關于城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設計的研究

鄒愛珍

（南通景成交通規(guī)劃設計咨詢有限公司，江蘇南通 226500）

0 引言

現(xiàn)如今，隨著社會經濟的日益發(fā)展，人們對水的使用量逐步增大，諸如家庭用水、工業(yè)用水、農業(yè)用水等等。與此同時，如何處理使用過的水已成為人們亟待解決的問題。一般意義上的水處理就是將污水就近排入受納水體，但這種做法卻在一定程度上影響了人們的水源安全，這是片面的水處理方式。以城市用水為例，城市排水管道在市政工程建設中起著舉足輕重的作用。因此，在城市排水管道系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、施工與維護等方面必須作全面的考慮，在保障正常人民生活需要的同時，促進經濟發(fā)展、保護城市環(huán)境。

1 排水管道系統(tǒng)的作用與現(xiàn)狀

城市排水系統(tǒng)是指處理和排除城市污水和雨水的工程設施系統(tǒng)，是城市公用設施的組成部分。城市排水系統(tǒng)是現(xiàn)代城市為了保護環(huán)境，避免水災危害發(fā)生而建設的用來收集、輸送、處理和處置污水的一整套工程設施。完善的城市排水工程能夠很好地保護人民的健康與正常生活。建立健全的排水系統(tǒng)的作用主要有：（1）從環(huán)境保護方面講，排水工程有保護和改善環(huán)境，消除污水危害的作用。而消除污染，保護環(huán)境，是進行經濟建設必不可少的條件，是保障人民健康和造福子孫后代的大事。（2）從衛(wèi)生上講，排水工程的興建對保障人民的健康具有深遠的意義。（3）從經濟上講，首先，水是非常寶貴的自然資源，它在國民經濟的各部門中都是不可缺少的。其次，污水的妥善處理，以及雨雪水的及時排除，是保證工農業(yè)正常運行的必要條件之一。同時，廢水能否妥善處理，對工業(yè)生產新工藝的發(fā)展也有重要影響。（4）污水本身也有很大的經濟價值，如工業(yè)廢水中有價值原料的回收，不僅消除了污染，而且為國家創(chuàng)造了財富，降低產品成本。

發(fā)達國家的城市建設經驗表明，建立健全完善的城市排水管道系統(tǒng)是必不可少的市政工程項目。而我國仍處于發(fā)展中國家，城市建設基礎薄弱，與之相關系的城市排水系統(tǒng)更是落后于發(fā)達國家，發(fā)展相對滯后。即便如此，目前國內對于城市排水管道的重視程度還是遠遠不夠，一是政府在市政工程方面投資少，二是人們對污水的排放意識還有待加強。比如，工業(yè)廢水直接排入附近河道，隨處可見的水源污染，雨水與污水合流等等，種種排水問題得不到妥善解決，排水管網的建設與污水處理不協(xié)調，直接導致的后果就是水源污染，帶來的間接后果就是制約了城市的經濟發(fā)展。因此，如何加強城市污水處理，防止雨污內澇，保護公共水域，維護水資源的可持續(xù)利用，就顯得尤為重要。

2 排水管道系統(tǒng)滯后的原因與機制

隨著我國經濟的發(fā)展，尤其城市發(fā)展速度加快，現(xiàn)在的城市排水量已經達到一定程度，原來管網已經沒法承受了；現(xiàn)在新的管網建設又很差，建設又沒有本著人和自然和諧的精神。從工程方面來說，有一些城市的排水管網設計標準還是蠻高的，有些地區(qū)標準是7 a，或者5 a，但是只是把大部分的投資建設在城市管網，而市政設施標準跟水利的標準，或者跟整個系統(tǒng)的標準沒有銜接好。

通常，人們將城市排水體制分為兩種，一是分流制，二是合流制。合流制只有一個排水管道系統(tǒng)，污水和雨水合流。為處理合流制中的污水，需設置污水截流管。合流制排水系統(tǒng)可以分為直泄式、全處理、截流式，其中截流式合流只適用于舊城改造。分流制排水系統(tǒng)，是指將生活污水、生產廢水和雨水分別在兩種以上管道系統(tǒng)內排放的系統(tǒng)。排除生活污水、工業(yè)廢水或城市污水的系統(tǒng)稱為污水排水系統(tǒng)；排除雨水的系統(tǒng)稱為雨水排水系統(tǒng)。由于排除雨水的方式不同，分流制排水系統(tǒng)又分為完全分流制、不完全分流制和半分流制三種。平時，污水通過截流管送入污水處理廠；雨天，超過截流管輸送能力的雨水和污水混合通過溢流井溢入水體。目前，國內外很多老城市都是采用合流制排水系統(tǒng)。出于對溢流污染方面的考慮，我國許多城市都曾著力將合流制改為分流制。但是這種改變只是停留在采用分流制排水系統(tǒng)可以有效避免雨季溢流污染問題的層面，而沒有認識城市雨水徑流本身，也會帶來比較嚴重的污染問題，而且一些城市改造排水體制面臨難以實施的現(xiàn)實困難及巨大代價。因此，考慮到我國幅員遼闊，地區(qū)差異性極大，新建地區(qū)的分流制選擇，以及一些老城市的合流制改造也很難一概而論，應綜合考慮各地的降雨情況、經濟情況，以及綜合建設情況。

