基于高坪區(qū)闕家鎮(zhèn)生活污水處理工程項(xiàng)目的污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐

鄧科

摘要：隨著新農(nóng)村建設(shè)的不斷推進(jìn)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的生活污水排放和處理成為建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，而這一工作的效果直接決定了鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)水平。本文結(jié)合具體的工程項(xiàng)目，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)開展了比較全面的研究，重點(diǎn)突出了污水排放參數(shù)的確定方法、管道材質(zhì)選型、管線設(shè)計(jì)以及管溝設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：生活污水處理工程;污水管網(wǎng);優(yōu)化設(shè)計(jì)

污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要充分考慮到污水排放需求、雨水排放需求、排水體制、管道直徑、管道材質(zhì)等多方面的因素。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)設(shè)計(jì)污水管網(wǎng)時(shí)要依照當(dāng)?shù)氐牡貏?，充分調(diào)研地質(zhì)水文條件，然后形成高質(zhì)量的方案，在線路規(guī)劃上要盡可能縮短距離。新農(nóng)村建設(shè)的重要內(nèi)容之一就是完善當(dāng)?shù)氐奈鬯幚硐到y(tǒng)，促進(jìn)水資源的循環(huán)利用。

一、研究意義

城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)主要包括了排污井、排污管道以及排污口等設(shè)施，城市中的雨水、污水以及工業(yè)生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的廢水均要借助污水管網(wǎng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)集中處理。高坪區(qū)闕家鎮(zhèn)生活污處理工程在這些基本要求上還進(jìn)一步融入了“五水共治”的管理目標(biāo)，也就是將污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和污水治理、洪澇災(zāi)害防治、居民生活供水、市政節(jié)水等結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)良好的污水管控效果[1]。對市政管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在以下兩個(gè)方面產(chǎn)生積極的意義：一方面，可以促進(jìn)環(huán)境友好型新農(nóng)村建設(shè)。社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容之一就是保護(hù)飲用水源、治理生活污水以及改善生活環(huán)境，污水集中處理對水資源循環(huán)利用和避免環(huán)境污染具有積極的作用;另一方面，對洪澇災(zāi)害防治起到良好的促進(jìn)作用。污水管網(wǎng)系統(tǒng)也是重要的防洪、排澇手段，對農(nóng)村居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全起到良好的保護(hù)作用。

二、污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和要點(diǎn)

（一）充分掌握地形、地貌、水文條件

由于該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是優(yōu)化污水管網(wǎng)系統(tǒng)，因而要對所在地區(qū)的地形地貌特點(diǎn)、水文地質(zhì)條件、污水處理和排放現(xiàn)狀等因素進(jìn)行充分的調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步制定出合理的污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案。高坪區(qū)闞家鎮(zhèn)地勢特點(diǎn)是東部和北部較高，西部和南部較低，村鎮(zhèn)附近存在一條闞家河，并且其地勢位于最低點(diǎn)，該河流在闞家鎮(zhèn)境內(nèi)的長度達(dá)到了4km，地區(qū)年平均降水量為1005mm。全鎮(zhèn)在2019年年末的人口數(shù)量為2.64萬。

（二）選擇合適的排水體制

排水體制決定了雨水和污水在排放時(shí)的關(guān)聯(lián)性，早期的污水排放系統(tǒng)受到工程理念、成本、污水配套處理設(shè)計(jì)不完善等因素的制約，大多采用雨污合流制。這種排水體制的優(yōu)點(diǎn)是建造成本相對低廉，但缺點(diǎn)也很明顯，那就是增加了污水處理的工作量和成本?，F(xiàn)階段普遍采用的排水體制是雨污分流，其設(shè)計(jì)思路是將污水和雨水采用不同的管路系統(tǒng)分離開，通常雨水的污染程度較低，處理難度小，處理成本也更低。而生活污水中則包括了有機(jī)質(zhì)、化學(xué)合成物等，其污染程度和治理難度更大，但是從環(huán)保角度看，雨污分流制的應(yīng)用價(jià)值顯然更加突出，也更加符合現(xiàn)代化的污水處理體制。在高坪區(qū)闕家鎮(zhèn)生活污水處理工程中優(yōu)先采用雨污分流的體制，如果個(gè)別部位難以實(shí)現(xiàn)雨污分流時(shí)，可考慮采用雨污合流制[2]。

