全階段城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃及城市雨水利用研究

摘 要:本文基于筆者多年從事城市排水系統(tǒng)規(guī)劃的相關(guān)工作經(jīng)驗，以城市排水管道為研究對象，深度探討了城市排水管道的規(guī)劃設(shè)計思路，詳細(xì)論述了城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的具體內(nèi)容，探討了城市污水資源化的思路和城市雨水利用的思路，相信對從事相關(guān)工作的同行有參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞:城市 排水管道 規(guī)劃 設(shè)計

中圖分類號:TU984文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0054-02

引言

隨著全球城市化的發(fā)展，城市排水系統(tǒng)在社會可持續(xù)發(fā)展中起著越來越重要的作用。污水有效的收集、處理、利用及雨水的合理利用不僅可以改善城市水環(huán)境，還為城市提供了第二水源。規(guī)劃設(shè)計是建設(shè)的龍頭。一個科學(xué)的、合理的、連續(xù)的、操作性強的城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計將會為城市發(fā)展穩(wěn)定地、合理地、有序地步入可持續(xù)發(fā)展道路奠定堅實的基礎(chǔ)。在全國乃至全球水危機的境況下，如何解決水資源短缺與水污染的矛盾？城市污水作為一個主要的水污染源，我們又該如何去解決？這樣一個重要的問題擺在了我們城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計工作者面前。21世紀(jì)的排水管道系統(tǒng)的定位應(yīng)從傳統(tǒng)的防澇減災(zāi)、防污減災(zāi)逐步轉(zhuǎn)向污水的資源化，從而恢復(fù)健康水循環(huán)和良好的水環(huán)境，維持水資源的可持續(xù)利用。

不同的城市之間，有相似的情況也有迥異的條件。吸取我國許多城市包括近二十年才新興的城市在城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理方面的教訓(xùn)，各級政府要加強城市排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的管理，要堅持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計的原則，而且要求城市建設(shè)管理方面做到統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一驗收、統(tǒng)一管理。希望從城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、舊城區(qū)合流制排水系統(tǒng)的改造、污水資源化和雨水利用的角度，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，確保社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益的有機統(tǒng)一。

1 功能與作用研究

城市排水管道系統(tǒng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要城市市政基礎(chǔ)設(shè)施，也是城市水污染防治和城市排澇、防洪的骨干工程，它的任務(wù)是及時收集、輸送城市產(chǎn)生的生活污水、工業(yè)廢水和降水。其作用是及時可靠地排除城市區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的生活污水、工業(yè)廢水和降水，使城市免受污水之害和免受暴雨積水之災(zāi)，從而給人們創(chuàng)造一個舒適安全的生存和生產(chǎn)環(huán)境，使城市生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)正常進(jìn)行，維持生態(tài)平衡，保證可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)達(dá)國家的長期經(jīng)驗表明，建設(shè)完善的城市排水管道系統(tǒng)和城市污水處理廠是控制城市水污染必不可少的技術(shù)措施。目前，英國、法國、德國、美國、加拿大、瑞士和俄羅斯等國家基本普及了城市排水管道系統(tǒng)和城市污水處理廠。我國城市基礎(chǔ)設(shè)施比較落后，排水管網(wǎng)和城市污水處理廠建設(shè)更加滯后。嚴(yán)重的水污染現(xiàn)狀要求我們加強城市的污水治理，這就要求城市排水系統(tǒng)除傳統(tǒng)的防止雨洪內(nèi)澇、排除和處理污水、保護(hù)城市公共水域外，還需起到回收城市污水和凈化再生，暢通城市水環(huán)境，維系水資源可持續(xù)利用的作用。

2 規(guī)劃前期準(zhǔn)備

城市排水工程規(guī)劃是在城市總體規(guī)劃的指導(dǎo)下進(jìn)行的排水系統(tǒng)的專業(yè)工程規(guī)劃設(shè)計。規(guī)劃工作者要掌握詳實的基礎(chǔ)資料，從系統(tǒng)工程的角度，結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r因地制宜地進(jìn)行排水體制、排水管道系統(tǒng)、污水處理廠及排水水體的全面規(guī)劃。

