摘要：我国近年来城市化建设速度不断加快，在改善人们生活环境的同时，也不断为基础设施的施工建设增加压力。其中城市管网设计问题日益突出，当前在我国的管网设计中存在一定的技术问题和管理问题，在排污管网设计中这种影响被扩大，严重威胁着城市的环境。基于此，本文通过介绍当前市政排水管道设计中存在的主要问题，重点阐述城市排污管网设计中虹吸原理的运用。
关键词：市政排水；排污管网设计；虹吸原理；运用
引言
在城市进行下水道设计时，需要保证有一定的坡度，方便排水顺利进行。城市面积的不断扩大，导致下水道管道的长度不断延伸。加上我国本身在管网设计上的技术性缺陷，导致排水管网在运行中出现一定的问题，这些问题不仅体现在施工过程中成本不断增加的情况，还体现在环境污染方面，为污水治理造成重大麻烦。
1当前市政排污管网设计中存在的主要问题
当前我国市政排污管网设计存在的问题主要体现在以下几个方面：重视程度不够，缺乏合理的系统规划；设计标准较低；雨水综合利用程度较低；排水管网设计水平较低以及缺乏先进的技术支持。传统的排水管道设计如图1所示。
图1 用常规方法敷设的城市下水管道
1.1重视程度不够，缺乏合理的系统规划
在城市规划建设中，管理人员往往只重视地面以上的建筑，对于地下排水系统的建设与设计工作缺乏足够的重视，在对路网进行规划时，没有进行综合的分析，导致排水规划出现严重的不合理现象。甚至部分区域未进行整体规划，在市政道路设计时，才开始进行排水规划，不仅造成排水效果差，还出现其他方面的诸多问题。
1.2设计标准较低
当前我国有相当多的城市使用的设计标准是一年一遇或三年一遇标准，并且这种设计方式已经存在了较长时间。近年来随着用地紧张问题的出现，我国在许多道路两侧进行了土地资源的再利用，导致雨水的排放困难，地表径流系数不断提高，在路面形成较严重的积水现象，为人们的出行带来极大的不便。在汛期，这种现象变得十分明显，严重时还会造成城市内涝，引起人员伤亡和财产损失。
1.3雨水综合利用程度较低
当前在城市市政排水设计工作中，只重视对污水的排放设计，忽略了城市水循环的设计工作，不仅浪费了大量的水资源，同时跟我国节能减排的目标也有所违背。这种排水设计不仅增加管道排水的压力，在暴雨季节很有可能造成管道的损坏，引发更严重的问题，严重影响市民的正常出行。
1.4排水管网设计不合理
由于人为因素的影响，在城市排水管网设计工作中经常出现设计不合理的情况，由于技术问题或者资料不齐等问题，造成管道的参数设置不合理，并且在管道坡度的处理工作中不够合理，影响管网的排水性能。这些不合理的设计会直接为后期管网系统的施工和正常运营带来不利影响。
1.5对先进技术的应用水平较低
由于我国对城市排水管道设计的重视程度问题，导致当前我国在管道规划设计、维护管理、调度运行方面等方面缺乏先进的技术支持，造成了管网设计水平低下，为后期的开发优化造成一定的不便。
2虹吸原理及其在城市排污管网设计中的应用
2.1虹吸原理
虹吸是物理上的一种现象，利用虹吸原理可以节约部分能源，同时可以对设计进行优化。虹吸原理指的是在密闭的空间内，液态的流体上升到高处再下流至低处的现象。在城市排污管道设计中，用管道环境代替了概念中的密闭环境，为虹吸效应提供了必要的发生条件。虹吸主要是由于分子间的引力和位能差造成的。在管道中应用虹吸原理需要满足一下三个条件：
为保证密闭性，管道的的液体必须保证充盈状态。
在管道出口位置，应该将流体的液位设置低于管道进口的液位。
3）由于虹吸现象利用压强的作用，因此分子间作用力的变化，因此必须要保证管道的最高点与管道进口处液面的高度差不得高于大气压支持的液柱高度。
2.2 城市排污管网设计中虹吸原理的运用
相对于传统城市排污管道的设计，利用虹吸原理设计的排污管道能够大幅度降低使用管道的长度，在具体设计中可以将埋地管道设计在相对接近地面的位置，相关的设计图如图2所示。
图2 根据虹吸原理设计城市下水管道
通过图2可以看出，管道进口处液位与管道出口处液位差范围以及管道进口处液位与管道最高液位差范围都可以通过人工的方式进行调整，可控性更高。为保证对虹吸原理的准确应用，需要对管道内的气体进行确定，保证没有气体的环境下才能顺利应用虹吸原理，如果存在气体，应该通过采取一定的措施尽快处理排除。图3是虹吸原理在城市管网设计中的运用示意图。
图3 虹吸原理在城市管网设计中的运用示意
在图3中，已经具备了利用虹吸原理的相关条件。管道在实现虹吸现象的程序主要分一下几个步骤：
随着污水在管道内的积累，当上游井内的水位上升到Y3位置时，将浮球式排气阀打开，将管道内部的空气彻底排干净，形成满管水流的现象，此时上游的水位会慢慢回落。
当上游井内的水位下降至Y2高度时，此时浮球式排气阀会自动关闭，避免空气进入管道，保证管道内部的真空状态，进而形成虹吸现象，管道内部继续保持满管水流。
3）上游水位继续回落，下降到Y1位置时，此时管道入口的止回发开始关闭，管道的水流开始停止。此时如果管道内部的真空环境未被破坏，则只需保证上游井的水位高于下游井，污水会持续向下游流动，如果真空环境已经遭到破坏，需要重复1）、2）、3）的工作流程。
2.3 在城市排污管网中使用虹吸原理的优势
在城市排污管网中应用虹吸原理的优势主要体现在以下几个方面：
相对于传统排污管道设计，利用虹吸现象可以大幅度降低对管道材料的使用，可以将管道的敷设深度设计在较浅的位置，从而减少工程上的施工费用。
虹吸现象在排水过程中可以保证以满管的形式排水，当污水的排放量较少时，可以通过间歇式排水，降低管道堵塞情况的发生，从而提高排水效率。
堵塞问题的改良，可以将上游井和下游井之间的距离拉大，通过降低井的数量，节约工程上的费用。
使用虹吸原理可以进行长距离排水，不仅可以改善污水的排放情况，还能保证下游井的水位不会太低，从而节约必要时下游井需要提高水位的消耗的能源。
2.4 水压不足问题
在排污管网过程中，严格按照图纸进行施工，同时对实际问题进行综合考虑，必要进行修改时，应该进行专业人员的评估，通过及时调整，保证施工质量。管道施工的保护措施对于保证使用中的水压具有直接影响，禁止管道内部出现不应该存在的杂物，影响管道的正常使用。在整个排污管网工程的施工过程中，需要有专门的监理部门完成对施工的监督与管理工作，并且对于相应的检修工作需要有专业的团队完成。施工结束后的验收对于系统也有重要影响，因此需要对通水闭水、水压进行详细的检查，达到相关标准后才可以继续施工。另外对施工人员的素质以及能力需要进行严格的培训与考核，保证施工团队的专业性。
3结语
当前不仅在污水的排放管道设计中应用虹吸原理，在屋面雨水排水系统的设计中也开始利用这种原理，通过使用虹吸原理，不仅改良了原有的排水管道设计情况，并且还能促进我国市政建设的发展，实现节能环保的发展理念。
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论文作者:高颖,高京伟,封云杉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/12
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