污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)說明及設(shè)計(jì)計(jì)算城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，猶如城市的“血管”，肩負(fù)著收集、輸送生活污水和工業(yè)廢水至污水處理廠的關(guān)鍵使命。其設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性與經(jīng)濟(jì)性，直接關(guān)系到城市水環(huán)境質(zhì)量、公共衛(wèi)生安全乃至可持續(xù)發(fā)展能力。本文將從設(shè)計(jì)原則、基礎(chǔ)資料、設(shè)計(jì)計(jì)算等核心方面，對(duì)污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)性闡述，旨在為相關(guān)工程實(shí)踐提供具有實(shí)用價(jià)值的參考。一、設(shè)計(jì)原則與基本要求污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)，首先必須遵循一系列基本原則，以確保系統(tǒng)的有效運(yùn)行和長(zhǎng)期穩(wěn)定。1.系統(tǒng)性與整體性原則：污水管網(wǎng)并非孤立存在，需與城市總體規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、污水處理廠布局、道路工程等緊密結(jié)合，形成一個(gè)有機(jī)整體。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從全局出發(fā)，合理布局干管、支管，確保污水能夠順暢收集并輸送至處理設(shè)施。2.適用性與前瞻性原則：設(shè)計(jì)應(yīng)滿足當(dāng)前污水排放的需求，并充分考慮城市發(fā)展、人口增長(zhǎng)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整可能帶來的污水量變化，適當(dāng)預(yù)留發(fā)展空間，避免短期內(nèi)重復(fù)建設(shè)或大規(guī)模改造。3.經(jīng)濟(jì)合理性原則：在滿足功能和技術(shù)要求的前提下，通過多方案比選，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇經(jīng)濟(jì)適用的管材、接口形式及施工方法，降低工程投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。4.技術(shù)可行性原則：設(shè)計(jì)方案應(yīng)符合現(xiàn)行國家及地方的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)政策，確保所選技術(shù)成熟可靠，施工難度適中，便于運(yùn)行管理和維護(hù)。5.環(huán)境保護(hù)原則：管網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)避免對(duì)周邊環(huán)境造成負(fù)面影響，如防止管道滲漏污染地下水和土壤，妥善處理施工期的環(huán)境問題。同時(shí)，應(yīng)考慮污水輸送過程中的異味控制。二、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料收集與分析詳實(shí)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料是進(jìn)行污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提。在設(shè)計(jì)初期，需全面收集并深入分析以下幾類資料：1.自然條件資料：*地形圖：涵蓋設(shè)計(jì)區(qū)域及周邊的詳細(xì)地形圖，用于管網(wǎng)平面布置和高程計(jì)算。*水文地質(zhì)資料：包括地下水位、土壤類型、地基承載力等，影響管道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、埋深選擇及施工方式。*氣象資料：特別是降雨量、蒸發(fā)量等，雖主要針對(duì)雨水，但對(duì)合流制管網(wǎng)設(shè)計(jì)及初期雨水污染控制有重要意義。2.城市規(guī)劃與現(xiàn)狀資料：*城市總體規(guī)劃：明確城市發(fā)展方向、功能分區(qū)、人口規(guī)模等。*排水專項(xiàng)規(guī)劃：作為污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的直接依據(jù)，規(guī)定了排水體制、污水處理廠位置與規(guī)模、管網(wǎng)大致走向等。*現(xiàn)狀排水設(shè)施資料：現(xiàn)有污水管、雨水管、合流管、泵站、污水處理廠的位置、管徑、埋深、材質(zhì)、運(yùn)行狀況等，以便充分利用現(xiàn)有設(shè)施或進(jìn)行合理改造。