平原地區(qū)排水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與特點(diǎn)分析

黃 俊 　 遲 慧 　 竇榮舟

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津　300392；　2.天津盛大環(huán)境檢測(cè)有限公司，天津　300392)

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平原地區(qū)排水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與特點(diǎn)分析

黃 俊1遲 慧2竇榮舟1

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300392；2.天津盛大環(huán)境檢測(cè)有限公司，天津300392)

以天津某開發(fā)區(qū)排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)為例，從污水管網(wǎng)與雨水管網(wǎng)兩個(gè)角度，介紹了平原地區(qū)排水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)的方法和步驟，對(duì)比分析了雨污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和差異，以供平原地區(qū)排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)參考。

平原地區(qū)，排水系統(tǒng)，污水管網(wǎng)，雨水管網(wǎng)

1　項(xiàng)目概況

天津某開發(fā)區(qū)規(guī)劃總用地約12 km2，其中可建設(shè)用地7.5 km2，可容納人口規(guī)模15萬人。本地塊主要工程場(chǎng)地屬于華北平原東部濱海平原地貌，地面傾斜平緩，海拔高差不大，整個(gè)地塊北高南低，區(qū)域內(nèi)水系交錯(cuò)，現(xiàn)有水系主要有東部的水庫和1條由西北向東南走向的排水河，規(guī)劃建設(shè)3條東西走向的河道將區(qū)域內(nèi)水系連通。

排水工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要組成部分之一。按照區(qū)域內(nèi)土地開發(fā)規(guī)劃，本項(xiàng)目排水體制采用雨、污分流制，以保護(hù)區(qū)域水資源。現(xiàn)結(jié)合本地塊具體情況及特征，分別闡述本地塊污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)和雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的方法和步驟。

2　污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)

2.1污水排水區(qū)域的劃分

通常影響污水排水系統(tǒng)劃分的主要因素有：1)區(qū)域地形；2)面積大小；3)近遠(yuǎn)期開發(fā)規(guī)劃；4)河流等障礙的分布狀況；5)管道埋深。對(duì)于本地塊而言，地塊的近遠(yuǎn)期開發(fā)步驟對(duì)區(qū)域排水規(guī)劃有較大影響。

本區(qū)域地形北高南低，但總體地形較為平坦，規(guī)劃污水處理廠位于地塊南部下端?？梢罁?jù)面積的大小劃分排水系統(tǒng)，本區(qū)域總排水面積約700 ha。考慮到近、遠(yuǎn)期地塊開發(fā)的規(guī)劃，中部是近期開發(fā)的起步區(qū)地塊，南北兩部分遠(yuǎn)期開發(fā)。區(qū)域內(nèi)主要有3條東西走向的河流將區(qū)域分為4塊，為減少管道穿越河流的次數(shù)，以河流為界劃分區(qū)域。管道埋深原則上不超過7 m。綜合考慮，將地塊劃分為3個(gè)污水系統(tǒng)，其中北部污水系統(tǒng)面積約200 ha，主干管長(zhǎng)約2 000 m；起步區(qū)污水系統(tǒng)面積約400 ha，主干管長(zhǎng)約3 000 m；南部污水系統(tǒng)面積約100 ha，主干管長(zhǎng)度約2 000 m，見圖1。這樣劃分收水面積雖然是不均衡的，但可以合理的收集整個(gè)區(qū)域的水量，減少管道埋深。這是由于起步區(qū)需近期施工，需單獨(dú)將這部分水量集中收集。北部面積較小是因?yàn)楸辈渴俏鬯芫W(wǎng)的起始段，管徑較小，坡度較大，管道埋深隨管道長(zhǎng)度增長(zhǎng)很快，干管長(zhǎng)度2 000 m左右時(shí)，埋深就將近達(dá)到7 m，需設(shè)置一污水提升泵站。經(jīng)北部泵站提升后，下游污水主干管管徑將增大，坡度放緩，管道埋深增速放緩，此外，由于整個(gè)區(qū)域地形北高南低，因此，下游干管長(zhǎng)度可達(dá)到3 000 m，埋深才達(dá)到7 m左右，收水面積可以相應(yīng)增大，并正好將起步區(qū)包括其中，解決了近遠(yuǎn)期地塊開發(fā)銜接的問題。