從工程經(jīng)濟的角度貫徹全系統(tǒng)省資源、省能源的方針。將工程技術(shù)、社會經(jīng)濟、環(huán)境保護(hù)等多方面因素綜合地融會貫通到城市排水工程規(guī)劃中去，起到規(guī)劃切實指導(dǎo)工程設(shè)計、工程實施。

2.1 排水系統(tǒng)體制的確定

城市排水管道系統(tǒng)的體制包括分流制和合流制。合流制是將生活污水、工業(yè)廢水和降水混合在同一套管道系統(tǒng)內(nèi)排除的排水系統(tǒng)。分流制包括污水管道和雨水管道，是將生活污水和工業(yè)廢水用一套或一套以上的管道系統(tǒng)，而雨水用另一套管道系統(tǒng)排除的排水系統(tǒng)。

合流制排水管道系統(tǒng)包括三種形式:直排式合流制、截流式合流制和全處理式合流制。將城市的混合污水不經(jīng)任何處理，直接就近排入水體的排水方式稱為直排式合流制。國內(nèi)外舊城區(qū)的合流制排水系統(tǒng)均屬此類。由于污水對水環(huán)境造成的污染越來越嚴(yán)重，為了減輕污水對水環(huán)境造成的污染和破壞，為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礎(chǔ)上，修建沿河截流干管，在城市的下游建污水處理廠，并在適當(dāng)位置設(shè)置溢流井。這種系統(tǒng)可以保證晴天時的污水全部進(jìn)入污水處理廠處理，雨天時一部分污水得到處理。在降雨量較小或?qū)λw水質(zhì)要求較高的地區(qū)，可采用全處理式合流制，將生活污水、工業(yè)廢水和降水全部送到污水處理廠處理后排放。這種方式對環(huán)境水質(zhì)的影響最小，但截流管管徑大，污水處理廠的規(guī)模大、投資大。

科學(xué)合理地選擇排水系統(tǒng)的體制，是排水工程師在規(guī)劃和設(shè)計時要面對的重要問題。它的選擇不僅從根本上影響排水系統(tǒng)的設(shè)計、施工和維護(hù)管養(yǎng)，而且影響排水系統(tǒng)的工程總投資和長期的維護(hù)管理費。通常排水系統(tǒng)體制的選擇應(yīng)滿足環(huán)境保護(hù)對水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的需要，應(yīng)根據(jù)城市的總體規(guī)劃、財政等具體情況，通過技術(shù)經(jīng)濟比較、科學(xué)合理地確定。保證城市的可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)在也是未來選擇排水體制所要面臨的重要課題。

(1)從環(huán)境保護(hù)方面來看。如果采用全處理式合流制，控制和防止水體污染的效果較好，但污水干管斷面尺寸很大，污水廠規(guī)模增加，一次性投資的工程建設(shè)費用較高，長期的維護(hù)運行費用也大。而采用截流式合流制時，雨天有部分混流的污水通過溢流井排入水體，對水環(huán)境影響較大。實踐證明，采用截流式合流制的城市，隨著其城市建設(shè)的發(fā)展，河流污染將日益嚴(yán)重。分流制可以將城市污水全部送至污水處理廠進(jìn)行處理，但初降雨水徑流未加處理直接排入水體，這是分流制的缺點。但分流制比較靈活，能適應(yīng)社會發(fā)展，一般又能符合城市環(huán)保的要求，是城市排水系統(tǒng)體制的發(fā)展方向。(2)從工程投資方面來看。合流制排水管道系統(tǒng)的工程總投資比分流制一般要低20%～40％，但污水處理廠的工程建設(shè)費卻高于分流制。(3)從維護(hù)管理方面來看。合流制排水管道管徑較大，晴天的污水流量小、流速低，易于產(chǎn)生沉淀，且晴天和雨天的污水流量、污水水質(zhì)變化較大，增加了合流制污水處理廠運行管理的復(fù)雜性，出水的水質(zhì)不穩(wěn)定。而分流制污、雨水管道的設(shè)計流速超過了不淤流速，不易淤積;污水處理廠的水質(zhì)水量穩(wěn)定，其運行易于控制。

