2.3 污水收集管网及构筑物设计
2.3.1 污水收集
（1）污水的不同排除方式形成不同的排水系统，简称排水制度，一般分为合流制和分流制。
（2）合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统。合流制又分直接合流制和截流式合流制。
（3）分流制排水系统是对生活污水、工业废水和雨水，分别采用两个或两个以上各自独立的管渠排除的系统。
（4）村庄排水宜采用不完全分流制。雨水宜自然排放，雨水沟渠宜与路边沟结合。集镇排水制度应因地制宜地选择：新建地区宜采用分流制；现有合流制排水地区可随集镇改造和发展逐步完善排水设施；干旱半干旱地区，年降雨量较小，如果单独建设雨水管渠，其使用频率较低，考虑目前乡村的经济条件，可采用合流制。
2.3.2 管网布置
农村生活污水管道系统布置模式如图2－1所示。
图2－1 农村生活污水管道系统布置模式
（a）正交式；（b）截流式；（c）平行式；（d）分区式；（e）分散式；（f）环绕式
1—排水区域分界线；2—干管；3—主干管；4—污水处理站；5—出水口；6—污水泵站
（1）正交式布置。地势向水体适当倾斜，各排水流域的干管可以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置。
（2）截流式布置。在河岸敷设主干管，并将各干管的污水截流送至污水处理站。
（3）平行式布置。地势向河流方向有较大倾斜，为避免干管坡度及管内流速过大，管道遭受严重的冲刷，可使干管与等高线及河道基本平行或成一定倾角。
（4）分区式布置。用于个别阶梯地形或起伏很大的地区，分别在高地区和低地区敷设独立的管道系统，高地区的污水靠重力流直接流入污水处理站，而低地区的污水用水泵抽送至高地区干管或污水处理站。
（5）分散式布置。当排水区域周围有河流或排水区域中央地势高、地势向周围倾斜的地区，采用辐射状分散布置。
（6）环绕式布置。若各排水区域的污水采用集中处理的模式时，排水系统可呈环绕式布置，沿各排水区域四周布置主干管，将各干管的污水截流送至集中污水处理站。
2.3.3 管道设计
（1）设计流程。排水系统在平面上的布置随着地形、土壤条件、河流情况以及污水的种类和污染程度等因素而定；管网的断面尺寸应按远期规划的最大日最大时的流量设计，并考虑村庄远景发展的需要。农村生活污水系统设计一般流程见图2－2。
（2）设计资料。包括对污水量及处理要求、自然条件和工程情况的调查。排水管道系统设计所需的资料范围比较广泛，而农村地区有关这些资料的积累还很匮乏，因此，为了取得准确可靠充分的设计基础资料，设计人员必须到现场进行实地调查踏勘，必要时还应去提供原始资料的气象、水文、勘测等部门查询，将收集到的资料进行整理分析、补充完善。
图2－2 农村生活污水管道系统设计流程
（3）设计方案。步骤为：建立方案比较的数学模型；数学模型的求解；方案比较；综合评价与决策。设计人员根据所掌握的设计基础资料及工程的要求和特点，对工程中一些原则性的、涉及面较广的问题提出不同的解决办法，构成不同的设计方案。对各设计方案深入分析其利弊和产生的各种影响，进行技术经济比较评价。
（4）设计流量。管渠一般使用年限较长，但改建困难，如仅根据当前需要设计，不考虑长远规划，在发展过程中会造成被动；但是管渠系统的基建投资和维护费用都很大，同时农村数据预测的不确定性相比城镇一般会更大，因而设计期限不宜过长，应综合考虑，确定合理的规划期。排水管渠断面尺寸应按规划期内的最高日最高时的流量设计。
1）居住区生活污水设计流量：
式中 Q1——居住区生活污水设计流量，L/s；
n——居住区生活污水定额，L/（cap·d），可按当地相关用水定额的75%～90%采用；
N——设计人口数，可根据现状人口与规划期人口增长率进行估算；
K2——生活污水量总变化系数，《镇（乡）村排水工程技术规程》（CJJ124）推荐的综合生活污水量总变化系数见表2－1。
