論市政排水基礎設施的雨污分流改造重點及方案

摘 要：市政排水系統在城市基礎設施中，既是確保城市正常運轉的關鍵環節，也是保障環境健康的守護者。然而隨著城市化進程的不斷加速，市政排水系統面臨著前所未有的挑戰，日益嚴峻的氣候變化、城市擴張帶來的用地壓力以及老舊設施的逐漸失效，都使得排水系統在應對極端降雨、水質污染等方面面臨著愈發嚴峻的考驗。本文從市政排水系統的重要性與面臨的挑戰出發，深入探討雨污分流改造的必要性與迫切性，通過對該改造方案在提升系統性能、保障環境健康、促進社會經濟效益提升等方面的關鍵作用進行專業闡述，旨在為城市排水系統的現代化與可持續發展提供助力。

關鍵詞：市政排水；基礎設施；雨污分流；改造文章編號：2095-4085（2024）08-0055-03

0 引言

雨污分流改造成為解決市政排水系統面臨挑戰的迫切需求，雨污分流不僅僅是對傳統排水模式的一種技術升級，更是一項必要的生態工程，旨在應對雨污合流帶來的環境問題，提高系統的運行效率，實現城市排水系統的可持續發展，這種改造關乎城市水環境的健康，也直接影響到城市居民的生活質量和城市經濟的可持續發展。

1 市政排水基礎設施現狀分析

1.1 現有排水系統結構與運行特點

市政排水系統在城市化進程中普遍存在雨污合流的問題，其結構主要由雨水管道和污水管道組成，雨水管道負責收集并排放雨水，而污水管道則負責收集生活污水和工業廢水。目前大多數城市的排水系統采用雨污合流的設計，即將雨水和生活污水混合運輸至污水處理廠進行處理，這種結構的運行特點表現為雨季時雨水量增加，導致排水系統容量超負荷，使得污水處理廠難以有效處理大量雨水沖刷的污染物［1］。在運行過程中，雨污合流導致了排水系統的頻繁堵塞和內澇事件的發生，不僅對城市環境造成嚴重影響，還給市民的生活和交通帶來了極大的不便。此外，由于雨水中的非點源污染物增加，污水處理廠的處理負擔加大，處理效果降低，甚至可能造成污水溢流，對水體質量產生負面影響。現有排水系統結構及運行特點的分析表明，雨污合流的模式已經難以適應城市化快速發展的需求，亟需采取雨污分流的改造措施，以提高排水系統的運行效率，保障城市環境的可持續發展。

1.2 現有問題對城市環境的影響

市政排水系統的雨污合流問題對城市環境產生了深遠影響，雨污合流導致了大量雨水中的污染物與污水混合，加劇了排水系統中的有害物質含量，這不僅增加了污水處理廠的負荷，使得水質處理難度加大，也直接影響了排水系統的運行穩定性，頻繁的系統堵塞和內澇事件成為城市運行的突出問題［2］。雨污合流也會對城市水體質量產生直接的負面影響，雨季期間大量雨水帶走了城市道路、建筑物表面的污染物，如油脂、重金屬等，將這些污染物直接排放到自然水體中，導致水體富營養化、富營養化水體藍藻水華爆發等環境問題的加劇，這不僅損害了水體生態系統的平衡，還對人類的飲用水源和水生生物的健康構成潛在威脅。

2 雨污分流改造的關鍵技術

2.1 雨水收集與處理技術

在市政排水基礎設施雨污分流改造中，雨水收集與處理技術是一項至關重要的環節，該技術的核心目標在于有效地收集、儲存和處理雨水，以減輕雨季排水系統的負擔，并最終提高城市排水系統的效能［3］。首先，雨水的收集需要通過合理設計的雨水收集系統實現，這包括設置雨水收集設施，如雨水口、雨水桶和雨水管道網絡，關鍵在于確保雨水能夠迅速而有效地被引導到收集系統中，以避免地表徑流的過多進入排水系統。技術層面上，應采用優化設計的雨水口和流量調控設備，實現雨水的迅速引導，并確保在大雨時能夠應對突發的排水需求。其次，雨水的處理是雨污分流改造中的重要步驟，處理雨水主要包括過濾、沉淀和消毒等工藝。過濾設備能夠有效去除雨水中的懸浮顆粒物，從而防止這些顆粒物進入排水管網，沉淀池則能夠沉淀雨水中的重金屬和懸浮物，進一步提高雨水的水質。在消毒方面，采用紫外線消毒等先進技術，可以有效地殺滅雨水中的微生物，確保雨水的處理達到環境衛生標準。雨水處理技術的專業性要求工程師具備對流體力學、環境工程學和水處理技術等領域的深入理解，實際操作中需要精密的計算和模擬，以確保雨水處理系統的設計能夠穩定可靠地運行。

