城市排水系统设计与维护手册

城市排水系统设计与维护手册前言城市排水系统是保障城市运行安全、改善水环境质量的核心基础设施，承担着收集、输送、处理雨污水及防治内涝的重要功能。随着城市化进程加速与气候变化影响加剧，传统排水系统面临“内涝频发、水质污染、运维低效”等挑战。本手册以《室外排水设计标准》（GB____）《城镇排水管道维护安全技术规程》（CJJ____）等规范为依据，结合工程实践经验，系统阐述排水系统的设计逻辑与维护管理要点，旨在为设计人员、运维人员提供专业、实用的技术指导。第一篇排水系统设计第一章设计规划原则1.1系统性原则排水系统设计需统筹流域、城市、片区三个层级：流域层面：衔接上下游河道、水库等水利工程，确保排水出路畅通；城市层面：协调与道路、给水、电力等市政设施的空间布局，避免管线冲突；1.2适应性原则人口与用地规划：按远期（20-30年）人口规模与建设用地布局设计，预留管网扩容空间；气候变化：采用提高暴雨重现期（如重要区域从3年提升至5年）、增加调蓄设施等措施，应对极端降雨。1.3生态性原则融入海绵城市理念，推广低影响开发（LID）设施（如雨水花园、生物滞留池、透水铺装），实现“渗、滞、蓄、净、用、排”一体化，减少雨水径流对管网的冲击。1.4经济性原则平衡初期投资与长期运行成本：新建城区优先采用分流制（污水、雨水分开输送），降低污水处理厂负荷；老城区改造可采用截流式合流制（截流初期雨水与污水至污水处理厂，后期雨水溢流至河道），减少改造工程量。第二章排水体制选型体制类型适用场景优势局限性分流制新建城区、环境敏感区域污水收集率高，雨水可直接利用管网工程量大，初期投资高合流制老城区、建筑密度高区域管网工程量小，改造难度低雨天污水溢流污染河道截流式合流制老城区合流制改造兼顾污水收集与雨水排放截流倍数（1-5倍）需合理确定，避免溢流选型要点：环境要求：饮用水源保护区、风景名胜区必须采用分流制；地形条件：地形平坦区域（坡度<0.3%）宜采用截流式合流制，减少管网埋深；污水收集率：分流制要求污水收集率≥90%，否则需配套截流设施。第三章管网系统设计3.1设计标准暴雨强度公式：采用当地气象部门提供的公式（如北京公式：\(q=\frac{2001(1+0.811\lgP)}{(t+8)^0.711}\)，其中\(q\)为暴雨强度（L/(s·ha)），\(P\)为重现期（年），\(t\)为降雨历时（min））；重现期：一般区域1-3年，重要区域（如机场、火车站）3-5年，特别重要区域（如市中心商业区）5-10年；降雨历时：\(t=t_1+mt_2\)，\(t_1\)为地面集水时间（5-15min），\(t_2\)为管内流行时间（min），\(m\)为折减系数（暗管取2，明渠取1.2）。3.2水力计算基本公式：曼宁公式\(v=\frac{1}{n}R^{2/3}I^{1/2}\)，其中\(v\)为流速（m/s），\(n\)为曼宁系数（塑料管0.009-0.011，混凝土管0.013-0.017），\(R\)为水力半径（m），\(I\)为水力坡降；流速要求：污水管最小流速0.6m/s（防止淤积），雨水管最小流速0.75m/s（防止泥沙沉积）；最大流速：金属管10m/s，塑料管5m/s；充满度：污水管最大充满度（管径≤300mm时0.5，____mm时0.6，____mm时0.7）；雨水管按满流设计。