（三）影響污水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要因素

第一，需水量。這一參數(shù)對給排水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響，因?yàn)榻o排水管網(wǎng)的使用年限非常久，但城鎮(zhèn)居民的用水習(xí)慣在較長時(shí)間內(nèi)不斷變化，整體而言，居民生活用水量呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢，那么在優(yōu)化管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該具備足夠的前瞻性，根據(jù)歷年的用水?dāng)?shù)據(jù)做出準(zhǔn)確的計(jì)算，形成用水量增長率參數(shù)，然后據(jù)此來計(jì)算出合理的人均日用水量，結(jié)合城鎮(zhèn)發(fā)展的中長期規(guī)劃，計(jì)算出近期和遠(yuǎn)期的日需水量[3]。

第二，污水量。這一參數(shù)受到多方面因素的影響，當(dāng)?shù)氐娜丝谝?guī)模、生活用水指標(biāo)（L /人·日）、生活用水量（萬m3/d）以及總用水量等都會影響到污水量的預(yù)測。并且在預(yù)測污水量時(shí)，還要考慮到遠(yuǎn)期因素，確保污水管網(wǎng)系統(tǒng)具備長期的適應(yīng)性。

第三，雨水量。在雨污分流的排水體制下，污水管網(wǎng)要同時(shí)滿足雨水和污水的排放和處理需求，因而雨水量也是決定其設(shè)計(jì)規(guī)劃效果的重要參數(shù)，并且雨水量和污水量不同，雨水分布非常不均勻，每年的降水量、特定時(shí)期內(nèi)的降水量都在變化，這就要求設(shè)計(jì)者根據(jù)歷年規(guī)律，估算出單位時(shí)間內(nèi)的最大流量。雨水流量計(jì)算按照公式Q來計(jì)算，其中q設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/s·ha），F(xiàn)為匯水面積，為徑流系數(shù)[4]，Q是最終求得的雨水設(shè)計(jì)流量。

三、高坪區(qū)闕家鎮(zhèn)生活污水處理工程管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

（一）設(shè)計(jì)原則

此次污水管網(wǎng)系統(tǒng)是在原有基礎(chǔ)上的優(yōu)化，重點(diǎn)是完善片區(qū)的污水系統(tǒng)，考慮中長期的污水處理需求。管道系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中要盡可能依照當(dāng)?shù)氐牡貏輥磉M(jìn)行，這樣可降低后期施工的難度，并且借助地勢和坡度實(shí)現(xiàn)高效率地排水，管線路徑也可有效縮短[5]。在地質(zhì)勘查階段要充分掌握哪些位置不宜通過，進(jìn)而在設(shè)計(jì)排水線路時(shí)避開這些位置。污水管網(wǎng)系統(tǒng)和周邊的污水處理廠相互連通，污水直接進(jìn)入污水處理廠，接受治理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

（二）基本設(shè)計(jì)參數(shù)

高坪區(qū)闞家鎮(zhèn)生活污水處理工程中涵蓋的污水管總計(jì)5條，其總長度達(dá)到了2349m，項(xiàng)目按照永久性市政工程的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)和建造，規(guī)劃時(shí)考慮遠(yuǎn)期排水需求。此次設(shè)計(jì)中以設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的日平均污水量為依據(jù)，同時(shí)考慮實(shí)時(shí)變化系數(shù)Kz，最終根據(jù)單位面積額定法計(jì)算核心參數(shù)，具體數(shù)值為0.8L/s·ha。此次設(shè)計(jì)覆蓋范圍內(nèi)的人口數(shù)量為550人，計(jì)劃承接1000人以內(nèi)的排水需求?；驹O(shè)計(jì)參數(shù)可參考表1（如表1所示）。

（三）污水管材的選擇

污水管材直接決定了污水管網(wǎng)系統(tǒng)的使用壽命、環(huán)境適用性、可靠性以及建造成本等因素，在設(shè)計(jì)污水管道時(shí)，應(yīng)該綜合對比各種管材的優(yōu)勢和劣勢，充分發(fā)揮出其在性能、成本等各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。常用的污水管材包括鋼筋混凝土管、HDPE管、U-PVC管以及金屬管材等。目前使用最為廣泛的為HDPE管和鋼筋混凝土管。前者的主要優(yōu)點(diǎn)是管材采用高分子聚乙烯材料制備而成，其耐磨性、機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕性、抗沖擊性等都非常優(yōu)異。鋼筋混凝土管的性能取決于澆筑工藝和各類原材料的配比[6]。該工程主要采用鋼筋混凝土污水管材，主要考慮到這種管材的單位造價(jià)相對較低，同時(shí)性能上又滿足工程需求。