2.2污水管道高程控制

污水管道起點(diǎn)處管道覆土應(yīng)根據(jù)小區(qū)接入管的流行距離確定，考慮減少與其他管線交叉的機(jī)會(huì)，起點(diǎn)覆土一般不小于1.5 m。當(dāng)起點(diǎn)排水面積較大，小區(qū)接入管較長(zhǎng)，應(yīng)相應(yīng)增加起點(diǎn)覆土。污水管道原則上埋深不超過7 m，這樣污水工程可按一般的常規(guī)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)處理即可施作。

圖1　污水收水范圍示意圖　　　　圖2　雨水收水范圍示意圖

2.3設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)管段的確定

根據(jù)天津某開發(fā)區(qū)給水規(guī)劃，最高日給水量共計(jì)為33 595 m3/d，日變化系數(shù)為1.2。生活污水量按給水量的90%計(jì)，污水量計(jì)算應(yīng)考慮10%地下水滲入水量，區(qū)域面積750 ha，同時(shí)參考本地區(qū)其他地塊排水設(shè)計(jì)，最終確定本次設(shè)計(jì)區(qū)域的比流量為0.47 L/(s·ha)。

根據(jù)比流量進(jìn)行水力計(jì)算，要達(dá)到最小設(shè)計(jì)管徑300 mm，一般需要收集20 ha左右面積的水量。因此在確定設(shè)計(jì)管段時(shí)，可以將管長(zhǎng)劃分的稍長(zhǎng)，大約200 m～300 m一段。特別是起始管段，大多為不計(jì)算管段，可以直接采用最小設(shè)計(jì)管徑和最小坡度。其余管段根據(jù)水力計(jì)算書確定管徑和坡度。

3　雨水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)

本區(qū)域內(nèi)規(guī)劃建設(shè)多條河流，將各水系連通，并充分利用現(xiàn)有湖泊和綠地，形成生態(tài)走廊。因此，在進(jìn)行雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用各水系，在條件允許的情況下，使雨水就近排放入水體。

3.1劃分排水系統(tǒng)和管道定線

雨水管網(wǎng)的排水系統(tǒng)劃分與污水不同，不同之處在于雨水的排放出路并不唯一，可以將不同系統(tǒng)的雨水就近排入臨近水體，系統(tǒng)之間一般相互獨(dú)立。因此雨水系統(tǒng)一般根據(jù)區(qū)域內(nèi)河流等水系的分布情況來劃分。另外應(yīng)盡量使各雨水泵站系統(tǒng)的匯水面積均衡，以控制雨水泵站的規(guī)模和埋深。

根據(jù)規(guī)劃，區(qū)域主要被3條東西走向的河流劃分為4部分，其中第二和第三部分區(qū)域面積較小，大約各100 ha，可以考慮將其合并。綜合考慮，將地塊劃分為3部分，其中北部雨水系統(tǒng)面積約230 ha；起步區(qū)雨水系統(tǒng)面積約240 ha；南部雨水系統(tǒng)面積約230 ha，見圖2。各個(gè)雨水系統(tǒng)的水量一般在10 m3/s左右，管道埋深2 m～7 m。

3.2劃分設(shè)計(jì)管段并計(jì)算各設(shè)計(jì)管段的匯水面積

各設(shè)計(jì)管段匯水面積的劃分應(yīng)結(jié)合地面坡度，匯水面積的大小及雨水管道布置等情況進(jìn)行。雨水管渠的設(shè)計(jì)管段的劃分應(yīng)使設(shè)計(jì)管段范圍內(nèi)的地形變化不大，一般以100 m～200 m左右為一段，如果管段劃得過短，則計(jì)算工作量增大，管徑過小，與實(shí)際徑流情況差異較大；設(shè)計(jì)管段劃得太長(zhǎng)，則設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)。管渠沿線匯水面積的劃分，要根據(jù)實(shí)際地形條件而定。當(dāng)?shù)匦纹教箷r(shí)，則根據(jù)就近排放的原則，把匯水面積按周圍管渠的布置用等分角線劃分；當(dāng)有適宜的地形坡度時(shí)，則按雨水匯入低側(cè)的原則劃分，按地面雨水徑流的水流方向劃分匯水面積。