*道路資料：道路等級(jí)、紅線寬度、路面結(jié)構(gòu)、現(xiàn)狀及規(guī)劃道路標(biāo)高，管網(wǎng)通常沿道路敷設(shè)，道路資料至關(guān)重要。3.污水量資料：*人口資料：現(xiàn)狀及規(guī)劃人口數(shù)量、分布密度。*用水量標(biāo)準(zhǔn)：居民生活用水、公共建筑用水、工業(yè)用水的定額標(biāo)準(zhǔn)。*污水排放系數(shù)：根據(jù)用水量及用水性質(zhì)確定污水排放量。*工業(yè)廢水資料：主要工業(yè)企業(yè)的位置、性質(zhì)、廢水量、水質(zhì)、排放規(guī)律及預(yù)處理情況。4.相關(guān)規(guī)范與政策：國家及地方現(xiàn)行的《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等，以及環(huán)境保護(hù)、水土保持等相關(guān)政策法規(guī)。三、污水量預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)流量確定污水量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，直接影響管徑、坡度等關(guān)鍵參數(shù)的確定。1.生活污水量計(jì)算：生活污水量通常根據(jù)設(shè)計(jì)人口和生活污水定額進(jìn)行計(jì)算。公式：Q_生活=N×q×K_z/(24×3600)其中：*Q_生活：生活污水設(shè)計(jì)流量（m3/s）*N：設(shè)計(jì)人口數(shù)（人）*q：生活污水定額（L/(人·d)），需根據(jù)當(dāng)?shù)赜盟~、氣候條件、生活習(xí)慣等綜合確定，并參考規(guī)范取值。*K_z：生活污水量總變化系數(shù)，反映污水量在一日內(nèi)的不均勻性，與平均日污水量有關(guān)，規(guī)范中通常有相應(yīng)的取值范圍或圖表。2.工業(yè)廢水量計(jì)算：工業(yè)廢水量應(yīng)根據(jù)各工廠的實(shí)際生產(chǎn)情況確定，可采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或類比法。對(duì)于規(guī)劃中的工業(yè)企業(yè)，則需根據(jù)其行業(yè)特點(diǎn)、生產(chǎn)規(guī)模和排水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算。工業(yè)廢水排放往往具有間歇性，故也需考慮其時(shí)變化系數(shù)。3.其他污水量：如公共建筑污水量、市政設(shè)施污水量等，可根據(jù)其性質(zhì)和規(guī)模參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或類比計(jì)算。4.設(shè)計(jì)總流量確定：設(shè)計(jì)總流量為上述各項(xiàng)污水量之和，并應(yīng)考慮一定的地下水滲入量（通常通過經(jīng)驗(yàn)系數(shù)或?qū)崪y(cè)確定）和未預(yù)見水量。在合流制系統(tǒng)中，還需疊加雨水設(shè)計(jì)流量（詳見雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容）。需注意，污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量應(yīng)為最高日最高時(shí)流量。四、污水管網(wǎng)系統(tǒng)布局與平面布置管網(wǎng)系統(tǒng)布局是在明確排水體制（分流制或合流制，新建城區(qū)宜采用分流制）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行干管、支管的走向規(guī)劃和平面布置。1.布置原則：*盡量采用重力流：以減少提升泵站的數(shù)量和運(yùn)行費(fèi)用，這是管網(wǎng)布置的首要原則。*管線短捷、順直：在地形條件允許的情況下，使污水能以最短距離、最小水頭損失輸送至污水處理廠或排放口。*充分利用地形：沿地形等高線布置，使污水自流排放。干管應(yīng)布置在排水區(qū)域內(nèi)地勢(shì)較低或便于集水的地帶，如道路中心線或道路一側(cè)。*服務(wù)面積全覆蓋：確保排水區(qū)域內(nèi)所有用戶的污水均能接入管網(wǎng)。*考慮施工與維護(hù)：管線應(yīng)盡量沿現(xiàn)有或規(guī)劃道路敷設(shè)，避免穿越障礙物（如鐵路、河流、大型構(gòu)筑物等），確需穿越時(shí)應(yīng)采取可靠措施。同時(shí)，要為管道的施工、檢修預(yù)留足夠的空間。*與其他管線協(xié)調(diào)：合理安排與給水管、燃?xì)夤?、熱力管、電力電纜、通信電纜等地下管線的位置，避免沖突。2.干管布置形式：常見的干管布置形式有：*正交式：干管與地形等高線基本垂直，適用于地形坡度較大的城市。