对城市排水管道系统设计的思考

胡军华  汤平波

摘 要：城市排水管道系统是现代化城市不可缺少的重要城市市政基础设施，也是城市水污染防治和城市排涝、防洪的骨干工程，它的任务是及时收集、输送城市产生的生活污水、工业废水和降水。本文阐述城市排水管道系统的作用，以及在城市排水管道规划设计基础资料和基本参数的基础上，合理确定排水系统的体制进行城市排水管道系统的规划设计。
关键词：排水管道; 排水管道系统的体制; 规划设计
一、城市排水管道系统的作用和城市排水管道系统的体制
1 、城市排水管道系统的作用。城市排水工程规划是在城市总体规划的指导下进行的排水系统的专业工程规划设计。规划工作者要掌握详实的基础资料，从系统工程的角度，结合当地情况因地制宜地进行排水体制、排水管道系统、污水处理厂及排水水体的全面规划。从工程经济的角度贯彻全系统省资源、省能源的方针。将工程技术、社会经济、环境保护等多方面因素综合地融会贯通到城市排水工程规划中去，起到规划切实指导工程设计、工程实施。城市排水管道系统是现代化城市不可缺少的重要城市市政基础设施，也是城市水污染防治和城市排涝、防洪的骨干工程，它的任务是及时收集、输送城市产生的生活污水、工业废水和降水。其作用是及时可靠地排除城市区域内产生的生活污水、工业废水和降水，使城市免受污水之害和免受暴雨积水之灾，从而给人们创造一个舒适安全的生存和生产环境，使城市生态系统的能量流动和物质循环正常进行，维持生态平衡，保证可持续发展。发达国家的长期经验表明，建设完善的城市排水管道系统和城市污水处理厂是控制城市水污染必不可少的技术措施。目前，英国、法国、德国、美国、加拿大、瑞士和俄罗斯等国家基本普及了城市排水管道系统和城市污水处理厂。我国城市基础设施比较落后，排水管网和城市污水处理厂建设更加滞后。严重的水污染现状要求我们加强城市的污水治理，这就要求城市排水系统除传统的防止雨洪内涝、排除和处理污水、保护城市公共水域外，还需起到回收城市污水和净化再生，畅通城市水环境，维系水资源可持续利用的作用。
2 、城市排水管道系统的体制。城市排水管道系统的体制包括分流制和合流制。合流制是将生活污水、工业废水和降水混合在同一套管道系统内排除的排水系统。分流制包括污水管道和雨水管道，是将生活污水和工业废水用一套或一套以上的管道系统，而雨水用另一套管道系统排除的排水系统。合流制排水管道系统包括三种形式：直排式合流制、截流式合流制和全处理式合流制。将城市的混合污水不经任何处理，直接就近排入水体的排水方式称为直排式合流制。国内外旧城区的合流制排水系统均属此类。由于污水对水环境造成的污染越来越严重，为了减轻污水对水环境造成的污染和破坏，为此形成了截流式合流制。截流式合流制是在直排式合流制基础上，修建沿河截流干管，在城市的下游建污水处理厂，并在适当位置设置溢流井。这种系统可以保证晴天时的污水全部进入污水处理厂处理，雨天时一部分污水得到处理。在降雨量较小或对水体水质要求较高的地区，可采用全处理式合流制，将生活污水、工业废水和降水全部送到污水处理厂处理后排放。这种方式对环境水质的影响最小，但截流管管径大，污水处理厂的规模大、投资大。
二、城市排水管道规划设计基础资料和基本参数
1 、城市排水管道系统规划设计基础资料。规划设计的基础资料是决定规划设计质量、工程投资、社会与环境效果的决定性因素，其真实性不容忽视。主要基础资料：城市总体规划及城市道路、给水、电力、防洪、环保等专业规划。排放水体资料：流量、水位特征值，水质污染情况，B O D 5、C O D、S S 、p H 以及其它。自然地理及气象资料：降水、风向、冰冻、地下水位、地形、地质等。现有城市排水系统及设施，城市周围山洪排放、河道防洪能力和措施。工业排水量及水质。当地污水灌溉、污水回用现状及规划。
