市政排水管网设计过程中重难点研究

陈绍贵

（萍乡市规划勘察设计院 江西萍乡 337000）

市政排水管网是污水、雨水收集、传输与排放的重要管道体系，属于城市基础设施，在居民生活与生产建设中具有重要地位。新时期，对市政排水管网进行建设，做好相关设计工作，以提升管道整体性能，降低成本支出，是行业人员关注的焦点。为做好上述工作，需要重点说明排水管网设计的重点与难点问题，并且对其进行控制，确保管道网络的经济效益和社会效益得以最大化实现。

1 市政排水管网设计内容

1.1 排水分区划分

在市政排水工程中，对排水区域进行划分，做好管道敷设是最基本的工作。鉴于此，有关人员需要考虑多地形地貌、城市功能、规划地块、现有管道布局等多种因素，通过对上述因素的综合分析，制定合适的排水分区，使得管道网络设计更加科学合理。

在具体设计环节，有关人员也需要考虑雨水、污水管道的走向，并且考虑远期与近期规划等多项内容，总体设计原则应满足分散出口、就近排水［1］。在排水分区，有关人员需要科学标注每个排水系统的面积，并且对汇水的边缘进行界定，明确管道距离长短/管径与标高等细节要点，以确保设计方案合理，为城市排水管网整体性能的提升奠定基础。

1.2 管材选择

管道工程项目投资较大，其中在总投资额中占有多数比例的是管道材料。目前，在市政管网设计中，经常考虑的材料有HDPE 高密度聚乙烯管、UPVC 加筋管、钢管、钢筋混凝土管。其中，使用最广泛的材料是HDPE聚乙烯，该管道材料具有重量强、安装拆卸便捷与柔韧度良好的特点，并且材料的价格适中。但是，在具体应用中，需要考虑材料的抗冲击力和使用寿命［2］。UPVC 加筋管具有较强的耐腐蚀性，且摩擦系数较低，施工便捷的优势，其成本较低。在市政排工程设计中，为达到理想的标准，有关人员需要科学选择管道材料。

2 市政排水管网设计过程的重点项目

2.1 管道系统设计重点

2.1.1 重点设计内容

管道系统的设计是排水管网设计的重点，在具体设计环节，有关人员需要关注设计流量、管道水力与系统组成，通过对相关设计材料的调查分析，明确以上项目的具体设计规范，并做好设计图纸绘制，以最大限度提升管网系统的服务能力，满足市政污水处理工程提标扩建的最新要求。

2.1.2 设计方案选择

在设计方案的选择上，应作好排水体制的选择，对最优的排水系统方案进行应用，通过技术比较、经济效益评估，构建科学的管道系统。在生活污水设计流量具体工作中，有关人员需要明确居住区生活污水、公共建筑生活污水与企业工业废水等指标［3］。以居住区生活污水流量控制为例，有关人员需要充分考虑居住区生活污水量标准、人口数量、每日最大污水量、日平均污水量等参数，做好污水流量的设计与规范工作。上述参数之间的关系应满足以下表达式：

式中：Q1为居住区生活污水设计流量值，L/s；n表示居住区生活污水量标准，L/（d·人）；N表示设计人口数；Kz表示总变化系数，是最大日、最大时污水量与日平均污水量之间的比值。

2.1.3 最大充满度问题

此外，在市政排水管道的设计中，也需要明确管道最大充满度，通过对相关数据值的控制，预防水量变化带来的冲击。通过对充满度的设计，也能够促进管道通风，对管道的疏通与维护管理产生深远影响。管道充满度可通过有效水深与管径之间的比值表示，如图1所示。

图1 管道充满度设计示意图

当h/D=1 时，表示管道满流；当h/D＜1 时，表示非满流。根据《室外排水设计标准》中的要求，对市政排水系统中的管道充满度进行设计十分关键，是确保管道运行能力提升的关键举措。一般情况下，充满度与管径（D）和暗渠高度（h）有关，二者之间具有正相关性，具体情况如表1所示。

表1 管径或暗渠高度与充满度设计数据参考

2.2 设计流速与排水泵站

2.2.1 流速的设计难点

在市政排水管道设计中，对管道内水流速度与排水泵站的设计十分重要，其是预防管道淤积、提升排水效率的关键举措。实际上，设计流速与污水中所含有的杂质存在密切关系。目前，国外将市政管道的最小流速控制在0.6～0.75m/s。在我国市政工程排水管道系统中，通常将最小设计流速定为0.6m/s。而最大设计流速通常需要考虑管道的具体材质，其中，金属管道的最大流速为10m/s，非金属管道的最大流速为5m/s。

2.2.2 排水泵站设计

排水泵站设计的重点是满足服务要求。水泵机组需要根据设计要求配置，以最大程度提升排水管网运行能力。以下对排水碰撞设计中存在的主要问题进行说明，其中包括泵房流量计算不合理、未能根据实际情况对流量进行合理控制。在设计中，区分污水和雨水泵房。对于污水泵房而言，需要确保进水管的总高、日高流量达标；针对雨水泵站而言，应考虑最大重现期的雨水设计流量，根据相关参数，对泵站总流量进行调整［4］。