*平行式：干管與地形等高線平行，適用于地形坡度較小的城市，可減少管道埋深。*分區(qū)式：當(dāng)城市地形起伏較大，可將排水區(qū)域劃分為若干分區(qū)，各區(qū)采用獨(dú)立的排水系統(tǒng)，可降低管道埋深和提升費(fèi)用。*環(huán)繞式：干管圍繞排水區(qū)域呈環(huán)狀布置，適用于大型工業(yè)區(qū)或某些特殊地形。3.支管布置：支管應(yīng)根據(jù)街坊布局和建筑排水出口位置進(jìn)行布置，一般沿次要道路或街坊內(nèi)部道路敷設(shè)，盡可能以最短距離接入干管或主干管。五、污水管網(wǎng)水力計(jì)算水力計(jì)算是污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，其目的是根據(jù)設(shè)計(jì)流量，確定管道的管徑（D）、坡度（i）、流速（v）、充滿度（h/D）及管道埋深等參數(shù)，確保管道在設(shè)計(jì)條件下能夠正常運(yùn)行。1.水力計(jì)算基本公式：污水管道水力計(jì)算通常采用均勻流公式，即曼寧公式：v=(1/n)×R^2/3×i^1/2Q=A×v其中：*v：斷面平均流速（m/s）*n：管壁粗糙系數(shù)，與管材有關(guān)，如混凝土管、鋼筋混凝土管n值通常取0.013~0.014，塑料管n值較小。*R：水力半徑（m），R=A/χ，A為過水?dāng)嗝婷娣e（m2），χ為濕周（m）。對(duì)于圓形管道滿流或非滿流，A和χ有相應(yīng)的計(jì)算公式。*i：管道坡度（以小數(shù)表示）。*Q：設(shè)計(jì)流量（m3/s）。2.水力計(jì)算控制參數(shù)：*設(shè)計(jì)充滿度（h/D）：管道內(nèi)水深h與管徑D的比值。污水管道應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì)，以保留空氣流通空間、調(diào)節(jié)高峰流量和防止管道淤積。最大設(shè)計(jì)充滿度在規(guī)范中有明確規(guī)定，例如管徑200~300mm時(shí)為0.55，管徑350~450mm時(shí)為0.65等。*設(shè)計(jì)流速（v）：*最小設(shè)計(jì)流速：防止管道內(nèi)淤積。污水管道在設(shè)計(jì)充滿度下的最小流速通常為0.6m/s（管徑≥150mm時(shí)）。*最大設(shè)計(jì)流速：防止管壁被沖刷損壞。與管材有關(guān)，混凝土管、鋼筋混凝土管通常為4~5m/s，塑料管可適當(dāng)提高。*最小管徑：為保證管道養(yǎng)護(hù)方便，街道下的污水支管最小管徑不宜小于200mm，街坊內(nèi)的支管最小管徑可采用150mm。*最小設(shè)計(jì)坡度：與最小流速和管徑有關(guān)，是保證最小流速的坡度。規(guī)范中通常給出不同管徑對(duì)應(yīng)的最小坡度值。3.水力計(jì)算步驟：水力計(jì)算通常從管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點(diǎn)（即管網(wǎng)中高程最低、離污水處理廠最遠(yuǎn)、可連接支管的地方，其埋深往往最大，是整個(gè)管網(wǎng)的控制條件）開始，沿水流方向逐段進(jìn)行。1.確定管段：將管網(wǎng)根據(jù)檢查井位置劃分為若干計(jì)算管段，明確各管段的服務(wù)面積和設(shè)計(jì)流量。2.初擬管徑和坡度：根據(jù)管段設(shè)計(jì)流量，參照最小管徑和最小坡度要求，試選管徑D和坡度i。3.計(jì)算流速和充滿度：根據(jù)選定的D、i，利用曼寧公式計(jì)算流速v和充滿度h/D。4.校核參數(shù)：檢查計(jì)算得到的v是否在最小和最大流速之間，h/D是否小于最大設(shè)計(jì)充滿度。若不滿足，則調(diào)整管徑或坡度，重新計(jì)算，直至所有參數(shù)均符合規(guī)范要求。5.計(jì)算水頭損失：沿程水頭損失h_f=i×L（L為管段長(zhǎng)度）。局部水頭損失通常較小，可忽略不計(jì)或按沿程水頭損失的5%~10%估算。6.確定管段高程：根據(jù)上游管段的管底高程、水頭損失以及本管段的坡度，計(jì)算本管段的管底高程和埋深，并確保下游管段的管底高程不高于上游管段，且滿足與其他地下管線的豎向間距要求及地面建筑的基礎(chǔ)要求。4.特殊管段處理：*跌水井：當(dāng)上下游管段的高程差較大，或管道坡度突然變化導(dǎo)致流速超過最大允許值時(shí)，應(yīng)設(shè)置跌水井以消能，保護(hù)管道。*倒虹管：當(dāng)污水管道需要穿越河流、鐵路、公路等障礙物，且無法采用架空敷設(shè)時(shí)，可設(shè)置倒虹管。倒虹管需進(jìn)行水力計(jì)算，確保有足夠的流速防止淤積，并應(yīng)設(shè)置檢修井。六、管道材料選擇與接口形式1.管材選擇：污水管道所輸送的介質(zhì)具有一定的腐蝕性（尤其是工業(yè)廢水），且管道多埋設(shè)于地下，承受外部荷載。