2 、城市排水管道系统规划设计基本参数。排水工程设计的基本参数是决定设施规模的基础，因此在选择这些参数时，既要考虑省资源、省能源、经济合理的原则，又要符合当地实际操作的技术可行的原则。（1 ）规划年限。根据城市总体规划分为近期、远期。规划年限过长则推定的设计参数精度低，往往偏安全，不易切合实际；规划年限过短则工程实
施后马上就满负荷或超负荷运行，造成重复规划、重复建设的浪费。（2）规划人口。这样可以不仅仅以规划年限为依据，可提高参数的精度，更可直接用于各种设施的分期建设。（3）排水定额。准确调查每人每天的污水排放量，结合城市给水规划合理推定未来的排水量。同时要调查地下水渗入量的实际情况。（4 ）当量污染负荷。人们排放的污染负荷会随着城市发展、生活水平提高而增加，但是有一定限度，不可估计过大。SS 是污泥发生量的基础，决定时更要慎重。（5）工业排水量及水质浓度。随着产业结构的调整，工业排水量及水质浓度都已经有了较大的下降。规划中工业排水量不能估计过大。（6）径流系数。根据地面的铺砌、植被、天然水池、洼地等情况，准确决定径流系数。（7）溢流周期。通过雨水淹没损失、建设费及维护费用的经济技术分析来决定溢流周期，不宜过大。城市的不同区域，特别是中心区和偏僻地区要分别对待。
三、合理确定排水系统的体制
排水系统的体制选择不仅从根本上影响排水系统的设计、施工和维护管养，而且影响排水系统的工程总投资和长期的维护管理费。通常排水系统体制的选择应满足环境保护对水环境、生态环境的需要，应根据城市的总体规划、财政等具体情况，通过技术经济比较、科学合理地确定。从环境保护方面来看。如果采用全处理式合流制，控制和防止水体污染的效果较好，但污水干管断面尺寸很大，污水厂规模增加，一次性投资的工程建设费用较高，长期的维护运行费用也大。而采用截流式合流制时，雨天有部分混流的污水通过溢流井排入水体，对水环境影响较大。实践证明，采用截流式合流制的城市，随着其城市建设的发展，河流污染将日益严重。分流制可以将城市污水全部送至污水处理厂进行处理，但初降雨水径流未加处理直接排入水体，这是分流制的缺点。但分流制比较灵活，能适应社会发展，一般又能符合城市环保的要求，是城市排水系统体制的发展方向。从工程投资方面来看。合流制排水管道系统的工程总投资比分流制一般要低2 0 ——4 0 % ，但污水处理厂的工程建设费却高于分流制。从维护管理方面来看。合流制排水管道管径较大，晴天的污水流量小、流速低，易于产生沉淀，且晴天和雨天的污水流量、污水水质变化较大，增加了合流制污水处理厂运行管理的复杂性，出水的水质不稳定。而分流制污、雨水管道的设计流速超过了不淤流速，不易淤积；污水处理厂的水质水量稳定，其运行易于控制。
四、城市排水管道系统的规划设计
排水系统布置：管道走向宜符合地形趋势，顺坡排水；管径大小须与街坊布置或小区规划相吻合；管网密度合适，排水路线最短，以求经济合理；污、雨水排放尽可能分散，避免集中；污水截流干管尽可能布置在河岸及水体附近。选定排水出路：利用天然排水系统或已建排水干线为污、雨水排放的出路；要在流量、高程两方面都保证污、雨水能够顺利排除。划分汇水面积：依据地形并结合街坊布置或小区规划进行污、雨水汇水面积的划分；污、雨水汇水面积不宜过大；污、雨水汇水面积图的形状尽可能比较规则且与地形变化紧密结合；划分污、雨水汇水面积须与比邻系统统筹考虑，做到均匀合理。选择排水线路：排水管道的线路须服从排水规划的统筹安排；尽量避免排水管道穿越不容易通过的地带及构筑物。确定排水管道系统的控制高程：排水管道出口的控制高程（水体的洪水位、常水位、排水干管的内底高）；排水管道起点的控制高程（起点本身是低洼地带、有排水要求的地下室、管道计划将来向上游延伸等）；排水管道系统中，各重要节点的控制高程（接入的支管、利用已建管涵、与各种地下管线的交叉等）。