基于高坪区阙家镇生活污水处理工程项目的污水管网优化设计研究与实践

邓科

摘要：随着新农村建设的不断推进，乡镇地区的生活污水排放和处理成为建设的重点内容，而这一工作的效果直接决定了乡镇地区的污水管网设计水平。本文结合具体的工程项目，对乡镇地区污水管网的优化设计开展了比较全面的研究，重点突出了污水排放参数的确定方法、管道材质选型、管线设计以及管沟设计等内容。

关键词：生活污水处理工程;污水管网;优化设计

污水管网系统的优化设计要充分考虑到污水排放需求、雨水排放需求、排水体制、管道直径、管道材质等多方面的因素。在乡镇地区设计污水管网时要依照当地的地势，充分调研地质水文条件，然后形成高质量的方案，在线路规划上要尽可能缩短距离。新农村建设的重要內容之一就是完善当地的污水处理系统，促进水资源的循环利用。

一、研究意义

城市污水管网系统主要包括了排污井、排污管道以及排污口等设施，城市中的雨水、污水以及工业生产活动所产生的废水均要借助污水管网系统来实现集中处理。高坪区阙家镇生活污处理工程在这些基本要求上还进一步融入了“五水共治”的管理目标，也就是将污水管网优化设计和污水治理、洪涝灾害防治、居民生活供水、市政节水等结合在一起，实现良好的污水管控效果[1]。对市政管网系统进行优化设计，可在以下两个方面产生积极的意义：一方面，可以促进环境友好型新农村建设。社会主义新农村建设的重点内容之一就是保护饮用水源、治理生活污水以及改善生活环境，污水集中处理对水资源循环利用和避免环境污染具有积极的作用;另一方面，对洪涝灾害防治起到良好的促进作用。污水管网系统也是重要的防洪、排涝手段，对农村居民的生命和财产安全起到良好的保护作用。

二、污水管网优化设计方法和要点

（一）充分掌握地形、地貌、水文条件

由于该项目的主要目标是优化污水管网系统，因而要对所在地区的地形地貌特点、水文地质条件、污水处理和排放现状等因素进行充分的调研，并在此基础上进一步制定出合理的污水管网设计方案。高坪区阚家镇地势特点是东部和北部较高，西部和南部较低，村镇附近存在一条阚家河，并且其地势位于最低点，该河流在阚家镇境内的长度达到了4km，地区年平均降水量为1005mm。全镇在2019年年末的人口数量为2.64万。

（二）选择合适的排水体制

排水体制决定了雨水和污水在排放时的关联性，早期的污水排放系统受到工程理念、成本、污水配套处理设计不完善等因素的制约，大多采用雨污合流制。这种排水体制的优点是建造成本相对低廉，但缺点也很明显，那就是增加了污水处理的工作量和成本。现阶段普遍采用的排水体制是雨污分流，其设计思路是将污水和雨水采用不同的管路系统分离开，通常雨水的污染程度较低，处理难度小，处理成本也更低。而生活污水中则包括了有机质、化学合成物等，其污染程度和治理难度更大，但是从环保角度看，雨污分流制的应用价值显然更加突出，也更加符合现代化的污水处理体制。在高坪区阙家镇生活污水处理工程中优先采用雨污分流的体制，如果个别部位难以实现雨污分流时，可考虑采用雨污合流制[2]。

（三）影响污水管网系统设计的主要因素

第一，需水量。这一参数对给排水管网系统的设计产生了非常深远的影响，因为给排水管网的使用年限非常久，但城镇居民的用水习惯在较长时间内不断变化，整体而言，居民生活用水量呈现出逐年升高的趋势，那么在优化管网系统时应该具备足够的前瞻性，根据历年的用水数据做出准确的计算，形成用水量增长率参数，然后据此来计算出合理的人均日用水量，结合城镇发展的中长期规划，计算出近期和远期的日需水量[3]。

第二，污水量。这一参数受到多方面因素的影响，当地的人口规模、生活用水指标（L /人·日）、生活用水量（万m3/d）以及总用水量等都会影响到污水量的预测。并且在预测污水量时，还要考虑到远期因素，确保污水管网系统具备长期的适应性。

第三，雨水量。在雨污分流的排水体制下，污水管网要同时满足雨水和污水的排放和处理需求，因而雨水量也是决定其设计规划效果的重要参数，并且雨水量和污水量不同，雨水分布非常不均匀，每年的降水量、特定时期内的降水量都在变化，这就要求设计者根据历年规律，估算出单位时间内的最大流量。雨水流量计算按照公式Q来计算，其中q设计暴雨强度（L/s·ha），F为汇水面积，为径流系数[4]，Q是最终求得的雨水设计流量。

三、高坪区阙家镇生活污水处理工程管网优化设计方案

（一）设计原则

此次污水管网系统是在原有基础上的优化，重点是完善片区的污水系统，考虑中长期的污水处理需求。管道系统在设计的过程中要尽可能依照当地的地势来进行，这样可降低后期施工的难度，并且借助地势和坡度实现高效率地排水，管线路径也可有效缩短[5]。在地质勘查阶段要充分掌握哪些位置不宜通过，进而在设计排水线路时避开这些位置。污水管网系统和周边的污水处理厂相互连通，污水直接进入污水处理厂，接受治理，实现循环利用。