3.3管材选择管材类型材质适用场景优点缺点混凝土管钢筋混凝土/预应力混凝土埋深大、荷载大区域强度高、价格低重量大、易腐蚀（污水管需做防腐）塑料管PVC/HDPE埋深浅、施工空间小区域重量轻、耐腐蚀、施工快耐高温性差（≤45℃）铸铁管球墨铸铁高压、穿越铁路/河道区域强度高、抗冲击性好价格高、安装难度大选型建议：污水管：优先选择HDPE管（耐腐蚀）或预应力混凝土管（埋深>4m）；雨水管：优先选择混凝土管（成本低）或PVC管（施工快）；压力管（泵站出水管）：选择球墨铸铁管（抗高压）。第四章附属设施设计4.1检查井设置间距：污水管20-30m，雨水管30-50m；在管线转弯、变径、变坡处必须设置；结构要求：井壁采用混凝土或砖砌体，井底设流槽（曲率半径≥管径1/2），井深>1.5m时设爬梯；井盖：采用防盗、防沉降井盖（如球墨铸铁井盖），井盖标高与路面平齐（误差≤5mm）。4.2雨水口布置原则：设在道路低洼处、路口转角处（距路缘石0.5-1m），每个雨水口服务面积____㎡；类型选择：平箅式雨水口（适用于路面平整区域）、立箅式雨水口（适用于绿化带或人行道）；过滤设施：雨水口内设置格栅（间隙≤20mm），防止垃圾进入管网。4.3截流井位置：合流制管网与截流干管的交汇处；截流倍数：\(n_0=\frac{截流雨水量}{旱流污水量}\)，一般取1-5倍（环境要求高时取5倍）；结构：采用堰式或槽式截流井，确保旱流污水全部截流，雨天超过截流倍数的雨水溢流至河道。4.4泵站设计流量：按远期最大日最大时流量计算；扬程：\(H=h_1+h_2+h_3+h_4\)，其中\(h_1\)为吸水管水头损失，\(h_2\)为压水管水头损失，\(h_3\)为泵站净扬程（集水池最低水位至出水池最高水位），\(h_4\)为安全水头（0.3-0.5m）；备用泵：备用泵数量≥工作泵的1/2（如3台工作泵配2台备用泵），确保故障时正常运行。第五章生态排水设施设计5.1雨水花园位置：道路绿化带、小区庭院等低凹区域；结构：从上至下依次为种植层（____mm，植被选择耐涝、耐旱植物如鸢尾、美人蕉）、过滤层（____mm，采用砂、砾石混合材料）、排水层（____mm，采用砾石）；功能：拦截雨水径流中的悬浮物、污染物（去除率：SS≥80%，COD≥50%），延缓径流峰值。5.2生物滞留池适用场景：停车场、广场等硬质地面周边；设计参数：池深0.6-1.2m，水力停留时间24-48h，渗透系数≥1×10⁻⁶m/s；注意事项：底部设置防渗层（如土工膜），防止污染地下水（当地下水埋深<2m时）。5.3透水铺装类型：透水砖（适用于人行道）、透水混凝土（适用于停车场）、透水沥青（适用于自行车道）；性能要求：透水系数≥1×10⁻⁴m/s（满足暴雨时雨水快速渗透），抗压强度≥C30（满足车辆荷载）；优势：减少地表径流（削减率≥50%），补充地下水。第二篇排水系统维护与管理第一章日常运维管理1.1管网巡查巡查频率：日常巡查每周1-2次（重点区域如商业区、医院每天1次）；专项巡查（如暴雨前、施工后）每月1次；巡查内容：井盖：是否丢失、破损、沉降；管网：是否有堵塞、渗漏、坍塌；雨水口：是否有垃圾堆积、格栅破损；泵站：电机运行是否正常、集水池水位是否超标。1.2清淤疏浚清淤周期：雨水管每年雨季前清淤1次（淤积率≥10%时及时清淤）；污水管每2-3年清淤1次；清淤方法：机械清淤：采用管道疏通车（适用于管径≥300mm的管网）；水力冲洗：采用高压水射流（适用于管径≤600mm的管网）；人工清淤：仅适用于无法采用机械的小管径管网（需做好安全防护，如气体检测、通风）。