山地城市給排水工程設計若干問題探討

真莊波

福建省南平市城鄉規劃設計研究院，福建 南平 353000

0 引言

給排水工程建設是城市建設重要組成部分，近年隨著國家對人飲工程及水污染治理的重視，主要給排水工程建設有城鄉供水一體化建設、城區的雨、污分離改造，本文將從山地城市給排水工程特點的分析出發，結合在設計過程中發現的若干問題進行總結，給山地城市的建設部門在給排水工程的建設中提出相對合理化的建議。

1 南平地區給排水工程的特點分析

南平地區的地形比較復雜，給排水工程的特點包括：（1）南平地區的水源基本取地表水，特別在集鎮和村莊區域，水源大部分取山壟地表水，水質較好，但是雨季泥沙量多，且水源來水量受季節影響較大。受山地城市地形制約，造成山地城市用地狹長布置，形成水廠多、供水規模小的特點。需水量隨著人口和經濟的增長逐年上升，城市不斷擴張，管網末端水壓小。（2）山地城市一般地勢起伏、道路坡度大，管道敷設方式多種多樣。管道深填、挖方基礎較多，在這種地質條件下，基礎處理不好，容易發生地質不均勻沉降，使管道發生不均勻沉降的狀況。

由于建設時序的問題，管道沒有隨道路配套建設，給排水管道后期建設由于不能破路，經常沿河灘地，路邊鋪設，由于地形復雜管道架空敷設，埋地敷設排水管道中部分管道埋深很大，同時經常出現水流垂直跌落的情況，所以在山區城市中管道敷設是一個值得探討的問題。

山地城市道路縱坡大，故鋪設排水管道縱向坡度比較大，排水管道的流速較大，管道流速大對管道和檢查井沖刷也比較大，所以山地城市排水管材的選擇也較為重要［1］。

2 山地城市取水構筑物選擇問題

近年來的設計過程中發現，山溪取水的采用的是壩前式取水,壩前取水是利用擋水堰形成一定的庫容,在壩前設置引水管,具有結構簡單,易于施工的特點，但是存在抗淤積和抗泥石流能力差的問題。由于壩前式取水的取水口一般位于擋水堰的底部,一旦擋水堰前面發生泥沙沉積,就將影響取水，雨季溪內的來水含沙量較大,同時山區取水壩一般位于深山老林中，落葉較多，取水管受到淤積體的影響嚴重,因而給管理維護帶來巨大的困難。由于取水口一般位于山上，道路交通不方便，擋水堰內淤死,只能依靠人工進行清理,維護取水系統停水時間長,從而導致壩前式取水的運行效果和可靠性實際上很差。

根據多年的設計經驗總結，經過分析研，解決山溪取水汛期擋水堰易遭淤死的問題,筆者認為可采取壩后式取水的方式，如下圖1 所示：

圖1 壩后式取水示意圖

取水口設在壩后,壩前水滿后,溪水翻過擋水堰進入壩后取水口,在取水口處設置過濾網，經原水管道輸送至沉沙池，該方式需要在壩后修筑取水構筑物,但取水口位于擋水堰的后方,即使擋水堰內的泥沙淤積亦可保障正常的供水,即使雨季溪水含泥沙量大，導致擋水堰淤死,壩后式取水方式仍可以保證一段時間的正常供水,在平時樹葉若掉入壩后取水位置，在水流較大的情況下，漫過前壩后，通過水流的沖擊，可將樹葉等輕型雜物沖開，避免取水頭部受堵。經過多次工程實踐,已充分驗證了壩后式取水方式相對于壩前式取水方式所具有的優勢,即壩后式取水方式擁有更強的抗淤積和抗泥石流的能力。

3 山地城市高位調節水池設置問題

以福建省北部地區山地城市，作為山地城市，南平市城鄉給水系統的設計、建設和管理維護具有其他平原城市有所區別的地方，南平市大部分地區用地狹長布置，而部分縣市由于城市逐漸往規劃區邊界發展，管網不斷延伸，設置泵站后，部分地區無設置高位水池，導致高峰期末端水壓、水量偏小，近年在管網改造后，在末端設置高位水池后，供水系統得到完善，逐漸滿足供水需求，所以山地城市應充分利用地形優勢，盡可能建設高位調節水池，高位水池即能滿足高峰期供水末端水量不足的問題外，還可以保證供水系統中供水的壓力穩定，也可以降低供水不均勻系數，從而減小供水管管徑，減少工程造價。