2.2 污水處理與分流技術

污水處理與分流技術旨在有效地將雨水與污水分離，提高城市排水系統的運行效能，此技術涉及流體力學、水質分析和環境工程等多個領域，以確保分流和處理過程的高效性和環保性。首先，污水處理技術涉及到先進的物理、化學和生物處理過程。物理處理通常包括初級沉淀和機械過濾，用于去除大顆粒物和懸浮物，減輕后續處理負擔；化學處理階段通過添加混凝劑和絮凝劑，有效地沉淀懸浮物和去除溶解性污染物；生物處理則采用生物反應器，利用微生物降解有機廢物，使污水得到有效凈化。這一系列工藝協同作用，確保排入水體的污水符合環境標準。其次，污水分流技術涉及到智能化管網的設計和實施，先進的傳感器技術和智能監測系統能夠實時監測污水流量和水質參數，通過數據分析確定雨水和污水的比例，并實現準確的分流。采用自動化調控系統，根據天氣預報和實時降雨情況，合理調整分流比例，避免雨水過多進入污水系統，從而提高排水效率。此外，通過設置閘門和流速控制設備，可實現動態分流，確保系統在不同雨量條件下的高效運行。

3 雨污分流改造的重點內容

3.1 智能監測與數據分析

智能監測與數據分析在市政排水基礎設施雨污分流改造中扮演著重要角色，通過先進的監測技術，可以實時獲取城市排水系統的運行狀態，有針對性地收集雨水和污水的數據。數據分析則能夠深入挖掘這些信息，為改造方案的制定和系統運行的優化提供科學依據。以某城市的雨污分流改造項目為例，該城市利用智能監測設備對排水管網進行實時監測，通過在關鍵節點安裝水位、流速、水質等傳感器，系統能夠迅速響應降雨事件，實現對雨水和污水的快速分流。此外，智能監測系統結合氣象數據，可預測雨水峰值，有助于提前調整排水系統的運行策略，降低內澇風險。數據分析方面，城市利用先進的大數據技術對監測獲得的信息進行深度分析，通過建立數學模型，城市管理者能夠預測雨污分流改造對排水系統性能的影響，為改造方案的調整提供科學依據。同時，數據分析還能識別排水系統中的瓶頸，有助于優化管網布局和設備配置，提高系統的整體效率。智能監測與數據分析的綜合應用，使得雨污分流改造更加精準和可控，為城市排水系統的智能化管理奠定了堅實基礎。

3.2 基礎設施調整與優化

基礎設施調整與優化在市政排水基礎設施雨污分流改造中具有關鍵性作用，合理的管網布局和設備優化，可以有效提高排水系統的適應性和運行效率。以某城市的雨污分流改造項目為例，該城市通過基礎設施調整與優化，實現了排水系統的整體性能提升。首先，在管網布局方面，該城市對原有排水管道進行了調整，增設了雨水管道網絡，使其與污水管道形成獨立的系統，通過合理的分流設計，雨水能夠迅速、有序地流入雨水管道，避免了雨污合流引發的內澇問題。同時，對城市不同區域進行管網優化，增加管道容量，提高了排水系統的整體處理能力。其次，設備的優化也是該項目的重要組成部分，城市引入了先進的泵站和智能控制設備，通過實時監測管道流量和水位等數據，調整泵站的運行模式，確保排水系統在不同雨情下能夠高效運行。此外，利用遠程監控系統，城市管理者能夠隨時掌握系統運行狀況，迅速響應異常情況，提高了系統的運行穩定性。

3.3 綠色雨水管理

綠色雨水管理是市政排水基礎設施雨污分流改造中的重要組成部分，旨在通過自然化手段減緩雨水徑流、改善水體質量、提升城市生態環境。以某城市的綠色雨水管理項目為例，該城市在雨污分流改造中采用了多項綠色技術，實現了雨水的可持續利用。該城市在城市規劃中引入了雨水花園、雨水濕地等綠色雨水設施，通過設置透水鋪裝、雨水收集槽和生態濕地等，將城市雨水引導到綠色空間進行滲透和凈化，減緩了雨水徑流速度，促進了雨水中污染物的沉淀和生態系統的恢復，這樣的綠色雨水管理手段有助于提高城市的水資源利用效率，減輕了排水系統的負荷。其次，城市采用了屋面綠化和雨水收集利用系統，通過在建筑屋頂設置綠化層，不僅能夠吸收雨水并減緩雨水徑流，還能改善城市的微氣候，減少熱島效應。同時，引入雨水收集利用系統，將雨水收集用于景觀灌溉、公共綠地沖洗等，實現了雨水的多功能利用，為城市提供了一種可持續的水資源管理模式。

