市政给排水施工技术讨论 6页

市政给排水施工技术讨论佛山市市政建设工程有限公司广东佛山528000摘要：我国城市排水管网普遍存在在暴雨时排泄能力偏低的情况，当暴雨雨量超过合流管道的设计能力时，过量的雨污混合污水就从合流管道的溢流设施或排水泵站溢出，严重影响城市的交通和安全。而且从合流管道溢出的雨污混合污水的污染物浓度相当高，大量的污染负荷未经任何处理直接泻入城市水体，势必形成严重的水体污染。随着城市的发展，排水系统的改扩建势在必行。关键词：市政工程；给排水；管道施工技术引言：排水管道设计过程中伍括很多不确定性，如确定设计流量中的不确定性、设计过程的不确定性以及使用过程的不确定性等，木文在考虑管材制造、工程验收中的一些允许偏差存在的情况下对排水系统豹设计进行了可靠性分析。由结果可以看出，基于非恒定流模拟技术进行的改扩建设计可以在很大程度上保证暴雨时的排水通畅。一、我国城市排水系统发展现状当前，我国城市排水管网虽有一些雨污分流，但合流混排还是居多，我国城市老市区的排水管道系统绝大部分为合流制，晴天主要输送城市污水，雨天时则输送雨污混合污水。还有大量未经处理的污水直排河沟、海域等自然环境，致使纳污水体水质恶化，严重影响市民生活和城市景观：随着人U的增加和工业的发展，原有的管道系统己不能满足负荷要求。据统计，1996年，城市污水年排放总量为352，8亿m3,城市污水处理量为83.3亿m3,城市市政排水系统年收纳污水208.9亿m3,建有城市污水处理厂153座，日处理能力751.2万m3,加上分散设施的处理能力，年处理污水量23.8亿m3.因而城市市政排水系统的污水处理率为11.4%左右。1997年全国废污水排放总量约584亿吨（不包括火电直流冷却水和农村工业、生活废污水）。2000年废污水排放总量620亿吨（不包括火电直流冷却水）。我国城市\n污水处理率低，大部分城市污水未经处理直接排入江、河、湖、海，造成水体污染，这与社会的发展极不适应。0前，我国城市排水管网普及率，按服务面积计算为64.8%左右，排水管道总长度11万公里多，排水管道密度5.76km/krn2141,万人占奋排水管道长度5,5km,多数城市排水管道不成系统，冇的利用街道、河道排水，影响环境卫生。有的排水能力低，致使有的城市雨后长吋间积水，对生活、生产影响很大与工业发达国家相比差距较大，如伦敦、巴黎、莫斯科等普及率为100%，东京为97%,万人占有排水管道长度为40km。据有关部门预测，我国城市化水平2005年将达到35%,2010年将达到40%,2020年将达N50%.52%左右。根据国家规划，N2010年城市污水集中处理率应i盘40%，预计需新建城市集中污水处理厂1000余座，从现在N2010年，我国的城市污水处理厂将以超常规的建设速度发展…。相应地还要建造大量排水管渠工程，艽基建投资和工程量是相当可观的。这一点在大中城市表现尤为突出。二、排水系统存在的问题及其对城市发展的影响目前我国城市排水系统主要存在排水设施欠帐、设计标准偏低的问题。以上海市为例：虽然上海百年前就开始建设城市排涝设施，特别是从1978年至今，全市每年约冇4-5个排水系统投入使用，共冇雨水管道2535.8公里，合流污水治理一期工程和南、西两干线合计日输送能力为288万立方米。但直至0前，这个系统的组成部分仍然参差不一，既奋近年来新建的大U径、赋奋强大动力的先进管网，又冇二三十年前建的排泄能力相对较弱的管线，其至还冇清末民初年间建造的老式砖拱、木质地下排水管道。这样就造成了在不同的地区，排涝能力比较悬殊的状况。这种状况在其他城市也普遍存在。另外我们合流管道的设计标准与国外同类型城市相比明显偏低。比如雨水合流管渠的设计一直沿用推理公式最大流量法，其中径流系数是计算暴雨量的重要参数，50-60年代一般采用0.5左右，到了80-90年代放大为0.6左右，但仍不能满足雨水管渠工程设计的安全需要，造成合流管道输水能力偏低，暴雨时易于形成污水外溢。由于以上原因，造成我国城市排水管网在暴雨吋排泄能力偏低，因此，\n当暴雨雨量超过合流管道的设计能力吋，过量的雨污混合污水就从合流管道的溢流设施或排水泵站溢出，严重影响城市的交通和安全。而从合流管道溢出的雨污混合污水的污染物浓度相当高：其中化学耗氧量相当于生活污水的40%左右，总氮含量相当于生活污水的80%左右，总磷含曩相当于生活污水的30%左右。如此大量的污染负荷未经任何处理直接泻入城市水体，势必形成严重的水体污染。0前针对这种情况，许多城市都是采取在降雨时检查，对积水点发现一处改造一处的方法，这种方法己经无法应对困境，必须要采取科学的手段对。三、排水系统优化方法1.排水系统优化设计方法对于在管线平面布置己定情况下进行管段管径•一埋深的优化设计问题,国内外做了大量开拓性工作，取得了丰硕成果。煨优化方法一般分为两种：间接优化法和直接优化法。间接优化法也称解析最优化，它是在建立最优化数学模型的基础上，通过最优化计算求出最优解；而直接最优化方法是根据性能指标的变化，通过真接对各种方案或可调参数的选择、计算和比较，来得到最优解或满意解。