探究節能技術在市政給排水設計中的應用

方宇 王燁冬 陸頌

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010；2.重慶市渝山水資源開發有限公司，重慶 402760）

現階段我國社會經濟發展迅速，各行業領域對于資源的需求量也不斷增加，在資源總量有限的情況下，必須要通過貫徹節能理念來實現資源的可持續利用。近年來，我國加大城市化建設步伐，城市基礎設施建設中，市政給排水工程尤為重要，在城市建設規劃要求不斷提高的背景下，給排水建設標準要求也不斷提高。當前，美麗城市、低碳城市的觀念深入人心，城市建設過程當中越來越強調節能理念與節能技術的引入和應用，因此，在市政給排水工程設計中，也應該關注節能技術的積極引入，堅持低碳環保，綠色可持續發展方向。市政給排水工程，作為城市建設基礎設施，其建設規模比較大，對于各種資源以及材料的消耗量比較大，為此，必須要高度重視市政給排水設計，正視現階段市政給排水設計存在的問題，并采取有針對性的解決方案，積極引入節能技術，關注市政基礎設施建設的可持續發展，維護城市生態環境平衡，保障城市健康發展。

1 市政給排水設計概述

近些年來我國城市建設發展速度非常快，與此同時，城市環境污染問題也越來越嚴重，已經形成了較大的水資源危機。在市政給排水系統設計中，必須要對水資源的高效合理利用進行科學考慮。應該結合實際情況利用城市水資源，挖掘城市水資源潛能。由于城市水資源分布比較廣泛，在進行給排水設計時，應該給予水資源配置充分的關注。在市政排水設計中，需要注意以下幾個方面的問題：一方面是污水設計。在排水系統規劃建設過程中，應該充分考慮城市污水的問題，協調污水廠的處理能力與污水排放量；另外一方面，目前城市不透水面積不斷增大，必須通過先經濟方法與技術的應用來提高雨水入滲率，以避免出現“水浸街”的情況。除此以外，在市政排水系統設計過程中，對管道材料質量、施工工藝等應該給予充分的考慮，設計合理科學的排水體系，以確保能夠得到較為科學合理的設計數據。雖然我國水資源總量比較豐富，但在人口基數龐大的情況下，人均水資源擁有量遠低于世界平均水平，對此，為了保證水資源的可持續利用，就必須將節能技術引入市政給排水設計中。

2 現階段市政給排水設計中存在的主要問題

從當前我國市政給排水設計施工的實際情況來看，主要存在以下幾個方面的問題。

2.1 節能減排意識不足

從當前市政給排水設計來看，節能意識不足是一個突出的問題，主要體現在兩個方面：一方面，一部分市政給排水設計人員在傳統設計理念的制約下，以及片面迎合施工單位的要求，而沒有重視市政給排水工程節能減排的需要；另一方面，市政給排水工程施工過程當中，有一些施工單位為了片面追求施工效益，降低施工成本，從而不愿意在給排水設計施工方面引入節能技術。節能減排意識不足，導致市政給排水設計沒有綠色可持續發展理念，這與當下我國城市化建設的相關要求背道而馳。

2.2 設計缺乏協調性

當前，我國城市化建設可謂是日新月異，不同的工程領域有著不同的施工標準和技術要求，而很多工程施工都會對給排水設計造成影響。從當前市政給排水施工設計來看，往往欠缺對城市整體市政設施的全方位考慮，尤其缺乏前瞻性，沒有能夠和其他類型的建設有機銜接起來，從而存在設計不協調的問題，這樣的設計方案往往會導致排水不暢，引發環境污染等問題，甚至埋下較大的安全隱患。現階段城市工程類型多種多樣，施工非常頻繁，就市政工程給排水系統進行改造以及設計時，常常會受制于經濟投資，因此欠缺長遠的考慮。例如，在對，雨水管道的設計方案中，存在徑流計算不準確、管材質量不達標以及管道敷設不合理等多個方面的問題，污水管道沒有安裝好相關的處理設施，從而給污水處理廠造成極大的壓力和負擔，容易給環境造成嚴重的污染。目前我國許多市政工程項目建設都是根據城市發展規劃方案來實施的，但很多城市發展規劃實際上具有滯后性，沒有與時俱進，對其中的一些內容進行調整，但城市發展的步伐不斷加快，城市人口規模也不斷增加，原本的規劃方案可能逐步出現不合理之處，沿用過去的設計方案，自然難以滿足現實需要。由于城市規劃設計的長遠方案同現實情況不符合，也增加了市政給排水設計的難度。

