城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

□ 長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 樊亮亮

近些年來(lái)我國(guó)的城市排水系統(tǒng)建設(shè)雖然有了一定的發(fā)展，但與城市化建設(shè)和發(fā)展的速度相比還是緩慢的，甚至可以說(shuō)處于一個(gè)被忽視的地位，這也就導(dǎo)致了城市排水系統(tǒng)建設(shè)嚴(yán)重落后的現(xiàn)狀。

一、我國(guó)城市水資源概述

1.我國(guó)水資源現(xiàn)狀。中國(guó)是世界水資源最缺乏的國(guó)家，每年水資源總量為28000億噸，居世界第六，但人均水資源低于2400立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第110位，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)家。同時(shí)，水資源浪費(fèi)非常嚴(yán)重，發(fā)達(dá)國(guó)家水的重復(fù)利用率一般在70%以上，而中國(guó)僅為20%～30%；此外，它正面臨著嚴(yán)重的污染，近50%的重點(diǎn)城市飲用水水源地不符合標(biāo)準(zhǔn)。水資源短缺已迫使部分城市地下水開(kāi)采，造成地下水位下降、海水入侵和城市土地整理。在城市水資源短缺的地區(qū)，尤其是在華北地區(qū)，已經(jīng)成為影響中國(guó)城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

2.水資源的保護(hù)與利用。水資源開(kāi)發(fā)利用要統(tǒng)籌考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各個(gè)方面的因素，使水資源與人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，通過(guò)合理開(kāi)發(fā)、區(qū)域調(diào)配、節(jié)約利用、有效保護(hù)，實(shí)現(xiàn)水資源總供給與總需求的基本平衡。

我國(guó)從1976年起逐步成立了以流域?yàn)閱卧牧饔蛩Y源保護(hù)機(jī)構(gòu)，并制定了流域水污染防治條例和有關(guān)的法規(guī)。采用多種手段保護(hù)與利用水資源：重點(diǎn)保護(hù)飲用水水源，改善水質(zhì)；實(shí)行計(jì)劃用水，節(jié)約用水的方針；根據(jù)河流、湖泊、水庫(kù)的不同功能要求和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，制定流域水資源保護(hù)規(guī)劃，并組織實(shí)施；積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，防治水土流失，控制面源污染，改善生態(tài)環(huán)境。

二、城市排水系統(tǒng)的作用

現(xiàn)代城市給水排水設(shè)計(jì)與居民的基本生活和城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展直接相關(guān)，是城市建設(shè)水平的重要表征。在城市建設(shè)步伐日益加快的今天，有一套科學(xué)的供水和排水系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)保護(hù)，提升城市投資硬環(huán)境，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。但現(xiàn)階段，城市污水處理廠仍嚴(yán)重不足，部分城市污水未經(jīng)處理排放。在我國(guó)城市排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀還不容樂(lè)觀的情況下，需要我們?nèi)鐣?huì)的關(guān)注，需要城市規(guī)劃者做出長(zhǎng)期而合理的規(guī)劃。

三、城市排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.雨水系統(tǒng)安全性偏低。2010年9月，237個(gè)中國(guó)城市內(nèi)澇，超過(guò)前兩年的總和，其中洪澇災(zāi)50cm以上占74.6%，15cm以上的水深（可以淹沒(méi)的小客車(chē)排氣管）高達(dá)90%。近年來(lái)，城市內(nèi)澇頻發(fā)，呈現(xiàn)水深、水長(zhǎng)的特點(diǎn)，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重威脅著城市的安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，近80%的城市內(nèi)澇原因是排水系統(tǒng)建設(shè)滯后，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。 老管網(wǎng)不及時(shí)更新，新的管網(wǎng)跟不上城市建設(shè)的擴(kuò)張步伐，完善城市落后的排水系統(tǒng)的發(fā)展迫在眉睫。新的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2016）提高了一般區(qū)域城市雨水管道設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下限，并引入了防澇要求，但在排水系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，大部分城市普遍采取設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下限值。

2.污水收集效率偏低。城市污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)是根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)確定的，調(diào)查數(shù)據(jù)表明，中國(guó)南部很多污水處理廠運(yùn)行低于設(shè)計(jì)值，如廣州市污水處理廠進(jìn)水設(shè)計(jì)值的50%，福建海洋污水處理廠進(jìn)水僅為設(shè)計(jì)值的55%。污水的濃度直接決定了污水處理工藝的選擇，當(dāng)實(shí)際水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)質(zhì)量，污水處理廠的投資和運(yùn)行效率便會(huì)偏低。 污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)較低，一方面是實(shí)際水量比預(yù)計(jì)水量低，這可能由于城市建設(shè)和人口未達(dá)到規(guī)劃設(shè)計(jì)值，或者有部分污水未收集到管網(wǎng)；另一方面，城市污水收集管網(wǎng)漏失嚴(yán)重，南部城市地下水位高，由于管道年久失修，地下水滲入量大。例如在上海，一些地區(qū)的地下水滲透達(dá)到平均污水量為30% ～ 40%，導(dǎo)致管道的實(shí)際傳輸能力低了很多，同時(shí)降低了污水處理廠的進(jìn)水濃度。