直接优化法：在排水管道的优化设计中，应用直接优化方法者认为：虽然排水管道设计采用的水力计算公式很简单，但是由于管径的可选择尺寸不是连续变化的，不能任意选择管径；最大充满度的限制又与管径太小冇关；而且最小设计流速、流速变化（随设计流量增加而增大）及苏与管径之间关系的约束条件等都很复杂，也不能用数学公式来描述。因此，很难建立一个完整的求解最优化问题的数学模型来用间接最优化方法求解。相对而言，用直接最优化方法来解决这个问题具有直接、直观和容易验证等优点。间接优化法：应用间接优化方法者认为：随着优化技术的发展，尽管排水管道系统设计计算中存在着关系错综复杂的约束条件，只要对其中的某些条件\n适当取舍，合理地砬用数学工具，就可以把它简化、抽象为容易解决的数学模型，通过计算得出最优解。间接优化方法主要分以下几类：线性规划法、非线性规划法、动态规划法、两相优化法、罚函数离散优化法、混合整数规划法、电子表格法、遗传算法等。2.雨水径流模型研究城市雨水径流一般用推理公式法计算，该法使用简便，所需资料不多，一个多世纪以来一直在各国广泛应用。推理公式法的计算方法是假定管渠中水流为均匀流，求得水流在管道中的流行时问：爵假定雨水在地面的水流流速等于管渠中的水流流速，降雨历时等于地面集水时间，由暴雨公式求得下一管段的最人设计流量。选择一可行管径作为设计管径，由水力公式求得所需的水力坡度（或选择一可行的水力坡度，来求出所需的可行管径。推理公式法应用明渠均匀流公式进行水力计算，其最大优点是简单迅速。由于使用了历史最大降雨资料，能够得到偏于安全的设计。但是，已有的许多研究表明，推理公式法中基于推导公式的假定不尽合理，存在一些不够完善的地方，主要表现在以下几个方面：（1）没有考虑降雨的空间变化。（2）理论上作了过分简单的假设，使用者可能会不经检验地就借用其它地区公布的参数和常数，以便节省时间。（3）只能计算洪峰流量，无法推求完整的径流过程，对雨水调节池设计、合流制排水管道溢流流量的计算无法适应要求。（4）将直接来自设计暴雨的设计重现期，转化成排水管渠的设计重现期，这一假设并没有被充分证实。（5）不能满足对雨水径流水质方面的计算要求。因为高污染浓度的降雨并不一定发生在高洪峰过程线内，即使对于合流制管道，从系统溢流出的合流污水中仍然存在冇人量污染物。为了使计算趋于合理，除需按汇水面积均匀增大的原则合理布置管道外，还需噩确的选用径流系数及较精确的计算集水吋间。此外，结合本地区的气象条件等因素，对推理公式进行补充、改进，使计算结果更符合实际。如联邦德国在设计确定雨水管道的径流量吋，采用的吋间系数法和吋间径流因子法都是在推理\n公式的基础上产生的。对于需要设计流量过程，流域面积较大的雨水灌渠系统的计算可采用过程线法，过程线的高峰值一般就作为雨水管道系统的最大径流量。3.旧的排水系统改扩建方案的优化旧合流制排水管渠系统的改造是一项复杂的工程。应根据城市的具体情况，因地制宜，综合考虑污水水质、水量、水文、气象、资金、施工条件等因素，结合城市排水规划，充分利用原奋管渠实现保护环境和节约投资的双重S标。各个城市由于发展经历不同，不同的情况，制定合适的改扩建方案，工作。各自的情况亦有很大差别。如何针对是摆在给排水工作者面前的一项重要0前，对城市旧的排水管道系统的改造通常有以下几种途径：（1）改合流制为分流制。这样可以完全杜绝溢流混合污水对水体的污染，因而是一个比较彻底的改造方法。但是，由于旧的管道建成年代较久，数量颇多，且旧城区街道窄，交通频繁，大规模的改造工程对城市生活影响较大。（2）保留合流制，修建合流管渠截流管。这是B前管道改造中多采用的一种方法。但是，截流式合流制排水管渠系统并没有杜绝污水对水体的污染，溢流的混合污水不仅含冇部分早流污水,而且夹带有晴天沉积在管底的污物。其污染程度仍然较高，足以对水体造成局部或整体污染。（3）对溢流的混台污水进行适当处理。处理措施包括筛滤、沉淀，有吋还投氯消毒后排入水体。或者增设蓄水设施，将溢流的混合污水储存起来,待暴雨过后再将其抽送入截流干管。（4）对溢流的混合污水量进行控制。可以根据不同情况，采用改善路面铺设，提高地表持水能力和地表渗透能力；或利用地面暂吋性连续蓄水塘等地面蓄水设施。各种途径的主要0的都是一样，即排入自然水体的污染物最少。针对这•一B标，国内外己经开发了多项技术及模型等可用于城市排水系统的改扩建。分析来看，主要集中在两个方面，一个是通过优化合流制管网集水分流室的参数，使暴雨吋的截流量最大，减少溢流量；另一方面是针对管道本身，查找超载管段，然后有针对性的进行整改。参考文献：[1】丁煜.排水管网改扩建计算机辅助优化设计.湖南大学硕士学位论文。2001.P3.5\n[2】水力水电部水文局等.城市雨洪水译文集.北京.1987[3】王文远，王超.国外城市排水系统的发展启示.中国绘水排水.1998.14（2）.[4】岑国平，詹道江.城市雨水管道计算模型.中国给水排水.1993.01.9.No.1