2）农村服务业（农家乐及乡村旅游等）生活污水及淋浴污水的设计流量：
式中 Q2——农村服务业生活污水及淋浴污水设计流量，L/s；
A——最大从业职工数，cap；
A2——最大接待人员数，cap；
B2——从业职工生活污水定额，以25L/（cap ·d）计；
B2——热车间职工生活污水定额，以35L/（cap· d）计；
K1——从业人员生活污水量时变化系数，以3.0计；
K2——接待人员生活污水量时变化系数，以2.5计；
C1——最大日值用淋浴的从业职工数，cap；
C2——最大日值用淋浴的接待人员数，cap；
D1——从业职工淋浴污水定额，以40L/（cap· d）计；
D2——接待人员淋浴污水定额，以60L/（cap· d）计；
T——每日工作时数，h；淋浴时间以60min计。
3）农村生活污水设计总流量：
Q＝Q1＋Q2
（5）污水管道的水力计算。污水管道水力计算根据水力学均匀流公式进行计算，目的是合理选择管道断面尺寸、坡度和埋深。
1）污水管道设计参数。包括设计充满度、设计流速、最小管径、最小设计坡度、污水管道埋设深度等。
2）设计充满度。根据《镇（乡）村排水工程技术规程》（CJJ124），推荐污水管道应按非满流计算，最大设计充满度应按表2－3取值。
表2－3 最大设计充满度
3）设计流速。与设计流量、设计充满度相对应的水流平均速度称为设计流速。为了防止管渠中发生淤积或冲刷，设计流速应限制在最大和最小设计流速范围之内，保证不冲不淤。根据国内污水管道实际运行情况的观测效果并参考国外经验，污水管渠在设计充满度下的最小设计流速为0.6m/s，含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大。明渠的最小设计流速为0.4m/s。最大设计流速是保证管道中不被冲刷损坏的流速，该值与管道材料有关。通常，金属管道的最大设计流速为10m/s；非金属管道的最大设计流速为5m/s。明渠最大设计流速按表2－4采用。
表2－4 明渠最大设计流速 单位：m/s
（6）最小管径。由于经济原因，规定排水管渠最小管径比城镇小。《镇（乡）村排水工程技术规程》（CJJ124）推荐管道的最小管径宜按表2－5取值。
表2－5 最小管径和最小设计坡度
注 1.管道坡度不能满足上述要求时，可酌情减小，但应有防淤、清淤措施。
2.明渠的最小管径系指明渠的底宽。
（7）最小设计坡度。一般情况下，农村内部对排水管渠的疏通养护水平不及城镇地区，可以适当增加管渠坡度，以减少污泥淤积，因此管渠最小坡度应高于《室外排水设计规范》（GB50014）的对应数据。
（8）埋设深度。为了降低造价、缩短施工期，管道埋设深度愈小愈好，但覆土厚度应有一个最小的限制，否则不能满足技术上的要求，这个最小限制称为最小覆土厚度。《镇（乡）村排水工程技术规程》（CJJ124）推荐管道宜埋在非机动车道下，管道的最小覆土厚度应根据外部荷载、管材强度和土的冰冻情况等条件确定：在机动车道下不宜小于0.7m；在绿化带下或庭院内的管道覆土厚度可酌情减小，但不宜小于0.4m。如管道覆土厚度不能满足上述规定，应对管道采取加固措施，确保管道安全。
（9）污水管道的设计步骤如下：
1）确定排水区界，划分排水流域。排水区界是排水系统设置的界限。
2）合理确定管道敷线和平面布置。
3）控制点的确定和泵站设置地点的选择。
4）设计管段的划分及其设计流量的确定。
5）污水管道的衔接。
（10）材料选择方法。
1）按城镇污水处理厂配套污水管道。城镇污水管线的管道中，常用的有：玻璃纤维增强塑料夹砂管（RPMP），高密度聚乙烯（HDPE）双壁波纹管，钢筋混凝土柔性接口管（RCP）。
2）村庄污水管道。相对城镇，村庄污水排放量很小，相应污水管道管径也很小，一般在D100～D300mm之间，使用塑料管材具有极强的优越性。