建设综合勘察研究设计院有限公司北京100007
摘要：本文通过对市政重力流污水管道水力计算过程和高程控制进行论述，总结水力计算要点，并对各个水利要素进行分析，最后对高程控制提出看法，以期对设计人员提供帮助。
关键词：市政工程；重力管线；污水管道；水力计算；市政污水
Discussiononthehydrauliccalculationprocessandelevationcontrolofmunicipalgravitysewagepipe
LiWanru
（ComprehensiveInstituteofGeotechnicalInvestigationandSurveying，BeiJing，100007）
Abstract：Thispaperdiscussesthehydrauliccalculationprocessandelevationcontrolofmunicipalgravitysewagepipeline，summarizesthemainpointsofhydrauliccalculation，analyzesallhydraulicelements，andfinallyputsforwardviewsonelevationcontrol，soastoprovidehelpfordesigners.
Keyword：MunicipalEngineering；gravitypipeline；sewagepipe；hydrauliccalculation；municipalsewage
1、污水管道管段设计流量计算
污水管道及附属构筑物能保证通过的污水设计流量，在进行污水管道系统计算时，采用最大日最大时流量作为管道的设计流量，其单位为“L/S”。
设计流量、管径和坡度均不发生变化的管段成为设计管段。设计管段所承担排出的污水流量包括本段流量、转输流量和集中流量。集中流量在设计管段划分时，将集中流量作为节点流量从设计管段的起点接入，可直接计入管段的设计流量；转输流量是指从上游管段和旁侧管段留来的污水量，与上游管道收水情况有关。污水管道管段设计流量计算公式为：Q=K2（q1+q2）+qi
式中：Q——管段设计流量（L/S）；
K2——总变化系数；
q1——本段流量（L/S）；
q2——转输流量（L/S）；
qi——集中流量（L/S）。
设计管段的流量计算关键是本段流量的计算，它沿线通常是变化的，从管段设计起点为零逐渐增加到终点达到最大，通常假定本段流量是在起点检查井集中进入设计管段的，它的大小等于本管段服务面积上收集的全部污水量。新建城区或者规划新区，由于用地性质、规模、人口规模、污水总量等基础数据由相关规划确定，当数据不全或者用地情况均一时，一般采用单位面积比流量计算，再由管段服务面积乘以面积比流量得出设计管段的平均日本段流量。
面积比流量的计算公式为：
污水管道管段设计流量计算公式为：Q=q0﹡K2﹡A
式中：q0—单位面积平均流量，即比流量（L/（s•ha））；
W—规划区平均日污水总量（m³/d）；
S—规划区总面积（ha）；
Q—管段设计流量（L/s）；
Kz—总变化系数；
A—设计管段的服务面积（ha）。
当管道受水面积内用地性质已经确定，应分别计算各种用地性质的比流量，再由管段服务面积中各种性质用地面积乘以相应面积比流量得出设计管段的平均日本段流量。污水管道管段设计流量计算公式为：
式中：qi—居住区、工业区或建设区单位面积平均流量，即比流量（L/（s•ha））；
Wi—居住区、工业区或建设区平均日污水总量（m³/d）；
Si—居住区、工业区或建设区总面积（ha）；
Q—管段设计流量（L/s）；
Ai—设计管段的服务面积（ha）。
已建区域的排水情况基础资料比较完善，因此应分别计算各种生活污水量和工业污水量、公共设施污水量，后两者应按照集中流量在设计管道起端接入，生活污水量则按照面积比流量法进行计算，由居住区面积乘以面积比流量求得。
2、污水管道水力计算公式及参数
污水管道一般按照重力非满管均匀流进行设计，大多数情况下管段内部不承受压力，污水靠重力由高向低处流动。虽然污水管道内的污水流动情况时刻变化，目前污水管道水力计算仍采用恒定均匀流公式：Q=A﹡v