3 排水管道系統(tǒng)的規(guī)劃設計

3.1 設計原則

排水管道施工前，應該對施工方案進行合理的規(guī)劃設計，一方面可以保證排水系統(tǒng)的科學性，另一方面要確保系統(tǒng)的前瞻性與可行性。從事系統(tǒng)的規(guī)劃設計的人員要掌握詳實的基礎資料，結合城市發(fā)展與地形地貌實際，因地制宜地進行排水系統(tǒng)、排水體制、污水處理等的全面規(guī)劃，另外，要結合工程經濟實際，以最小的工程量獲得最大的社會效益為方針，將社會經濟、工程預算、技術手段、環(huán)境保護等多方面綜合因素，融入到整個排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計中去。

一般來說，排水系統(tǒng)的設計規(guī)劃要考慮以下原則：（1）要符合環(huán)境保護的要求；（2）排水工程應該在城鎮(zhèn)總體規(guī)劃的基礎上進行，符合城鎮(zhèn)建設的整體性要求；（3）處理好污染源治理與集中處理的關系；（4）考慮污水回收再利用的方案；（5）綜合考慮給水與防洪綜合問題；（6）按照國家和地方指定的有關標準、規(guī)范，設計排水系統(tǒng)工程，而且要全面規(guī)劃，考慮遠期發(fā)展還有擴建的可能。

3.2 設計參數(shù)

排水系統(tǒng)設計的基本參數(shù)決定了工程規(guī)模與效益，因此在確定設計參數(shù)時，既要考慮經濟合理，又要考慮符合實際操作的可行性。（1）規(guī)劃年限。根據城市發(fā)展將總體規(guī)劃劃分為近期、中期、遠期，規(guī)劃年限越長，參數(shù)的準確性越低，往往偏安全，不易切合實際；而規(guī)劃年限越短，對以后的工程改造會造成資源浪費。（2）排水定額。準確計算城市污水的排放量，結合城市給排水規(guī)劃，合理推斷工程規(guī)劃時期內的排水量趨勢，同時調查地下水滲入量的實際情況。（3）工業(yè)排水量與水質。隨著工業(yè)發(fā)展，工農業(yè)產業(yè)調整，工業(yè)排水量與水質的污染程度都有了很大的改變。（4）徑流系數(shù)。要根據城市地面的鋪砌、植被等覆蓋情況，準確地確定徑流系數(shù)。

3.3 排水系統(tǒng)的布置

排水管道的平面布置，要根據城市地形、豎向規(guī)劃、污水廠的位置、土壤條件、水體情況、無塔供水設備，以及污水的種類和污染程度等因素確定。下面幾種布置形式是以地形為主要因素的布置形式。

3.3.1 正交式布置

在地勢向水體適當傾斜的地區(qū)，各排水流域的干管可以最短距離地沿與水體大體垂直相交的方向布置，這種布置稱為正交式布置。正交布置的干管長度短、管徑小，造價經濟，污水排出迅速。但污水未經處理直接排放會使水體遭受嚴重污染。因此，在現(xiàn)代城市中，直接排放形式僅用于雨水排除。

3.3.2 截流式布置

在正交式布置的基礎上，沿河岸再敷設一總干管將各干管的污水截流并輸送至污水廠，這種布置稱為截流式布置。截流式布置對減輕水體污染、改善和保護環(huán)境有重大作用，適用于分流制的污水排水系統(tǒng)。將生活污水和工業(yè)廢水經處理后排人水體，也適用于區(qū)域排水系統(tǒng)。在此種情況下，區(qū)域性的截流總干管需要截流區(qū)域內各城鎮(zhèn)的所有污水，并輸送至區(qū)域污水廠進行處理。對于截流式合流制排水系統(tǒng)，因雨天有部分混合污水泄人水體，對水體有所污染，這就是合流制的缺點。