2.2 城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計基礎(chǔ)資料

規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)資料是決定規(guī)劃設(shè)計質(zhì)量、工程投資、社會與環(huán)境效果的決定性因素，其真實性不容忽視。主要基礎(chǔ)資料如下:

(1)城市總體規(guī)劃及城市道路、給水、電力、防洪、環(huán)保等專業(yè)規(guī)劃。(2)排放水體資料:流量、水位特征值，水質(zhì)污染情況，BOD5、COD、SS、pH以及其它。(3)自然地理及氣象資料:降水、風(fēng)向、冰凍、地下水位、地形、地質(zhì)等。(4)現(xiàn)有城市排水系統(tǒng)及設(shè)施，城市周圍山洪排放、河道防洪能力和措施。(5)工業(yè)排水量及水質(zhì)。(6)當(dāng)?shù)匚鬯喔取⑽鬯赜矛F(xiàn)狀及規(guī)劃。

2.3 城市排水管道的規(guī)劃設(shè)計原則

首先要根據(jù)地形和當(dāng)?shù)貤l件(水體條件、環(huán)境保護(hù)要求、工程投資等)確定排水系統(tǒng)體制。新建城市和新區(qū)應(yīng)盡量采用分流制，雨水收集后可就近排入附近水體，大大減輕了污水管道系統(tǒng)和污水處理廠的負(fù)荷，從整體上和長遠(yuǎn)上看是經(jīng)濟合理的。對已經(jīng)形成合流制的城市，可暫時保留其合流制排水系統(tǒng)，逐步改造。

小城鎮(zhèn)可采用合流制。個別單位和企業(yè)含有毒有害物質(zhì)的廢水應(yīng)進(jìn)行局部處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才允許排入城市排水管道系統(tǒng)。

（1）城市污水管道規(guī)劃設(shè)計方面。從區(qū)域性、系統(tǒng)性出發(fā)，遠(yuǎn)近期相結(jié)合、集中與分散相結(jié)合。保護(hù)水資源，提高環(huán)境質(zhì)量。遵循可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，適應(yīng)社會的發(fā)展需要。(2)城市雨水管道規(guī)劃設(shè)計方面。山區(qū)、丘陵地區(qū)城市的山洪防治應(yīng)與城市防洪、城市排水體系緊密結(jié)合、統(tǒng)一規(guī)劃。無論是洪水或市區(qū)雨水都要堅持以最短距離就近排放，分散整治，防止集中的原則。（3）城市污水資源化和雨水利用的規(guī)劃設(shè)計方面。城市污水是可貴的淡水資源，要充分考慮污水再生和循環(huán)使用的近期、中期、遠(yuǎn)期規(guī)劃。國內(nèi)外經(jīng)驗表明，城市污水經(jīng)過二級處理和深度凈化后作為工業(yè)生產(chǎn)用水和城市雜用水是缺水城市解決水資源短缺和水環(huán)境污染的可行之路。

2.4 規(guī)劃設(shè)計基本參數(shù)確定

排水工程設(shè)計的基本參數(shù)是決定設(shè)施規(guī)模的基礎(chǔ)，因此在選擇這些參數(shù)時，既要考慮省資源、省能源、經(jīng)濟合理的原則，又要符合當(dāng)?shù)貙嶋H操作的技術(shù)可行的原則。