1.3设施检修检查井：每5年检修1次，修复破损的井壁、更换老化的爬梯；雨水口：每季度清理1次格栅内的垃圾，每年更换1次损坏的格栅；泵站：每季度检查1次电机、水泵的运行状态，每年进行1次全面检修（如更换密封件、润滑轴承）。第二章常见故障处理2.1管网堵塞原因：垃圾（塑料袋、树叶）、泥沙沉积、管道变形；处理方法：轻度堵塞：用疏通机（弹簧钢丝）疏通；重度堵塞：采用高压水冲洗（压力≥10MPa）；管道变形：开挖更换管材（如HDPE管）。2.2管网渗漏原因：管材破损、接口密封失效、地基沉降；处理方法：局部渗漏：用防水砂浆修补（适用于混凝土管）或热缩套包裹（适用于塑料管）；大面积渗漏：更换管材（如球墨铸铁管）。2.3管网坍塌原因：地基不均匀沉降、车辆超载、施工破坏；处理流程：1.立即设置警示标志（隔离带、警示灯），疏散周边人员；2.关闭上游阀门，停止污水/雨水输送；3.采用钢板桩加固坍塌区域，防止进一步扩大；4.开挖更换坍塌管道（采用钢筋混凝土管或球墨铸铁管）；5.恢复路面，进行压实度检测（≥95%）。第三章应急管理体系3.1内涝应急应急预案：制定分级响应机制（蓝色预警：暴雨重现期1-3年，黄色预警：3-5年，橙色预警：5-10年，红色预警：≥10年）；应急物资：储备水泵（流量≥100m³/h）、沙袋（≥1000个/片区）、警示标志（≥50个/片区）、照明设备（≥20套/片区）；应急流程：1.预警发布：气象部门发布暴雨预警后，启动应急预案；2.人员部署：运维人员到达易内涝点（如立交桥下、低洼路段）值守；3.排水作业：开启泵站全部水泵，使用移动水泵抽排积水；4.信息发布：通过短信、APP通知居民绕行内涝区域。3.2污水溢流应急原因：暴雨时截流井超过截流倍数、泵站故障；处理流程：1.关闭截流井的溢流阀门，启动备用泵；2.通知污水处理厂增加处理能力；3.联系环保部门监测溢流污水的水质（COD、NH3-N、SS）；4.溢流结束后，清理溢流口周边的垃圾，消毒处理受污染区域。第四章智慧化运维实践4.1物联网监测系统传感器部署：在检查井、泵站、截流井安装水位传感器（监测管网水位）、流量传感器（监测污水/雨水流量）、水质传感器（监测COD、NH3-N、SS）；数据传输：采用LoRa或NB-IoT技术，将数据传输至监控中心；预警功能：当管网水位超过警戒值（如满管水位的80%）时，系统自动发送报警信息（短信、APP）。4.2大数据分析平台数据挖掘：分析历史流量、水位数据，预测管网堵塞点（如某路段管网流量持续下降，可能存在堵塞）；优化调度：根据暴雨预警信息，提前调整泵站运行策略（如增加水泵开启数量），减少内涝发生；绩效评估：统计管网清淤率、设备故障率等指标，评估运维效果。4.3数字孪生系统系统功能：构建管网的三维数字模型，模拟暴雨、泵站故障等场景下的管网运行状态；应用场景：设计优化：模拟不同重现期暴雨下的管网水位，调整管网管径；应急演练：模拟内涝场景，训练运维人员的应急处置能力；决策支持：为管网改造、设施升级提供数据支持（如某片区管网淤积严重，建议更换为大管径管材）。附录相关规范与标准1.《室外排水设计标准》（GB____）2.《城镇排水管道维护安全技术规程》（CJJ____）3.《海绵城市建设技术指南》（建城〔2014〕275号）4.《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB____）5.《给水排水管道工程施工及验收标准》