3.3.3 平行式布置

在地勢向河流方向有較大傾斜的地區(qū)，為了避免干管坡度及管內流速過大，使管道受到嚴重沖刷，可使干管與等高線及河道基本平行、主干管與等高線及河道成一定斜角的形式敷設，這種布置稱為平行式布置。但是，無塔供水能否采用上述的平形式布置，取決于城鎮(zhèn)規(guī)劃道路網的形態(tài)。

3.3.4 分區(qū)式布置

在地勢高低相差較大的地區(qū)，當污水不能靠重力流流至污水廠時，可采用分區(qū)式布置。分區(qū)式布置的含義是：分別在地形較高區(qū)和地形較低區(qū)依各自的地形和路網情況敷設獨立的管道系統(tǒng)。高地區(qū)污水靠重力流直接流人污水廠，低地區(qū)污水用水泵抽送至高地區(qū)干管或污水廠。這種布置只能用于個別階梯地形或起伏很大的地區(qū)，其優(yōu)點是能充分利用地形較高區(qū)的地形排水，節(jié)省能源。

3.3.5 分散式布置

當城市周圍有河流，或城市中央部分地勢較高、地勢向四周傾斜的地區(qū)，各排水流域的干管常采用放射狀分散式布置，各排水流域具有獨立的排水系統(tǒng)。這種布置具有干管長度短、管徑小、管道埋深淺等優(yōu)點，但污水廠和泵站(如需要設置時)的數(shù)量將會增多。在地形平坦的大城市，采用輻射狀分散布置也可能是比較有利的。

3.3.6 環(huán)繞式布置

在分散式布置的基礎上，沿城市四周布置截流總干管，將各干管的污水截流送往污水廠，這種布置稱為環(huán)繞式布置。在環(huán)繞式布置中，便于實現(xiàn)只建一座大型污水廠，避免修建多個小型污水廠，可減少占地、節(jié)省基建投資和運行管理費用。

應當注意的是城市的地形是非常復雜的。加之多種因素的影響，在實際中單獨采用一種形式布置管道的情況較少，通常是根據當?shù)貤l件，因地制宜地采用各種形式綜合布置。

3.4 排水管道的施工組織

3.4.1 選定排水出路

（1）盡可能地使用原有或天然的排水系統(tǒng)排除雨污水；

（2）在排水系統(tǒng)高程及管道流量的原則之下，使得雨污水順利排出。

3.4.2 劃分匯水面積

（1）要結合地形地貌實際，與城市發(fā)展總體規(guī)劃相結合，按照城市布局劃分排水區(qū)域；

（2）雨污水的匯水面積不宜過大或者過小；

（3）雨污水的匯水面積形狀要盡量規(guī)整，符合當?shù)氐牡匦翁攸c；

（4）雨污水的匯水區(qū)域布局要合理，統(tǒng)籌規(guī)劃。

2.4.3 選擇排水線路

（1）排水管道的線路須服從排水規(guī)劃的統(tǒng)籌安排；

（2）盡量避免排水管道穿越不容易通過的地帶及構筑物。

3.4.4 確定排水管道系統(tǒng)的控制高程

（1）排水管道出口的控制高程；

（2）排水管道起點的控制高程；

（3）排水管道系統(tǒng)中，各重要節(jié)點的控制高程。

4 排水系統(tǒng)的完善措施

我國城市雨水排水系統(tǒng)應更多地采用綠色措施，不應僅拘泥于簡單的合與分，應更多地從資源利用、調控減排、控污、生態(tài)等多角度出發(fā)考慮。從城市良性水循環(huán)系統(tǒng)角度考慮，正是新型排水系統(tǒng)的核心理念。中國多數(shù)城市排水管道不成系統(tǒng)，有的利用街道、河道排水，影響環(huán)境衛(wèi)生。有的排水能力低，致使有的城市雨后長時間積水，對生活、生產影響很大。為此要從以下幾個方面著手：

（1）應盡快探索經濟、高效、節(jié)能、技術先進的、符合中國國情的城市污水處理新工藝和新技術。

（2）應大力開展污水資源化研究。

（3）應大力加強水質檢測新技術、操作管理自動化和水處理設備標準化的研究工作。

（4）積極開展研究和加以推廣無害無廢水工藝、閉合循環(huán)和綜合利用等控制工業(yè)污染的新技術。

（5）應著手進行區(qū)域排水系統(tǒng)的研究工作，運用系統(tǒng)工程的理論和方法及電子計算技術，從整個河流的范圍出發(fā)，尋求水污染控制的設計和管理的最優(yōu)方案。

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