浅谈老城镇排水系统改造设计

作者:未知

  摘    要:随着我国城市化进程不断加快,对居住环境的要求愈加重视,对建成时间较长的城镇的排水系统提出了改造要求。许多老城镇由于历史原因,建设时未考虑雨污分流,污水通过排水管道直排河道,造成水体黑臭。雨、污水合流系统排水规划起点较低,自流排入河道的排水管管径偏小,室外自然地坪较低,再加上建设用地不断扩大,汛期时,如遇暴雨台风,高潮位时,往往有不少居住小区、城市道路等排水不畅,污水四溢,给居民的生活、出行带来了很大的困难。老城镇的街道一般较窄,部分道路无法通车,排水系统改造困难。
  关键词:给排水工程;排水系统改造;老城镇
  1  引言
  随着社会经济的迅猛发展,老城镇特色旅游、度假、餐饮等特色经济活动的开展,外来人口不断涌入,居民污水量激增;大规模的建设导致大量地面硬化,地表径流不断增加;随着人民物质生活更加丰富,对生活品质、工作环境的要求越来越高,对水环境质量的要求也相应提高,老城镇原有合流管已不符合城市排水功能的需要。排水不畅、地面积水、污水冒溢的城市环境,已对附近居民的生活和企、事业单位正常办公产生严重影响,也对老城镇特色经济发展带来不利影响。由此可见,城市排水风险和水环境保护问题已倒逼政府对排水管网系统进行改造。提高污水纳管处理率,提高城市防汛排涝能力,是保障人民生命财产安全,社会有序发展的重要举措。从城市排水规划、设计角度出发,解决老城镇排水系统改造的技术难题,降低城市内涝和污水污染环境的可能性,是给排水工程设计人员关注的焦点。
  2  老城镇排水系统存在问题分析
  (1)老城镇排水管道建设时间早,原设计标准偏低,排水管道管径偏小。排水管道大多为合流管,污水直接排入河道。部分区域没有排水管道,通过明沟或地面排水。(2)地势高差很大,部分区域较为低洼,暴雨时河道水位上升,雨水位差较小,排放不及时,导致地面积水。(3)排水管道运行时间很长,存在管道淤堵、渗漏等情况,导致雨水输送不畅,污水漏溢。(4)区域内通道狭小,管道敷设困难。由于历史原因,和城市小区相比,老镇区的共同点是内部通道狭小。且老镇区存在历史保护建筑及景观,不宜拆迁,只能因地制宜考虑排水管道的标高和走向。(5)周边市政污水管网尚未覆盖。
  3  排水系统改造设计原则
  3.1  雨、污分流与旱季截流相结合原则
  老城镇往往受制于建筑密度高,道路狭窄,两侧自建房屋老旧、基础很差,居民自身多为合流排水,多数地区没有敷设2路管道的条件,仅勉强可以埋设一根排水管道,且埋深不宜过深,以免对道路两侧的房屋造成影响。为兼顾雨、污水排放需求,只能考虑建设合流管道,为避免污水直排河道,对合流管道应采用旱季截污措施。对于建设条件较好的地区,应分别建设雨、污水管网。
  3.2  符合總体改造规划
  全面规划,近、远期相结合,结合地方情况,科学、合理、经济地进行工程设计。老城镇排水管网的改造要分片、分系统实施,应根据轻重缓急、制定分期实施的计划。根据政府部门对老城镇路网、河网改造的具体规划,排水管网的改造要与道路、河道建设、改造结合设计,节约工程费用,避免废弃工程。同时,对排水管网改造建成一批、投运一批,让居民看到实际成效,使居民支持此类改造工程,减轻施工阻力。
  3.3  考虑地质条件
  排水管网敷设在道路下,管道长度增加导致埋深逐步加深,工程地质条件较为复杂,应针对具体地质情况,对管道基础处理进行合理设计。
  3.4  探明拟建管位处地下公用管线设施情况
  老城镇道路狭窄,公用管线均需在这些道路下敷设,地下空间资源较为紧张,排水管道为重力流,布置尤为困难。设计工作中可通过物探或挖样沟的方法调查清楚设计排水管线沿途的地下设施埋设情况,使管线设计在平面和立面上更科学合理。
  3.5  充分利用既有排水设施
  原有的排水管道,经检查可以利用的,应尽量利用。既有排水管道拟用作合流管或雨水管利用的,应满足水力计算,并对最不利点进行校核。
  3.6  采用新型管材
  传统的排水管道多采用混凝土管,自重大、强度小、韧性低、施工困难、管壁粗糙,易引起管道破裂、淤塞,输送能力减弱。新型管材,如HDPE双壁缠绕管或波纹管、玻璃钢缠绕管等可以提高雨水管网的输送能力,且因管材韧性好,对动荷载的抗性更好,不易受压变形、破裂。
  3.7  严格把控管道工程施工工期
  应尽量避免雨季、汛期施工。
  4  污水设计参数的确定
  污水量设计指标应根据当地的污水处理系统专业规划中确定的当地用水定额,结合对当地居民、外来人口等生活用水现状调查综合确定。计算方法按照《给水排水设计手册》第五册《城镇排水》[1]中的规定来计算。污水变化系数根据《城镇排水管道设计规程》(DG/T J08-2222-2016)[2]中的表3.1.4确定。
  综合生活用水的最高日用水量/平均日用水量取1.3,工业用水的最高日用水量/平均日用水量取1,日均旱流污水量与用水量折算比例为0.9。