3.雨污混接加劇城鎮(zhèn)面源污染控制難度。一個(gè)完全分流的排水系統(tǒng)應(yīng)包括一套單獨(dú)的污水系統(tǒng)和一套單獨(dú)的雨水系統(tǒng)，從而避免在合流制排水系統(tǒng)中的排水過(guò)程中，溢流混合水對(duì)接收水體的污染。然而，由于施工、設(shè)計(jì)方法的落后，標(biāo)準(zhǔn)低，用戶習(xí)慣錯(cuò)接、亂排等原因，城市管理水平落后，大量的高濃度污水直接排放入河。城市面源污染因?yàn)樯婕懊鎻V，控制是困難的，長(zhǎng)期以來(lái)一直是制約城市水環(huán)境健康發(fā)展的重要因素。

四、城市排水管道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.采用先進(jìn)的分析研究手段。城市雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的非恒定流模擬技術(shù)，可以計(jì)算各斷面的流量過(guò)程線和設(shè)計(jì)各徑流調(diào)節(jié)設(shè)施，科學(xué)設(shè)計(jì)管網(wǎng)、泵站及調(diào)節(jié)池等。設(shè)計(jì)狀態(tài)與管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)吻合較好，提高了管網(wǎng)設(shè)計(jì)的可靠性。利用降雨徑流模型的計(jì)算機(jī)模擬，任何一個(gè)工程師都可以很容易地獲得和使用這些模型，并根據(jù)這些模型的流域特征、輸送系統(tǒng)的特點(diǎn)和降雨記錄，生成水質(zhì)或徑流模擬，來(lái)指導(dǎo)和校核排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.采用較高的防汛排澇標(biāo)準(zhǔn)。日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在防洪設(shè)施上投入較大，防洪體系相對(duì)完善，標(biāo)準(zhǔn)較高。雨水排水系統(tǒng)管道普及率超過(guò)90%，城市雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期一般是5 ～ 10A。在美國(guó)，許多州將排水干管系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期設(shè)置為100A，其他設(shè)施根據(jù)重要性采用不同重現(xiàn)期。在一些老城區(qū)的舊城排水系統(tǒng)采用較小的重現(xiàn)期，且管道難以重建，針對(duì)這些低排放標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，日本、美國(guó)通過(guò)建設(shè)存儲(chǔ)隧道，雨水收集池調(diào)節(jié)池，對(duì)超標(biāo)暴雨進(jìn)行錯(cuò)峰排放，來(lái)提高重個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.采用源頭控制理念。采取各項(xiàng)工程性和非工程性措施對(duì)雨水徑流源頭控制，從流量削減、水質(zhì)控制、對(duì)各種土地的適用條件、設(shè)計(jì)技術(shù)難度、操作維護(hù)要求等方面對(duì)各種優(yōu)化管理方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，源頭控制的有效方法包括：盡可能減少直接不透水面積，采用延時(shí)滯留調(diào)節(jié)池、截流調(diào)節(jié)池、濕地和滲透性鋪面等。日本建設(shè)省自1980年開(kāi)始推行雨水儲(chǔ)存滲透計(jì)劃，采用的滲透設(shè)施主要設(shè)施有滲透池、滲透管、滲透井、透水性下墊面、多功能調(diào)蓄池和綠地等，有關(guān)部門(mén)對(duì)東京附近22公頃范圍內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)5年的觀測(cè)和調(diào)查，平均降雨量69.3mm的地區(qū)在進(jìn)行“雨水滲透”后，其平均出流量由原來(lái)的37.59mm降到5.48mm。 對(duì)于改造難度大或者用地緊張的老城區(qū)，當(dāng)源頭控制措施難以較快推進(jìn)時(shí)，也可采取末端調(diào)蓄或者截流等措施。

4.建設(shè)以“蓄水”代替“排水”的海綿城市。對(duì)中國(guó)的城市排水系統(tǒng)的建設(shè)將不再?gòu)?qiáng)調(diào)大管道，致力于建設(shè)海綿城市，使降雨通過(guò)滲、蓄、滯、凈、用、排循環(huán)，并減少排放量。將水儲(chǔ)存起來(lái)，并加以利用，使水在城市遷移的更自然。以“蓄水”代替“排水”，“海綿”可能是河流、湖泊、濕地、池塘和原來(lái)的溝渠，也可能是生態(tài)草溝，雨水花園，屋頂綠化等新的生態(tài)設(shè)施。通過(guò)“海綿”的滲透、儲(chǔ)存、凈化和再利用，剩余部分的雨水通過(guò)管網(wǎng)或泵站送外排河道，從而有效提高城市排水系統(tǒng)的效率，緩解城市內(nèi)澇的壓力，減少水污染。

五、總結(jié)

排水系統(tǒng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的重要生命線，與給水、電力、燃?xì)饩哂型鹊牡匚?。隨著全球氣候變化、城市化高速發(fā)展、水資源日益緊缺和水環(huán)境質(zhì)量的惡化，對(duì)城市排水設(shè)施提出了更高的要求。很多城市，包括北京、上海、廣州等這樣的國(guó)際化大都市，其原有的排水系統(tǒng)已經(jīng)不堪重負(fù)。在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的今天，應(yīng)高度重視排水收集系統(tǒng)的建設(shè)，借鑒國(guó)外排水管網(wǎng)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整修訂規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，注重建設(shè)和管理并舉，提高收集系統(tǒng)的效率。

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DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.06.032