册)[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

Analysis on drainage pipe network engineering design and characteristic in plain area

Huang Jun1Chi Hui2Dou Rongzhou1

(1.TianjinMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Tianjin300392,China;2.TianjinShengdaEnvironmentTestingLimitedCompany,Tianjin300392,China)

Taking the drainage pipeline network design of a development zone in Tianjin as an example, from sewage and rainwater pipe network two angles, introduced the method and step of drainage pipe network engineering design in plain area, analyzed and compared the characteristics and differences of rainwater and sewage pipe network design, provided reference for drainage pipe network design in plain area.

plain area, drainage system, sewage pipe network, rainwater pipe network

1009-6825(2016)21-0126-02

2016-05-15

黄俊(1987- )，男，硕士，工程师

TU992

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