式中：Q—流量（m3/s）；
A—过水断面面积（m2）；
v—流速（m/s）；
R—水力半径（m）；
I—水力坡度；
C—流速系数或谢才系数。
污水管道水力计算的目的在于合理、经济的选择管道的断面尺寸、坡度和埋深，以保证管道设计排水能力满足管段污水的排出要求，并不产生淤积。
3、水力计算参数规定取值范围及一般经验
为了保证污水管道系统的正常运行，《室外排水设计规范》（GB50014-2006（2016年版））对水力计算中的各个参数值进行了规定，设计过程中应予以遵守。
（1）流速（v）：《室外排水设计规范》（GB50014-2006（2016年版））第4.2.7条规定：污水管道在设计充满度下最小设计流速为0.6m/s；第4.2.5条规定：非金属管道最大设计流速为10.0m/s，非金属管道为5.0m/s。在实际计算过程中，计算管段向下游延伸，设计流量也逐段增加，设计流速相应增加或者保持不变；如果管道的流量保持不变，流速不应减小，但是当管道的坡度由大骤然减小的情况下，设计流速允许减小。
（2）充满度（α）：《室外排水设计规范》（GB50014-2006（2016年版））第4.2.4条规定了市政污水管道最大设计充满度。在水力计算时，所选用的充满度不应大于规定的数值。管道在实际运行时，为保证管道不淤积、经济合理地利用管道断面，在设计过程中还应考虑最小设计充满度作为设计充满度的下限值。
（3）管径：《室外排水设计规范》（GB50014-2006（2016年版））第4.2.10条规定了市政污水管道最小管径为DN300。但为减小堵塞，便于养护，很多地区将市政污水管道系统最小管径标准提高至DN400。在实际工程设计时，随着计算管段向下游延伸，设计管段的管径也逐渐增加，一般会增大一~两级，结合实际管材规格应用情况，当管道管径大于DN600时，通常选择偶数管径的管道；当管道坡度骤然增大时，下游管段的管径可以减小，但缩小范围不得超过两级。
（4）坡度：《室外排水设计规范》（GB50014-2006（2016年版））第4.2.10条规定了市政污水管道最小管径DN300时，塑料管的最小坡度为0.002，其他管材为0.003。通常情况下污水管道敷设采用顺坡排水，条件许可时最好与道路的坡度一致。
4、污水管道水力计算过程
前已叙及，污水管道水力计算过程基本问题就是通过设计流量来确定管径和坡度，同时满足各个控制量的要求：
（1）流速：vmin≤v≤vmax；（2）坡度：imin≤i；（3）管径：Dmin≤D；（4）充满度：αmin≤α≤αmax。
在求解过程中，包含管径（D），水力半径（R），流速（v），充满度（α）和坡度（i）五个未知量，水力半径为管径和充满度的函数，故求解过程实际就是调整五个未知量的过程。
在计算过程中，先假定管径和坡度，查表得到流速，充满度，当各个数值满足规范的要求，就可以将假定的管径和坡度作为设计管径和坡度，利用EXCLE列表计算。
由于管段水力计算中以最大日最大时流量作为管道的设计流量，大多数情况管道内流量达不到设计工况，管道内污水流速和充满度都会减小，从而增加管道淤积情况的发生。因此，在管道埋深和末端标高许可的情况下，适当增加管段设计坡度，提高管道中污水流速。常用坡度时管道的最大排水流量如表2所示。
表1最小坡度使管道的最大排水流量
表2常用坡度使管道的最大排水流量
5、污水管道高程系统设计
在污水的排水区域内，控制点的埋深影响着整个管道系统的埋深，因此在确定控制点的埋深时应特别慎重，可能成为污水管道系统控制点的地点有：（1）污水管道系统中离污水处理厂或出水口最远的点；（2）排水流域中，地面高程最低的点；（3）管道埋深有特殊要求的点。管道的最小覆土，一般根据冻土要求、防止地面荷载破坏和满足街区污水管道衔接等要求确定。通常情况下，市政污水管道埋深的制约性因素为第三点，即管线需要满足沿线区域内污水管道的接入要求。
6、结语
本文通过对水力计算各个参数进行分析，对污水管道的水力计算过程和高程控制进行分析探讨在不断提高自己业务水平的同时使设计更加合