（二）基本设计参数

高坪区阚家镇生活污水处理工程中涵盖的污水管总计5条，其总长度达到了2349m，项目按照永久性市政工程的标准来设计和建造，规划时考虑远期排水需求。此次设计中以设计范围内的日平均污水量为依据，同时考虑实时变化系数Kz，最终根据单位面积额定法计算核心参数，具体数值为0.8L/s·ha。此次设计覆盖范围内的人口数量为550人，计划承接1000人以内的排水需求。基本设计参数可参考表1（如表1所示）。

（三）污水管材的选择

污水管材直接决定了污水管网系统的使用寿命、环境适用性、可靠性以及建造成本等因素，在设计污水管道时，应该综合对比各种管材的优势和劣势，充分发挥出其在性能、成本等各个方面的优点。常用的污水管材包括钢筋混凝土管、HDPE管、U-PVC管以及金属管材等。目前使用最为广泛的为HDPE管和钢筋混凝土管。前者的主要优点是管材采用高分子聚乙烯材料制备而成，其耐磨性、机械强度、抗腐蚀性、抗冲击性等都非常优异。钢筋混凝土管的性能取决于浇筑工艺和各类原材料的配比[6]。该工程主要采用钢筋混凝土污水管材，主要考虑到这种管材的单位造价相对较低，同时性能上又满足工程需求。

（四）污水管线设计要点

该项目的污水管线长度达到了数千米，在较长的空间范围内必然存在着不同的地势、水文地质条件以及地下设施，污水管道由标准长度的单节管道组合而成，在设计过程中要格外关注每一节管道的关键参数，具体包括以下几个方面：第一，设计地面标高。这一参数是控制管道施工的主要依据之一，管道埋设的过程中要以此为参考点，开挖出管沟;第二，埋设深度。污水管网埋设在地面之下，并且每一段管道都要为污水的顺利排放发挥作用，一般是借助地势，使污水在重力作用下完成排放，因而埋设深度是非常关键的参数;第三，覆土厚度。污水管道上方大多为城镇交通线路或者生产、生活场所，管道埋设之后要在其上方覆盖一层土，起到保护管道的作用，因此，覆土的厚度是一个重要的设计指标;第四，管内底标高。这一参数可辅助控制管道的安装精度，对埋设深度的控制也具有一定的参考价值;第五，管道的坡度。在设计污水管道时要尽可能符合地形走势，也就是顺坡布设管道，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个设计参数;第六，管径。污水管道的排水速度直接决定于管径，根据排水量需求、建造成本等众多因素，最终将管径确定为300mm。具体每一节管道的参数如何，要根据施工现场的实际情况来确定，因为管道部署的位置对这些参数都会产生一定的影响，不同的管道存在一定的差异。

（五）管沟设计

污水管网设计中，管沟是重要的辅助性内容，虽然管沟不属于直接的管线设计，但是管沟设计方案对污水管道的施工、运维及管理环节都产生着深远的影响。此项目采用明挖施工方案。管沟按照从下到上的顺序，其结构特点包括以下方面。基底层为原状土，或者是经过回填和密实的稳定土层。在其基底上方直接采用砂石將管道的下半部夯实到位，管道上半部分使用中砂和粗砂来回填。再上面一层是粒径不超过40mm的砂砾层。最上面一层，也就是表层，使用原状土分层回填。以上就是该项目中管沟从上到下的回填方式，设计的重点是管底基础部位。基底的设计要考虑到地基的承载力特点，当fak≥100kPa时，可在基底上方铺设一层厚度为100mm的中粗砂砾层。如果地下水位在基底层以上，可适当提高该中粗砂砾层的铺设厚度，使其不低于地下水位的高度。如果管道铺设位置存在软土地质，那么在设计时要采用优质的填料将软土层置换掉。管道有时候会穿越车行道，当其覆土层的厚度不超过0.7m时，在这种管道线路上要设置360°混凝土保护层。

四、结束语

污水管网系统的优化设计要根据当地的污水排放需求、雨水排放需求等核算出日最高排放量，然后再结合当地的地质水文条件，设计出污水排放最大流速、最小流速、管径大小、管道坡度、管道埋深等参数。并且还要关注管道的材质，确保其使用寿命满足长期运行的需求。

参考文献：

[1]孔德英.浅谈东莞清溪镇污水管网优化设计[J].中国资源综合利用，2018，36（05）：33-35.

[2]陈月，杨杰.市政排水管网改造优化设计研究[J].城市建设理论研究：电子版，2014（35）：14-15.

[3]曾添，李长雪.城市污水管网的优化设计探讨[J].建筑与装饰，2019（11）：2.

[4]刘伟利.污水处理系统污水主干管及泵站的优化设计[J].黑龙江科学，2020，11（06）：92-93.

[5]王丹.污水处理工艺流程优化设计研究[J].工业，2014（12）：23.

[6]靳晓雷，陈玲芬.污水厂处理工艺及管理系统的设计与优化[J].商品与质量，2016（52）：185.