在泵站的具体设计中，有关人员也需要做好扬程设计，根据泵站的不同用途，对扬程值进行取舍，同时保证扬程设计满足出水管与集水池设计规范，留有足够的设计水位差，并且考虑管道系统的阻力损失。本次设计中，将市政管道系统的阻力损失控制在0.3～0.5m之间，并且预留了安全水位。

2.2.3 集水池设计要点

排水泵站集水池的容积对排水管网流量产生影响，有关人员需要做好集水池容积的取舍，根据泵站的用途和具体规模，选择合适的集水池。针对雨水泵站与合流泵站的集水池设计而言，需要确保集水池的容积小于泵站内最大雨水泵或合流制水泵30s的出水流量；而对于污泥泵房的集水池而言，有关人员需要根据一次性排入的最大污泥量对集水池进行设计，同时考虑对污泥的抽送能力，以保证集水池设计合理，达到理想的排水要求。在具体设计中，也需要考虑进水管、吸水管的管径，并且对水泵间的位置进行严格要求。集水池设计效果如图3所示。

图3 集水池的设计效果图

2.3 污水管道水力计算

2.3.1 明确变化系数

为进一步提高排水管网的使用性能，应做好管道网的水力计算，明确具体的设计参数。相关的设计参数包括流量、管径与埋深。以工业废水排放设计为例，其中设计难点主要体现在以下方面。

一是常规车间与热力车间的计算人数需要根据最大班组的人数计算，然而，各班组的上班时间存在交叉，需要对交叉时间内，班组上班人数进行统计。倘若不存在各班组之间的交叉问题，则以最大班组的流量作为设计流量。

二是工业废水的日变化系数相对较小，对总流量进行控制的难度较大，并且难以形成标准化的计算与评估方法，使得相关计算工作的开展难度大。当水流量的每日平均变化较小时，则变化系数取1，此时，总变化系数与时变化系数相等。

2.3.2 总流量设计难点

本文提到的排水管道总流量包括设计流量、工业废水设计流量、入渗地下水流量。在污水管道设计中，存在的难点是计算上游流量到本管段的平均流量与集中流量，并且需要利用面积叠加法计算出所有流段的管道流量值［5］。针对工业企业和公建而言，有关人员只需要采用直接相加法便可计算出总流量值。而对于城镇污水排放流量的设计而言，则存在一定难度，具体表现在以下方面：第一，对绿化地块面积进行剔除，明确绿化面积在总体中所占比例；第二，污水管道的日流量计算。在实际设计中，有关人员应充分考虑管道的起点，并且做好平均日流量的统计工作，了解目标管道区段最大时速流量。

2.3.3 管渠系统流量统计

针对管道设计而言，对排水管渠系统中的流量进行控制，做好流量指标监控十分重要，其是提升管道系统设计能力需要重点考虑的因素。雨水管渠是排水系统的重要组成部分，其流量的计算公式如下：

Q=qψA

式中：q为设计暴雨强度，具体取值范围根据管道敷设所在地的暴雨强度公式与重现期而定；ψ为径流系数，该数值与地面土质类型有关，相关人员可根据加权平均法获得该数值；A表示汇水面积，单位为hm²。

在雨水管道设计过程中，遇到的主要难点是流量合理计算。当实际汇水面积较大时，则最远点的雨水与设计断面相遇，此时，设计流量趋向最大化；当降水用时与集水的时间相等时，雨水管道的压力较大，需要排放大量的雨水污水，此时，存在的主要设计难点是保证最远点的雨水、设计断面的集水时间与降水时间一致，为实现这一设计目标，有关人员使用了极限强度法。

此外，在具体设计过程中，有关人员需要保证后面的管道流量超过前面管道流量，以实现对雨水的快速排出，避免发生路面积水。根据《室外排水设计规范》中内容，考虑城市规模、城区分布、人口数量等多项参数，以确保管道系统设计合理，满足市政工程提标扩建要求［6］。随着城市发展规模的增加，对排水管道网络进行设计优化，成为行业有关人员关注的热点话题。鉴于此，在城市排水管网设计中，需要重点做好流量、充满度、流速等参数控制工作，并考虑现有管网与设计管网之间匹配度。

3 结语

综上所述，在市政排水管网的设计中，研究了管道设计的主要内容，说明排水分区设计、管道材料选择的重要意义。在具体研究中，说明了市政排水管网设计的重点与难点，分析了设计方案选择、充满度、流速、排水泵站等相关部分在设计中的价值。通过合理控制流速、作好集水池选择、管理总流量、对管道水力进行控制，以最大限度保证排水管道设计合理性，优化市政排水工程的使用性能。