  5.2  汇水面积
  汇水面积是指雨水管的服务面积。应在调查或测量基础上,结合原雨水立管、雨水口以及新设计的雨水管网系统布置,综合计算。
  5.3  径流系数
  径流系数应根据地面种类,根据《室外排水设计规范》中有关表3.2.2-1的径流系数,按面积加权计算而得。
  5.4  管径和管道坡度的确定
  考虑老城镇建筑密集,为避免管道埋深过大导致施工困难,在满足水力坡度计算的前提下,管道坡度通常采用《室外排水设计规范》规定的最小坡度。管道管径根据设计坡度计算确定。   5.5  管材的比选
  排水系统中管道工程投资比重较大,国内外很多城市已经推荐使用新型管材替代传统的混凝土管,市场上主要有UPVC管、HDPE管材、玻璃钢夹砂管、玻璃钢树脂管以及顶管专用钢筋砼管等。新型管材具有如下优点:(1)管材性能可靠,有足够的刚度和强度,抗冲击能力强,冰点以下依然具有很好的冲击性能,使用年限较长,便于维修。(2)重量轻,运输、装卸、敷设方便,不需大型吊、运设备,便于运输和施工,以减少施工的难度,降低工程造价。(3)水力性能良好,节约能耗。(4)抗化学腐蚀,不受酸碱盐的侵蚀,不受有机物侵蚀。(5)需快速施工时,应有与管材相配套的预制成品井与之衔接。同时,随着新型管材的发展,各种管材价格方面的差距在缩小。设计中应多方面进行技术经济对比,选择合适的管材。
  6  排水管布置
  6.1  排水管的平面布置
  在管网布局时,充分考虑道路、河道、建筑物排水点布局特点,力求使管网全面覆盖排水区域,尽量缩短雨水路径长度,排放速度力求最快。部分道路交叉部位考虑各方向雨水入河路径,充分利用管道排水能力。截污井应设置在合流管道入河处,且距污水管道距离尽量短。截污管管径根据旱流污水量确定,截流倍数不宜过大,建议取规范下限,以免管径增大,导致雨水大量进入污水管网。周边场地有条件的应设置截污泵站,污水由泵站提升后输送至污水管网,暴雨时泵站停泵,雨水溢流进入河道。
  6.2  排水管竖向高程控制
  按规范规定,位于车行道下的排水管最小覆土厚度不小于0.7m。在竖向布置时应考虑与其他公用管线、地下构筑物在相交处相互避让,保护其它既有管线及地下构筑物。
  7  截污泵站
  截污泵站可以隔离合流管和污水管道,控制截污量,防止污水反灌入河。
  7.1  截污泵站运行方式
  截污水泵的开停由泵站集水井水位和河水位联合控制:最低溢流水位根据当地常水位确定,以上海市嘉定区为例,常水位为2.5m~2.8m。当河水位超过3.0m时,水泵停止运行,此时管道中主要为雨水,通过溢流井溢流至河道;当河水位下降至2.8m时,截污泵站恢复自动运行状态,水泵的启停由泵站内部水位控制,此时截污管中主要为截留污水,经提升后纳入市政污水管。截污泵站在此起到筛选雨水和污水的作用。
  7.2  截污泵站形式
  截污泵站形式应综合考虑截污流量、选择的泵型、进出水管的埋深、出水压力与接纳泵站出水的条件、施工围护方案,以及地形、水文地质情况等因素。如何选择排水泵房的形式,应根据需要,从设计、施工、管理、造价各方面综合分析,通过方案比选后决定。通常,老城镇建筑较为低矮,人口密度相对城市小区为少,污水量也较少,截污泵站规模无需设置过大。考虑施工速度快、围护难度低、运输便捷等,一般采用一体化污水泵站。老城镇常位于城乡结合部,人员复杂,污水中垃圾较多,为减少清捞频率,一体化泵站前可另设置格栅井。
  8  结论
  (1)老城镇排水管道的改造,可以解决大部分污水出路问题,并且有助于雨水管网的完善,短期效果较为明显。从长远看,仍然有少量污水不可避免地进入河道。合流管道与旱季截污方式是基于老城镇建设条件较差的情况下的相对合理的选择。
  (2)晴天时,合流管道输送污水,下雨时主要输送雨水,管道内部沉积的污泥、垃圾等会被雨水冲入河道,造成的污染远比雨水夹杂的少量污水更严重。从而,对于管网的养护管理要求比分流系统更高,特别在雨季前,应对管网内部沖洗、清理。
  (3)当市政污水管网高水位运行又没有条件设置截污泵站时,截污管道应设置止回装置,以免污水反灌入河。
  参考文献:
  [1] 北京市市政工程设计研究总院,给水排水设计手册:第五册.城镇排水[M].中国建筑工业出版社,2017年5月第三版: P 4~5.
  [2] 上海市排水管理处、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,城镇排水管道设计规程[S].同济大学出版社,2017年3月第1版:P5~9
  [3] 上海市建设和交通委员会,室外排水设计规范[S].中国计划出版社,2016年11月第4版:P21 P 25
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