起始段雨水管道的設(shè)計(jì)管段和匯水面積劃分不同于污水管道。污水管道起始段多為不計(jì)算管段，而雨水管道起始段需根據(jù)地形狀況詳細(xì)計(jì)算。天津市地形較平坦，地面集水時(shí)間t1一般取15 min，對(duì)應(yīng)的地面集水距離以不超過120 m～150 m為宜。

3.3確定控制點(diǎn)高程

雨水管線的控制點(diǎn)高程與污水類似，雨水管道起點(diǎn)處管道覆土應(yīng)根據(jù)小區(qū)接入管的流行距離確定，并考慮減少與其他管線交叉的機(jī)會(huì)，起點(diǎn)覆土一般不小于1.2 m。當(dāng)起點(diǎn)排水面積較大，應(yīng)相應(yīng)增加起點(diǎn)覆土。當(dāng)起始管道只收集道路路面排水時(shí)，可以適當(dāng)減小雨水覆土，一般不小于0.7 m。雨水管道埋深不宜超過7 m。

3.4確定設(shè)計(jì)參數(shù)

徑流系數(shù)ψ：根據(jù)本區(qū)域地面覆蓋情況、地面坡度、地形面貌、建筑密度及路面鋪砌情況，確定本次設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的徑流系數(shù)為0.4～0.6。道路地面徑流系數(shù)取0.9。

暴雨重現(xiàn)期P：根據(jù)天津市的情況及該地區(qū)用地性質(zhì)，采用暴雨重現(xiàn)期P=2年。

3.5確定管道參數(shù)

通過水力計(jì)算程序，確定管道的設(shè)計(jì)流量、管徑、坡度、流速和管底標(biāo)高等參數(shù)。

需要注意的是，在平原地區(qū)，可以根據(jù)技術(shù)條件確定一個(gè)最大可用管徑。根據(jù)水力分析可知，在一定的設(shè)計(jì)流量下，采用較大的管徑可以降低坡度要求。工程統(tǒng)計(jì)資料表明，對(duì)排水管道的造價(jià)影響最大的是埋深，相比之下，因管徑增加而造成的管材費(fèi)用較小，特別是對(duì)于控制下游管段埋深的管網(wǎng)前端管段，管徑增加所增加的材料費(fèi)對(duì)總造價(jià)影響很小，而坡度變化對(duì)下游管段造價(jià)的影響是顯著的。故在滿足流速要求的情況下，適當(dāng)擴(kuò)大管徑，不僅可以減小坡度，還能在一定程度上延長(zhǎng)雨水的管道流行時(shí)間，減小下游管道的設(shè)計(jì)流量，對(duì)于減少管道埋深，縮小泵站的規(guī)模都有積極的意義。

4　結(jié)語

天津某開發(fā)區(qū)地塊內(nèi)主要是生活污水，基本無工業(yè)污水，因此，合理劃分系統(tǒng)和銜接近遠(yuǎn)期開發(fā)步驟是污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要考慮因素。在雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中，由于區(qū)域內(nèi)河流縱橫交錯(cuò)，河流分布對(duì)雨水系統(tǒng)的劃分有很大影響。雨、污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)步驟和方法總體相似，但也存在許多不同的地方，應(yīng)該注意區(qū)別。另外，由于地形，用地性質(zhì)等條件的不同，不同片區(qū)的排水工程設(shè)計(jì)也都存在較大差異，本次排水設(shè)計(jì)主要適用于平原地區(qū)排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)。筆者希望通過本文總結(jié)能夠?qū)窈箢愃乒こ淘O(shè)計(jì)有所幫助。

[1]GB 50014—2006,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]孫慧修.排水工程(上冊(cè))[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)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

黃俊(1987- )，男，碩士，工程師

TU992

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