4 雨污分流改造的實施方案

4.1 分區劃分與優先級確定

分區劃分與優先級確定是一個復雜而關鍵的任務，直接影響改造的效果和資源利用的合理性，實施方法需要綜合考慮地理、氣象、土地利用等多個因素，以確保改造計劃的科學性和可行性。分區劃分的方法應基于城市的地理信息系統（GIS）數據和降雨模型，通過對城市空間結構的分析，將城市劃分為具有相似雨水排放特征的區域，以便更有針對性地制定分流策略，降雨模型的引入能夠模擬不同地區的雨水徑流情況，進而識別出雨水與污水混合最為顯著的區域，從而確定改造的緊迫性［4］。優先級的確定需要綜合考慮環境、社會和經濟因素，基于城市的環境脆弱性評估，確定雨污分流改造對環境質量提升的潛在貢獻。其次，結合社會經濟因素（包括區域的人口密度、經濟活動、生態敏感區域等），確定改造的社會效益和經濟效益，這些綜合評估的結果可用于建立改造的優先級排序，確保資源投入更符合城市可持續發展的整體目標。在技術上，可以采用水文模型和水質模型進行仿真與優化分析。水文模型可以模擬雨水徑流的時空分布，幫助確定雨污分流的關鍵區域；水質模型則能夠評估不同分流策略對水質的影響，從而為優先級的確定提供科學依據。這些模型可以結合實測數據進行驗證，提高模擬的準確性與可信度。

4.2 智能管網管理技術方法

智能管網管理技術是提高系統運行效能和實現精細化管理的關鍵一環，實施這一技術方法需要綜合運用先進的感知技術、數據處理技術以及智能決策系統，以實現對排水系統的實時監測、診斷和控制。首先，感知技術的應用是智能管網管理的基礎，采用先進的傳感器網絡，包括液位傳感器、流速傳感器、水質傳感器等，能夠實時監測排水管網的運行狀態，這些傳感器通過物聯網技術與中央數據管理系統相連，將實時數據傳輸至數據中心，為決策提供了豐富的信息基礎［5］。其次，通過采用大數據分析和人工智能算法，對感知數據進行實時處理和分析，識別出潛在問題和系統異常，基于歷史數據的學習，智能算法可以預測系統運行狀況，并提出優化建議，這一過程為管網管理者提供了更為全面、準確的信息支持，有助于提前發現潛在問題并制定相應的解決方案。同時，采用自動化控制系統，根據實時監測數據和預測結果，實現對排水管網的智能調控。例如，根據雨量預測信息和實際監測數據，自動調整分流閥門的開度，實現動態分流；通過控制污水泵站的運行，合理調整排水流量，避免排水系統過載。

4.3 分流系統的設計應用

分流系統的設計應基于城市的地理特征和降雨模型，通過對城市地形、土地利用、雨量等因素的綜合分析，將城市劃分為具有相似雨水徑流特征的區域。降雨模型的引入可用于模擬不同降雨條件下的雨水徑流過程，幫助確定各區域的分流方案，這些地理信息系統和降雨模型的結合，為分流系統的科學設計提供了基礎。分流系統的設計還需要考慮流量調控設備的布置和調節，通過設置流量控制閥門、調節污水泵站的運行參數等手段，實現對雨水和污水流量的動態調控，這涉及到流體力學的原理，確保在不同降雨條件下，分流系統能夠根據實際情況靈活運作，避免雨水過度進入污水系統，提高排水系統的負載能力。其中，自動化控制系統在分流系統中的應用是實現智能管理的關鍵。通過采用先進的傳感器技術，如液位傳感器、流速傳感器等，實時監測雨水和污水的流量。這些數據通過自動控制系統傳輸至中央控制中心，實現對分流系統的實時監控和遠程控制，自動化控制系統可以根據預設的分流策略，靈活調整閥門的開合程度，實現雨水和污水的準確分流。

5 總結

在城市排水系統的演進中，雨污分流改造展現了獨特而重要的價值，通過科技創新和生態理念的融合，改造不僅使得排水系統更加高效、靈活，也有助力城市環境的可持續發展。雨污分流的成功實施，標志著城市在面臨挑戰時選擇了前瞻性的解決方案，這一改革不僅提高了水資源的利用效率，降低了環境風險，還推動了城市經濟的可持續增長。

參考文獻：

［1］徐文剛，馬達.關于舊城片區雨污分流改造的思考［J］.安徽建筑，2022，29（12）：79-80.

［2］王寧，曾堅，康曉鹍，等.高密度建成區排水系統雨污分流改造研究與實踐［J］.給水排水，2022，58（12）：56-61.

［3］學斌，寧昕，黎姿，等.雨污“各行其道”打造生態宜居城市環境［N］. 南昌日報，2022-11-14（1）.

［4］張宇明，劉小琦.市政管網雨污分流正本清源施工管理的分析［J］.中華建設，2022（11）：26-28.

［5］金軍，張超.舊城區市政排水管道設計存在的問題及優化措施研究［J］.工程技術研究，2022，7（15）：188-190.