摘要：城市排水工程系统通常由排水管道系统、污水处理系统和出水口组成，排水管道系统主要由管道及附属构筑物组成，其任务是收集城市的污水和降水，按要求输送到污水厂或天然水体。市政排水设施是城市基础设施的重要组成部分，在优化城市环境，发展城市经济，提高人民生活水平，水资源再利用和完善城市功能方面，发挥着功不可没的作用。这同时也意味着对排水工程的设计与施工技术要求也在不断提高。
关键词：市政排水；排水工程；规划设计与施工技术
引言
随着我国改革开放的快速发展，我国大中城市建设发展得如火如荼，房地产业已成为当代的朝阳产业。无论新城区、旧城区，还是新城区与旧城区结合部等发展异常猛烈，高楼大厦如雨后春笋，直插云霄。由于城市排水设计规划的预见性不足，开发建设单位与设计单位对市政排水前瞻性不够，尤其是雨水管道系统设计如果不合理，排水主干管、干管排水管渠承运能力达不到雨季排暴排洪要求，每当暴雨来临之后，就有许多街道被暴雨淹没，形成一片汪洋，给居民生活与出行带来不良的影响，重则引发城市内涝和路面沉陷。
一、市政排水工程的设计
1．市政排水工程的设计原则
合理的设计能尽快地将地面雨水排除，减少水资源的污染，保护环境。排水工程在设计中应遵循以下要求：（1）布置管渠系统，划分汇水流域而积，确定排水方向及出路。（2）应根据城市道路竖向设计，保证汇水面积内的水都能自流排出。（3）正确采用设计数据，污水排放量标准、设计降雨重现期、地面集水时间和径流系数，暴雨强度公式的采用等。（4）管道的设计坡度和埋深根据设计规范、道路纵坡和外部排水条件确定，在满足排水要求的前提下尽可能减少管渠埋深。（5）加强对排水量的设计：从大范围来讲，市政排水管道工程设计首先要以批准的当地总体规划和排水工程总体规划为主要依据，按照市政给排水设计规范、施工规范、消防规范、给水排水设计手册等相关规范和手册，同时结合地区地理、气候特点及各地水司的运行规程等实际情况，从技术可行性、经济合理性出发综合考虑、设计。
2.市政排水工程的设计方法
（1）动态规划法：动态规划法是目前国内外比较常用的一种方法，基本思想是把排水管道设计看作一个多阶段的过程，通过对设计过程进行阶段划分来对管道进行优化设计。
（2）直接优化法：直接优化法是直接对各种方案或可调参数的选择设计计算和比较来得到最优解，具有直观和容易验证的优点。
（3）遗传算法：遗传算法是进化算法一个分支，是模拟生物学中的自然遗传变异机制而提出的随机优化算法。遗传算法在解决中小型管道系统优化设计问题时可以求得最优设计方案，但解决大型管道系统问题时，只能求得趋近于最优解的设计方案。在排水管道系统优化设计中，不论采用何种方法，都以设计规范为基本要求，同时使费用达到最小。
二、提升市政排水工程设计科学性与重要性
（1）排水设计流量的量化要素：由于城市道路与市政给排水设施，都是先于道路两旁的高层建筑而修筑的，不论是雨污分流制，还是合流制的排水系统，都不同程度存在城区局部发生内涝的情况，有的区域可以说是“逢雨必涝，遇涝则瘫”。严重影响当地居民的正常生活，也影响污水管道系统微生物对污水 BOD5与 COD 的生物降解效果，因此，原来的排水工程设计不适应现在快速城市化进展的速度，从全局出发，根据城市扩展的速度及规划年限，对重要的干道、重要的地区或短期积水就能引起较严重后果的地区，要适当提高暴雨的重现期，对不重要地区，应酌情减少。根据市政设计的规模，充分考虑各管段雨水的汇水面积、暴雨强度，及径流系数的变化，来确定各雨水管的雨水设计流量，从而增大雨水干管、主干管满流条件下的管径。而雨污合流管设计流量，按截流井以前的旱流设计流量与雨水设计流量之和计算。根据环保要求，兼顾经济效益，社会效益，合流制管道设计的重现期应适当高于同情况下雨水管道设计的重现值。一般采用提高 10~25%。