因此，管材選擇應(yīng)考慮以下因素：*強(qiáng)度：能承受內(nèi)部水壓和外部土壓力及地面荷載。*抗腐蝕性：對(duì)污水中化學(xué)成分的耐腐蝕性。*水力性能：內(nèi)壁光滑，水流阻力小，n值小。*施工安裝：重量輕、易于搬運(yùn)和安裝。*經(jīng)濟(jì)性：綜合考慮管材價(jià)格、施工費(fèi)用及使用壽命。常用的污水管管材有：混凝土管（CP）、鋼筋混凝土管（RCP）、聚乙烯管（PE）、聚氯乙烯管（PVC-U）、球墨鑄鐵管等。大口徑管道也可采用玻璃鋼管（FRP）或預(yù)制混凝土箱涵。2.接口形式：管道接口分為剛性接口和柔性接口。*剛性接口：如水泥砂漿抹帶接口、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹帶接口等，適用于地基較好、管徑較小、施工環(huán)境較好的情況，抗不均勻沉降能力差。*柔性接口：如橡膠圈接口、法蘭接口等，具有較好的抗不均勻沉降和抗震性能，施工便捷，是目前大口徑管道和不良地質(zhì)條件下常用的接口形式。七、附屬構(gòu)筑物設(shè)計(jì)污水管網(wǎng)系統(tǒng)除管道外，還需設(shè)置一系列附屬構(gòu)筑物，以保證其正常運(yùn)行和維護(hù)管理。1.檢查井：最常用的附屬構(gòu)筑物，設(shè)置在管道交匯處、轉(zhuǎn)彎處、管徑或坡度改變處、跌水處以及直線管段上每隔一定距離處，用于管道的檢查、清通和連接支管。其結(jié)構(gòu)形式、尺寸應(yīng)根據(jù)管徑、埋深、檢修要求等確定。2.跌水井：用于消除管道落差過大時(shí)的能量，保護(hù)管道。3.雨水口：在分流制系統(tǒng)中，雨水口收集雨水排入雨水管道；在合流制或截流式合流制系統(tǒng)中，雨水口收集雨水進(jìn)入合流管道。污水管網(wǎng)中一般不單獨(dú)設(shè)置雨水口，但需注意防止雨水流入污水管。4.化糞池與隔油池：用于建筑物排出污水的局部處理，降低污水中有機(jī)物或油脂含量，保護(hù)后續(xù)管道和污水處理廠。5.排氣閥與放空閥：在某些特殊地段（如長(zhǎng)距離上坡管道頂端）設(shè)置排氣閥，排除管道內(nèi)積聚的空氣；在管道低處設(shè)置放空閥，以便檢修時(shí)排空管道。6.截流井：在截流式合流制系統(tǒng)中，用于截留旱流污水和初期雨水進(jìn)入污水處理廠，后期雨水溢流至水體。八、施工與驗(yàn)收注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)完成后，施工質(zhì)量是確保管網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。*施工前準(zhǔn)備：詳細(xì)的技術(shù)交底，施工方案編制，材料檢驗(yàn)，測(cè)量放線。*土方工程：溝槽開挖應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，防止坍塌?；讘?yīng)平整夯實(shí)，若土質(zhì)不良需進(jìn)行地基處理。*管道敷設(shè)：嚴(yán)格控制管道軸線、高程和坡度，確保接口質(zhì)量。*回填土：管道安裝完畢并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)回填。回填土應(yīng)分層夯實(shí)，避免管道產(chǎn)生不均勻沉降。*閉水試驗(yàn)：污水管道在覆土前應(yīng)進(jìn)行閉水試驗(yàn)，檢驗(yàn)管道的嚴(yán)密性。*竣工驗(yàn)收：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行竣工驗(yàn)收，確保工程質(zhì)量。九、運(yùn)行維護(hù)與管理污水管網(wǎng)的良好運(yùn)行離不開科學(xué)的維護(hù)管理。*日常巡檢：檢查管道是否有破損、滲漏、淤積，檢查井是否完好，附屬設(shè)施是否正常。*定期清淤：根據(jù)管道淤積情況，采用人工或機(jī)械方法進(jìn)行清淤，保證管道暢通。*及時(shí)維修：發(fā)現(xiàn)管道破損、接口滲漏等問題，應(yīng)及時(shí)組織維修。*檔案管理：建立健全管網(wǎng)技術(shù)檔案，包括設(shè)計(jì)圖紙、竣工資料、維護(hù)記錄等，為管網(wǎng)的全生命周期管理提供依據(jù)。十、結(jié)論與展望污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及水文、水力、地質(zhì)、材料、結(jié)構(gòu)、施工等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。它要求設(shè)計(jì)者不僅具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還需有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。從基礎(chǔ)資料的詳盡收集，到污水量的精準(zhǔn)