2.3 市政給排水管網運行存在異常

給排水管網運行存在異常情況的主要原因包括管材質量不過關，管道長時間使用出現老化以及長期超負荷運行、敷設不合理等等，由于這些問題的存在，直接導致了水資源的損失，同時也影響了供水水質，降低了供水的品質。我國有很多老城區的供水管道使用年限比較久，管道長時間的負荷比較重，長期處于超限運行的狀態，再加上原本落后的材質，導致管道出現嚴重的漏水等問題，不僅直接造成了水資源的浪費。同時，管道發生破損，，在后續的水資源傳輸過程當中，水流就會滲入到周圍的土壤當中，不僅導致管道銹蝕，縮短管道的使用年限，甚至還可能引發路基塌陷等嚴重的后果。除此以外，還存在管道敷設不合理的問題。在市政給排水工程施工過程當中，由于沒有進行全方位的施工監管，導致施工過程中存在管道材料不合格以及管道敷設施工不標準等情況。例如，主管道埋設深度不夠，從而導致支管道中的水匯入困難，由此增加了支管道的承受壓力，直接造成管道損壞。除此以外，在一些老城區的常見雨污合流管段，常常存在管段破損、污水滲漏的問題，對城市環境造成極其不良的影響。

3 市政給排水系統節能技術應用策略（如圖1所示）

圖1 市政給排水系統

3.1 進行科學的給排水設計規劃

每個城市發展的情況不同，在市政給排水設計中也需要因地制宜，采取科學合理的設計方案。在規劃設計過程當中，為了踐行可持續發展理念，實現節能減排的目的，就必須在不違背城市整體規劃的情況下進行科學設計。具體而言，可以采取以下幾方面策略：首先，對水系統必須進行全面科學的規劃設計。充分利用好水管道中的水，如果管道壓力足夠，那么就不需要進行加壓；其次，可采取加壓供水和直接供水的分區供水模式；再次，對污水量必須進行科學的預估。在當前城市快速發展的背景下，城市人口的規模不斷增加，與之相對應的是排水量規模的不斷擴大，因此，在給排水設計過程中，應該科學預估污水排放量，合理規劃管道敷設，以避免因污水排放量過大，而導致管道負荷超限引發破裂等情況。最后，針對洪澇災害要提出預處理措施。具體可根據城市多年來的規劃以及洪澇災害數據，對城市汛期進行提前合理預估，并設計好災害預處理方案，以確保在洪澇災害發生時，城市排水系統能夠正常運行，從而避免內澇現象。

3.2 有效降低管道漏損率

管道是市政給排水設計中使用量非常大的一種材料，管道出現漏損現象，不但會影響其功能的正常發揮，導致水資源浪費現象，同時還可能埋下一定的安全隱患，因此必須要引起足夠的重視。為有效降低管道漏損率，融入節能設計理念，就必須做好以下幾方面工作：首先，在給排水設計過程中，對于管材以及接口應該進行合理選擇，確保管網壓力以及水量分配能夠得到優化，從而使管道不會承受過載壓力，能夠有效降低管道發生破損等的幾率。另外，在市政給排水設計中，在新建給水管道時，應該選擇品質達標、符合國家相關要求的管材，采用高度較好且不易生銹的管道材料，例如球墨鑄鐵管、聚乙烯管材等。除此以外，設計人員還要注意，對供水管網進行優化設計，水源一旦發生改變，要根據平差等手段來對供水管道的壓力以及管徑進行合理化設計，以避免管道長期處于超負荷運行狀態，從而導致管道漏損，影響其正常使用。除此以外，在市政給排水設計當中還可以積極建設“互聯網+智慧水務”平臺等，針對供水管網進行更加有針對性的管理，通過在不同管理區域的進出水管上安裝流量計，就可以對管道漏損情況有較為全面的把握和監測。比如，當在某次檢測中出現流量同平時流量相比差距比較大的情況，就可以快速發現管道漏損問題，并查找相應部位，及時進行堵截維修。

3.3 合理應用中水系統

我國水資源總量儲備豐富，但由于人口基數龐大，城市化進程不斷推進，因而水資源消耗量巨大，再加上水資源浪費比較嚴重，因此貫徹落實可持續發展理念，使水資源節約深入人心非常重要。所謂中水指的并不是受到嚴重污染的水資源，這類水資源雖然不是純凈水資源，但仍然可以進行合理化利用。例如，廁所用水量比較大，如果使用純凈水資源，必然會造成極大的資源浪費，而應用中水就能夠一定程度上實現資源節約。所謂中水回用系統，實際上就是將城市生活污水或者是工業廢水經過，深層次的技術處理之后，使其中的一些有害有毒物質被很好地去除，凈化之后，從而滿足國家相應的“雜用水”標準，在生活中同樣能夠發揮其利用價值。在城市給排水設計中，合理應用中水回用系統，不但能夠解決污水排放的問題，同時能夠通過水資源的循環利用，極大減少水資源的浪費。中水系統的顯著優勢在于水資源的循環利用，這對于減少水資源浪費，踐行水資源節約理念至關重要。