截流井上游管渠设计流量，按截流井前的旱流污水设计流量与雨水设计流量之和。而不应单独采用各管段的雨水设计流量。截流井下游管渠设计流量，等于（n0+1）截流井前旱流污水设计流量与截流井后汇水面积雨水设计流量及该面积的旱流污水设计流量之和。其截流倍数 n0应根据旱流污水的水质、水量、排放水体的卫生要求、水文、气候、经济和排水区域的大小等因素经计算确定，我国《室外给排水设计规范》规定，n0采用 2~5 倍，而且在同一排水系统可采用相同或不同的截流倍数。正确处理好与邻近区域及区域内排污系统与洪水排水系统相协调，考虑采用雨污分离排水体制最为合适。
（2）排水水质的环保要求：不论是工业废水，生活污水，还是混合污废水，均不应影响城市排水管渠与污水处理厂等正常运行。不应影响处理后出水的安全排放与再生利用，不应影响污泥的处理和处置，我建议化工废水，特别是有毒的工业废水应该处理达标后才能排放，而不能蒙混过关，偷排偷放，环保部门应加大打击的力度。处理以后的污废水，不应对养护管理人员造成危害。我们设计与施工，应该在总结经验与教训的基础上，按污废水的性质，设计分流制排水，达到有针对性处理工业废水的目的。采取行之有效的新技术、新工艺、新材料、新设备，达到处理后的污废水，能重新二次使用，化害为益，变废为宝，节约水资源。施工过程确保排污管道与污水处理设施，不渗不漏，达到市政管道闭水试验合格，保护地下水水质不被破坏，为市政排水工程献技献策。
（3）排水体制的选取：在新城与旧城结合部，城乡结合部，城镇结合部。由于种种原因本应采用雨污分流制排水，而没有采用相应的排水系统，来确定合流制下游的树状式、平行式、环绕式等主干管、干管的设计最小管径。一旦下暴雨，该结合部大街小巷，污水横流，臭气熏天，严重影响了当地居民正常的生活环境同时带来流行病原体的传插与扩散，因此，对于大中城市旧城区，应该改直流式合流制为截流合流制。不论已采用哪种排水制度，均应根据城市的总体规划，结合当地的地形特点，水文条件，气候特征，水体分布状况，原有污水处理程度及相应的排水设施，处理水利用等综合考虑后确定新建与改造，而不能盲目地以投资省为目的去设计与施工，搞急功尽利、杀鸡取卵的做法。现行的排水体制，按规范要求采用雨污分离排水体制。
三、强化市政给排水管道的设计技术与施工技术的要点与管控
（1）加强施工前的技术交底与图纸会审，形成了建设方、设计方、监理方与施工方为联合会诊机制。从实际出发，用理论指导实践，然后在实践中检验设计理论的正确性。使规划设计进一步深化与完善。比如，管渠平面位置和高程，应根据三通一平变化了的地形、地质、地下水位、城镇改道情况。原有的和规划的地下设施、施工条件以及养护管理方便等因素综合考虑加以确定。同时注意不论设计或是施工，一定要弄清楚路基下铺设哪几种管道，均应保证有压管让无压管，小管让大管，可弯曲管让不可弯曲管道等，而且要保证各种管道按规划要求的水平净距与垂直净距布置。这些问题都会在设计前后与施工中遇到的难题，牵扯到增加追加投资的问题，均应采取四方联合会诊，协商解决，而不能挠开问题，搞工程建设。
（2）排水管道安装的设计技术要点：新建城镇按规划要求，采用雨污分流制：旧城改直流雨污管系为截流雨污管系，有条件的最好改为雨污分流制排水。正确的管渠设计定线，是经济合理地设计污水管道系统的先决条件，是污水管道系统设计的重要环节。根据地形、土质、地下水位、道路情况、原有的和规划的地下设施、施工条件以及养护管理等方面综合考虑确定。遵循尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水自流排出，排水干管通常应布置在排水区域内地势较低或便于雨、污水汇集的地带，截流主干管要沿受接纳水体岸边布置。