（四）污水管線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

該項(xiàng)目的污水管線長度達(dá)到了數(shù)千米，在較長的空間范圍內(nèi)必然存在著不同的地勢、水文地質(zhì)條件以及地下設(shè)施，污水管道由標(biāo)準(zhǔn)長度的單節(jié)管道組合而成，在設(shè)計(jì)過程中要格外關(guān)注每一節(jié)管道的關(guān)鍵參數(shù)，具體包括以下幾個(gè)方面：第一，設(shè)計(jì)地面標(biāo)高。這一參數(shù)是控制管道施工的主要依據(jù)之一，管道埋設(shè)的過程中要以此為參考點(diǎn)，開挖出管溝;第二，埋設(shè)深度。污水管網(wǎng)埋設(shè)在地面之下，并且每一段管道都要為污水的順利排放發(fā)揮作用，一般是借助地勢，使污水在重力作用下完成排放，因而埋設(shè)深度是非常關(guān)鍵的參數(shù);第三，覆土厚度。污水管道上方大多為城鎮(zhèn)交通線路或者生產(chǎn)、生活場所，管道埋設(shè)之后要在其上方覆蓋一層土，起到保護(hù)管道的作用，因此，覆土的厚度是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo);第四，管內(nèi)底標(biāo)高。這一參數(shù)可輔助控制管道的安裝精度，對埋設(shè)深度的控制也具有一定的參考價(jià)值;第五，管道的坡度。在設(shè)計(jì)污水管道時(shí)要盡可能符合地形走勢，也就是順坡布設(shè)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個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù);第六，管徑。污水管道的排水速度直接決定于管徑，根據(jù)排水量需求、建造成本等眾多因素，最終將管徑確定為300mm。具體每一節(jié)管道的參數(shù)如何，要根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定，因?yàn)楣艿啦渴鸬奈恢脤@些參數(shù)都會產(chǎn)生一定的影響，不同的管道存在一定的差異。

（五）管溝設(shè)計(jì)

污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，管溝是重要的輔助性內(nèi)容，雖然管溝不屬于直接的管線設(shè)計(jì)，但是管溝設(shè)計(jì)方案對污水管道的施工、運(yùn)維及管理環(huán)節(jié)都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。此項(xiàng)目采用明挖施工方案。管溝按照從下到上的順序，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括以下方面?；讓訛樵瓲钔?，或者是經(jīng)過回填和密實(shí)的穩(wěn)定土層。在其基底上方直接采用砂石將管道的下半部夯實(shí)到位，管道上半部分使用中砂和粗砂來回填。再上面一層是粒徑不超過40mm的砂礫層。最上面一層，也就是表層，使用原狀土分層回填。以上就是該項(xiàng)目中管溝從上到下的回填方式，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是管底基礎(chǔ)部位?；椎脑O(shè)計(jì)要考慮到地基的承載力特點(diǎn)，當(dāng)fak≥100kPa時(shí)，可在基底上方鋪設(shè)一層厚度為100mm的中粗砂礫層。如果地下水位在基底層以上，可適當(dāng)提高該中粗砂礫層的鋪設(shè)厚度，使其不低于地下水位的高度。如果管道鋪設(shè)位置存在軟土地質(zhì)，那么在設(shè)計(jì)時(shí)要采用優(yōu)質(zhì)的填料將軟土層置換掉。管道有時(shí)候會穿越車行道，當(dāng)其覆土層的厚度不超過0.7m時(shí)，在這種管道線路上要設(shè)置360°混凝土保護(hù)層。

四、結(jié)束語

污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奈鬯欧判枨蟆⒂晁欧判枨蟮群怂愠鋈兆罡吲欧帕?，然后再結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)水文條件，設(shè)計(jì)出污水排放最大流速、最小流速、管徑大小、管道坡度、管道埋深等參數(shù)。并且還要關(guān)注管道的材質(zhì)，確保其使用壽命滿足長期運(yùn)行的需求。

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