3.4 做好積水管道壓力管控

在給排水管道中，水的流動存在著一定的壓力，如果這種壓力在適宜范圍內，那么對于給排水管道的影響并不大，如果這種壓力超過了管道所能夠承載的負荷，那么便很容易造成管道破損。因此，在市政給排水設計中，關注積水管的壓力管控也是非常必要的。對于水量壓力比較小的情況，可以不用做特殊處理，直接供水即可。而對于城市高層用戶，由于水壓比較大，因此往往要采用二次加壓方式進行供水，以盡可能降低水壓對管道造成的不良影響。

3.5 科學敷設管網

從影響給排水工程造價的各種因素來看，管道管材以及埋深是其中的重要影響因素。一般情況下，要盡可能避免進行雨水以及污水管道的長距離敷設，并要控制好其埋設深度，以此才能夠實現碳減排，貫徹節能理念。在進行污水以及雨水的管道布置時，可盡量將其布置在非機動車道下方，進行單側或者雙側平行布置。在市政給排水污水設計中，對于比較偏遠的城市郊區周圍缺乏污水處理設備的情況下，可以考慮增加小型污水處理設備，以避免污水進行長距離輸送造成成本增加。處理設備的選用既要考慮到其應用質量，同時也要考慮到能耗問題，盡可能選用低耗能的設備。此外，還可以充分運用先進的人工智能技術，對進出水水量以及水質等數據進行實時監測，精細化控制加藥系統，以盡可能減少能源損耗以及藥耗，達到污水處理低碳運行的目的。在市政雨水排水設計中，應該積極引進“海綿城市”理念，“海綿城市”具有良好的適應彈性，下雨時能夠實現吸水、蓄水以及凈水，在需要時又可以將蓄水“釋放”利用，對于保護城市生態平衡而言具有重要意義。通過統籌設計雨水花園、景觀水池、生態樹池、生物滯留池、下沉廣場等LID設施，充分利用截留、下滲的方式，來降低城市汛期雨水徑流，以避免出現城市內澇問題，同時還能夠實現節能目的。

3.6 合理利用可再生能源

市政給排水工程是一個系統化、綜合化的大型工程，在工程設計的過程當中，貫徹落實節能減排理念，不僅僅要控制好水資源能耗，同時還要盡可能實現對其他可再生資源的高效利用。太陽能作為一種可再生能源，同時也是一種清潔能源，不會對生態環境造成污染。因此，在市政給排水設計過程中也可以考慮利用太陽能，來為給排水工程運轉提供相關的能源支持。當然，還有其他很多新型能源，同樣也可以應用到市政給排水工程建設中。隨著相關技術不斷成熟，未來將會有更多可再生能源用于市政給排水工程建設，能夠大力促進節能減排工作的開展。

3.7 應用雨污分流制系統

在市政給排水設計過程中，可應用雨污分流制系統，也就是將雨水以及污水進行分門別類的收集輸送以及排放，雨水主要排放的城市河流以及其他城市水體中，而污水則要集中運輸的污水處理廠站。進行雨污分流設計，其主要目的在于降低城市污水處理廠的處理壓力，確保污水處理效率和污水處理量，以實現污水處理的碳排放控制目的。同時這樣做也有利于降低污水處理廠的處理成本，實現節能目的。針對市政工程中的雨水管道，可根據暴雨強度公式，劃分徑流分區并進行科學的計算設計。在道路兩側可預留用戶井，其目的是為周邊用戶支管集中接入提供便利。此外，要注意，市政污水管道的檢查井間距不能設置過長，否則便不利于進行清淤，增大相關工作負擔和成本。

4 結語

綜上所述，雖然從整體上看我國資源總量比較豐富，但是不可再生資源的總量是有限的，而在長時間的開發利用中，資源總量會不斷減少，人均資源占有量越來越少，這必然不利于社會的可持續發展，也不利于現代化城市建設。當前我國能源緊缺問題越來越突出，對經濟發展造成了不良影響，因此，在城市基礎設施建設過程當中，必須要積極融入新的理念。市政給排水設計應該充分關注節能因素，應用先進的節能技術，只有這樣才能夠盡可能減少水資源浪費，提高水資源利用率，以使市政給排水工程創造更大的經濟效益、社會效益。從市政給排水設計的現狀來看，還存在資源節約意識不足、欠缺系統化規劃的問題，對此，有必要針對相關問題引進節能技術，盡可能提高市政給排水設計的合理性和科學性，減少市政給排水工程的能源消耗與建設成本，推動我國城市健康可持續發展。