(1)規(guī)劃年限。根據(jù)城市總體規(guī)劃分為近期、遠(yuǎn)期。規(guī)劃年限過長則推定的設(shè)計參數(shù)精度低，往往偏安全，不易切合實際;規(guī)劃年限過短則工程實施后馬上就滿負(fù)荷或超負(fù)荷運行，造成重復(fù)規(guī)劃、重復(fù)建設(shè)的浪費。(2)規(guī)劃人口。這樣可以不僅僅以規(guī)劃年限為依據(jù)，可提高參數(shù)的精度，更可直接用于各種設(shè)施的分期建設(shè)。(3)排水定額。準(zhǔn)確調(diào)查每人每天的污水排放量，結(jié)合城市給水規(guī)劃合理推定未來的排水量。同時要調(diào)查地下水滲入量的實際情況。(4)當(dāng)量污染負(fù)荷。人們排放的污染負(fù)荷會隨著城市發(fā)展、生活水平提高而增加，但是有一定限度，不可估計過大。SS是污泥發(fā)生量的基礎(chǔ)，決定時更要慎重。(5)工業(yè)排水量及水質(zhì)濃度。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，工業(yè)排水量及水質(zhì)濃度都已經(jīng)有了較大的下降。規(guī)劃中工業(yè)排水量不能估計過大。(6)徑流系數(shù)。根據(jù)地面的鋪砌、植被、天然水池、洼地等情況，準(zhǔn)確決定徑流系數(shù)。(7)溢流周期。通過雨水淹沒損失、建設(shè)費及維護(hù)費用的經(jīng)濟技術(shù)分析來決定溢流周期，不宜過大。城市的不同區(qū)域，特別是中心區(qū)和偏僻地區(qū)要分別對待。

3 方案設(shè)計

3.1 排水系統(tǒng)布置

（1)管道走向宜符合地形趨勢，順坡排水;（2)管徑大小須與街坊布置或小區(qū)規(guī)劃相吻合;（3)管網(wǎng)密度合適，排水路線最短，以求經(jīng)濟合理;(4)污、雨水排放盡可能分散，避免集中;5)污水截流干管盡可能布置在河岸及水體附近。

3.2 選定排水出路

(1)利用天然排水系統(tǒng)或已建排水干線為污、雨水排放的出路;（2)要在流量、高程兩方面都保證污、雨水能夠順利排除。

3.3 劃分匯水面積

(1)依據(jù)地形并結(jié)合街坊布置或小區(qū)規(guī)劃進(jìn)行污、雨水匯水面積的劃分;(2)污、雨水匯水面積不宜過大;(3)污、雨水匯水面積圖的形狀盡可能比較規(guī)則且與地形變化緊密結(jié)合;(4)劃分污、雨水匯水面積須與比鄰系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮，做到均勻合理。

3.4 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(gòu)筑物。

3.5 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(水體的洪水位、常水位、排水干管的內(nèi)底高);（2)排水管道起點的控制高程(起點本身是低洼地帶、有排水要求的地下室、管道計劃將來向上游延伸等);（3)排水管道系統(tǒng)中，各重要節(jié)點的控制高程(接入的支管、利用已建管涵、與各種地下管線的交叉等)。

4 城市污水資源化和雨水利用

4.1 污水資源化

城市污水是水量穩(wěn)定、供應(yīng)可靠的水資源之一。城市污水凈化再生利用既可控制水污染又將廢水轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)水，為城市提供可靠穩(wěn)定的水資源，既緩解了污染危害又弱化了需水矛盾。凈化后的城市污水可用作工業(yè)冷卻水、市政用水、補充河道景觀用水。實例證明，城市污水再生利用技術(shù)可行、經(jīng)濟適宜，具有巨大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益中國是一個發(fā)展中國家，污水資源化剛剛才興起。我國天津季莊子污水處理廠設(shè)有10萬噸/日的凈化水回用工程，北京高碑店熱電廠擬采用高碑店污水處理廠出水作為冷卻水源。此外，太原、大連等城市也在建設(shè)城市污水回用工程。到2010年，若按照城市污水處理量的15%～20％進(jìn)行回用，則北方缺水城市估計可獲得6～8億m3的回用水。

4.2 城市雨水利用

現(xiàn)代意義的雨水利用尤其是城市雨水的利用是從20世紀(jì)80年代到90年代發(fā)展起來的。它主要是隨著城市化帶來的水資源緊缺和環(huán)境與生態(tài)問題而引起人們的重視。國外許多國家開展了相關(guān)的研究并建成一批不同規(guī)模的示范工程。在此基礎(chǔ)上，城市雨水的利用首先在發(fā)達(dá)國家逐步進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化階段。在我國，雨水利用是城市化快速發(fā)展所提出的新課題。城市雨水資源化的系統(tǒng)研究及應(yīng)用尚屬起步階段，必須根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)和措施，進(jìn)行綜合、全面的考慮。