①雨水管道和合流管道都按满流计算；重力流污水管道按非满流计算最大设计充满度；明渠超高不得小于 0.2m。污水管道为使水利计算获得较为满意的结果，认真分析设计区间的地形条件，并充分考虑设计数据的有关规定，应在规定的设计充满度和设计流速的前提下，确定管道的截面尺寸，能够自流设计流量。管道的坡度一方面要使管道尽可能与地面坡度平行敷设，以免增加管道埋深；另一方面，又不能小于最小设计坡度，以免管道内达不到最小设计流速而产生淤积，同时避免管道坡度太大而大于最大设计流速，使管壁长期受冲刷；管道基础应根据管道材质、地质条件、接口要求确定，对地基松软或不均匀沉降的地段，管道基础应采取加固的措施；不同直径的排水管道相接，应采用检查井连接，连接方式为水面连接或管顶平，如果室外地坪高差较大，宜采用管顶平接，逐级放坡消能，这样设计有利于管渠系统排水水力性能和排渣，避免局部一次性消能而采用跌水井，排水管渠往往都是在日积月累对跌水井冲刷作用过程中，容易出现塌陷或倒塌。如果室外地坪高差较小，为减小管道的埋深，降低造价，可采用水面平接，但有时上游管段会形成回水，检查井内容易沉渣。
②排水干管应布置在排水区域内地势较低或便于雨污水汇集的地带。排水管宜与道路平行敷设，且不宜设计在快车道以内。管渠高程设计除应考虑地形坡度外，还应考虑与其他地下设施的关系以及接户管的连接方便，形成以重力为主，不设或少设跌水井消能，不设或少设提升泵站，只有无法采用重力流或重力流不经济时，才能采用压力流，管道转湾或交接处，其水流转角不应小于 90O，且应设计检查井，并按管道交汇处、转弯处、变径变坡度处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处设置。
③截流井的设计与管道综合：截流井的位置，要根据污水截流干管的位置、合流管渠的位置、溢流管下游水位高程和周围环境等因素确定，截流井溢流水位，要设计在洪水位或受纳管道设计水位以上，如果不能满足要求，应设计闸门等防倒灌设施，至于截流井采用槽式、堰式或槽堰式，应进行水力计算。管道综合，污水管道、合流管道与生活给水管道相交时，应敷设在生活给水管道下面，排水管道与其他地下管线，或构筑物水平和垂直的最小净距，应根据两者的类型、高程、施工先后和管线损坏的后果等因素，按当地城镇管道综合规划确定，其余排水配套设施就不一一叙说。
（3）排水管道材质的设计选择：当输送腐蚀性污水时，管渠就必须采用耐腐蚀性材料，如陶土管，金属不锈钢管，耐酸碱塑料管等；当污废水管道，埋设较浅，设计距离又较长，目的是控制渠的最小埋深，减少水力阻力，就必须控制设计坡度与地平自然坡度一致，减小管渠表面的粗糙系数。管渠就必须采用内壁光滑的又具有适当强度的 pvc，upvc，钢带增强聚乙烯螺旋波纹管等；当设计直径大于 2m 的雨水管渠，特别是埋设在车行道下时，或者管渠上部土压力过大，就必须采用高强度的混凝土管，或现浇钢筋混凝土管涵等，反之建议其断面形式较多采用拱顶矩形，弧形流槽矩形或梯形，以便施工，就地浇制或砌筑，同时按需要将深度增加，以增加排水量。
结束语
城市排水工程在整个城市基础设施建设中处于关键地位，直接影响着城市排水系统正常运转，关系着工程使用的实际效果，设计与施工方必须根据实际情况，将设计技术与理论贯穿到施工中去，才能有效提升我国城市排水工程设计与施工的质量和水平。才能建设出美好的市政排水工程，才能美化我们的城市。
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论文作者:邓清华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
标签：管道论文; 污水论文; 市政论文; 坡度论文; 排水工程论文; 流量论文; 雨水论文; 《基层建设》2019年第16期论文;