山地城市沿河流走向縱向發展，用地大多為狹長型布局，所在延平區亦是如此，根據歷年經驗，建議山地城市地形復雜，高低起伏較大，大部分用地高程較高，應采用中途供水加壓泵站配合高位調節水池供水的方式，保證高峰期供水管網系統水壓平衡，供水末端水量需求［2］。

4 山地城市排水管道的敷設問題

4.1 埋地敷設

山地城市開發區建設過程中，道路路基往往出現半挖半填，在布置排水管道時，應注意將柔性管布置于填方區，將剛性管布置于挖方區，且填方段應做好地基的處理，填方不大的情況下，應采用沙礫石回填做地基，填方較大情況應根據實際情況特別處理。管槽施工中，鋼筋混凝土管等剛性管道的管槽同柔性管道的管槽要求基本相同，槽基底的土層密實度一般為原土夯實到90%以上的密實度，在開挖施工及排水中應注意保持土的原狀結構，避免擾動或超挖基底，應做倒基槽一開挖立即進行管基施工，不得使基底暴露過久；基底設計標高以上30cm厚，不得提前挖除，應在管基施工的同時方可挖除，萬一基底土壤已受擾動或超挖,必須予以夯填碎石并找平。管槽承載力需達到驗收規范要求。

4.2 架空敷設

架空敷設利用管道自身的強度和剛度，將管道作為結構體，用柱、墩等做支撐。由于利用管體作為結構體對管道自身的強度及剛度(環剛度和縱向剛度)要求都較高，城市近年來大量建設污水沿江截污管道和污水壓力管道，而城區里基本建成，無法開挖現狀路面，所以管道基本沿江邊布設，地形相當復雜，地形高低起伏，地質情況多變，經常需要架空才能穿越部分路段，近年來南平市的壓力管的架空管基本采用鋼管，實際應用效果良好，因若采用柔性管材采用直接架空方式則要求管體有很高的環剛度和縱向剛度，其設計最大跨度小于鋼管，且硬度沒鋼管高，但鋼管的使用中應注意鋼管的外防腐。

5 山地城市排水管道的坡度與流速問題

在重力流排水管道系統的運行中管徑、坡度、流速是3 個相互制約的參數，在管道設計中應在管道運行的合理性和工程造價2 個方面中尋找平衡點，使得在最低工程造價上管道運行最合理。在山地城市，由于道路縱坡很大，可充分利用大縱坡帶來的坡降進行重力流排水，增加流速，減小管道斷面，從而降低工程造價，所以排水管道的敷設坡度一般盡量跟道路坡度接近，但若道路縱坡過大，導致流速大大超過最大設計流速，此時應適當調小管道坡度，采取一些跌水消能措施，規范中提出管道跌水水頭為1.0～2.0m時，宜設跌水井；跌水水頭大于2.0m時，應設跌水井，結合近年排水設計，長距離的較大坡度的道路管道施工，且管道跌水在0～1.5m 之間時，若采用跌水井，則工程造價大，且施工進度慢，認為可采用檢查井井內做沉泥槽，井底鋪毛混凝土的形式解決由于跌水對檢查井的破壞，施工后對排水處的回訪中了解到，該種做法效果良好，未出現井被破壞的情況。

管道流速與管壁的粗糙程度有關，管材不同，其粗糙系數也不同，當管徑、坡度等條件相同時，內壁較光滑的管道水流速度較大，具有較大的通水能力，當設計流量一定時，采用阻力較小的管道，可利用增大流速減小管道斷面，節省工程造價。試驗表明，目前市場上一些新型化學管材的耐沖刷能力甚至高于鋼管，遠大于鋼筋混凝土管材，排水管道過去常用管材是鋼筋混凝土排水管，根據國家及省建設廳要求，污水管道必須采用橡膠圈柔性接口的承插式鋼筋混凝土排水管，禁止采用剛性接口的平口鋼筋混凝土排水管或低標準的排水溝渠，以防止接頭滲漏。近年來各種塑料排水管發展迅速，部分地區已開始采用塑料螺旋管、波紋管、纏繞管、玻璃鋼夾砂管等埋地排水管［3］。

6 結束語

山地城市給排水工程設計中存在很多疑難點,有共性、特性問題，設計人員需在經驗總結的基礎上，結合山地城市實際情況及給排水管道的特殊性，解決山地城市給排水工程設計中的問題，從而保證山地城市給水系統的合理性，確保排水工程中管網的的順利鋪設。