雨水利用目標(biāo)是補充地下水和經(jīng)過處理后回用。其雨水利用的措施有:

(1)建造雨水蓄水(和適當(dāng)處理)設(shè)施，匯集貯存城市雨水用作城市非飲用水的直接水源，或用作建筑內(nèi)外的沖洗用水、綠化噴灑用水，必要時還可用作工業(yè)用水，這在一定程度上可以緩解城市供水的壓力。(2)加大綠化面積，減少固化地面，便于雨水的就地入滲，補充地下水。盡可能減少封閉路面，在德國的巴伐利亞州，封閉路面僅占路面的3.4％。采用在綠色植被與土壤之間增設(shè)貯水層、透水層等辦法可減緩雨水地表徑流的速度，增加城市土壤的相對含水量，減少城市綠化的人工噴灑用水;可以減小城市雨水干管的管徑，降低暴雨期間城市的防洪壓力，并使城市地下水得到補償。(3)在交通較少的道路，尤其是居住區(qū)采用多孔瀝青或多孔混凝土路面，儲存雨水及延緩徑流。據(jù)國外資料介紹，滲透地面比不透水地面的成本要高10％左右，但綜合考慮因徑流減少、地面集雨時間延長導(dǎo)致的雨水管徑減小，雨水系統(tǒng)的總投資可減少12%～38％，并因此而產(chǎn)生了較大的環(huán)境及社會效益。(4)采用滲透式雨水管溝，便于雨水的儲存式滲透;(5)設(shè)置雨水滲透井、池，便于雨水的儲存、回用。

5 結(jié)論

5.1 要重視規(guī)劃設(shè)計

(1)城市排水管道系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。

①充分重視新時期賦予城市排水管道系統(tǒng)的新涵義:城市排水系統(tǒng)除傳統(tǒng)的防止雨洪內(nèi)澇、排除和處理污水、保護(hù)城市公共水域外，還需起到回收城市污水、凈化再生和雨水利用，暢通城市水環(huán)境，維系水資源可持續(xù)利用的作用。②根據(jù)城市的實際情況、發(fā)展戰(zhàn)略，城市排水規(guī)劃設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮采用污、雨水分流排水體制。③根據(jù)城市的發(fā)展規(guī)劃，綜合考慮當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)、管理、維護(hù)部門的意見和建議，結(jié)合城市自身的實際情況，確定適當(dāng)?shù)囊?guī)劃設(shè)計基本參數(shù)。

5.2 舊城區(qū)合流制排水系統(tǒng)的改造

(1)充分調(diào)查、分析城市的具體情況，如:城市發(fā)展總體規(guī)劃、政府部門的城市發(fā)展戰(zhàn)略、城市排水管道系統(tǒng)及污水處理廠建設(shè)情況、管理部門的水平、城市的財力和經(jīng)營城市的能力等等。(2)在借鑒先進(jìn)國家、城市的經(jīng)驗的同時，不能過分的強調(diào)截流式合流制的過渡，而應(yīng)該在緊迫的局勢下，綜合考慮城市的實際情況，優(yōu)先采用徹底的污雨水分流體制。(3)在合流制改造的規(guī)劃設(shè)計中會碰上許多新區(qū)建設(shè)中不曾有過的情況，比如有些道路上本身已經(jīng)有一條或一段合流管或污水管，此時是保留還是取消、是保留或取消全線還是部分段落;或者相鄰的兩條道路相距過近，是否需要兩條道路都分別設(shè)置污、雨水管道等等。這一系列的問題都需要根據(jù)實際情況做出不一定相同的結(jié)論。

5.3 污水資源化和雨水利用

(1)依托城市排水管道系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計，對城市污水再生利用和雨水利用應(yīng)該有詳盡的計劃和措施。(2)應(yīng)該有意識地在城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計行業(yè)，有計劃地培訓(xùn)相關(guān)人才，充分學(xué)習(xí)、掌握國外在污水資源化和雨水利用方面積累的幾十年的先進(jìn)經(jīng)驗，以便于我們在今后的工作中少走彎路，能夠?qū)W以致用。

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