城市排水管道系统的规划设计研究

2022-10-12

传统观念上的排水系统是以防止雨洪内涝、排除和处理污水、保护城市公共水域水质为目的, 认为污水是有危害的、应该及时排放到城市的下游。这种观念往往是保护了局部的生活环境, 危害了广大流域地区, 没有从全局地、整体地利益去解决问题。

随着全球城市化的发展, 城市排水系统在社会可持续发展中起着越来越重要的作用。污水有效的收集、处理、利用及雨水的合理利用不仅可以改善城市水环境, 还为城市提供了第二水源。在水污染与水资源紧缺并存的严峻局势下, 为水资源的可持续发展、城市的可持续发展创造了条件。

1 城市排水管道系统的功能和作用

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。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规划前期准备

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汇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。

2.1 排水系统体制的确定

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。

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。保证城市的可持续发展是现在也是未来选择排水体制所要面临的重要课题。

2.2 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。主要基础资料如下。

(1) 城市总体规划及城市道路、给水、电力、防洪、环保等专业规划。 (2) 排放水体资料:流量、水位特征值, 水质污染情况, BOD5、COD、SS、p H以及其它。 (3) 自然地理及气象资料:降水、风向、冰冻、地下水位、地形、地质等。 (4) 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。 (5) 工业排水量及水质。 (6) 当地污水灌溉、污水回用现状及规划。

2.3 城市排水管道的规划设计原则

首先要根据地形和当地条件 (水体条件、环境保护要求、工程投资等) 确定排水系统体制。新建城市和新区应尽量采用分流制, 雨水收集后可就近排入附近水体, 大大减轻了污水管道系统和污水处理厂的负荷, 从整体上和长远上看是经济合理的。对已经形成合流制的城市, 可暂时保留其合流制排水系统, 逐步改造。

小城镇可采用合流制。个别单位和企业含有毒有害物质的废水应进行局部处理, 达到排放标准后才允许排入城市排水管道系统。

(1) 城市污水管道规划设计方面。从区域性、系统性出发, 远近期相结合、集中与分散相结合。保护水资源, 提高环境质量。遵循可持续发展战略, 适应社会的发展需要。 (2) 城市雨水管道规划设计方面。山区、丘陵地区城市的山洪防治应与城市防洪、城市排水体系紧密结合、统一规划。无论是洪水或市区雨水都要坚持以最短距离就近排放, 分散整治, 防止集中的原则。 (3) 城市污水资源化和雨水利用的规划设计方面。城市污水是可贵的淡水资源, 要充分考虑污水再生和循环使用的近期、中期、远期规划。国内外经验表明, 城市污水经过二级处理和深度净化后作为工业生产用水和城市杂用水是缺水城市解决水资源短缺和水环境污染的可行之路。

2.4 城市排水管道规划设计基本参数确定

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。 (2) 规划人口。 (3) 排水定额。 (4) 当量污染负荷。 (5) 工业排水量及水质浓度。 (6) 径流系数。 (7) 溢流周期。

3 城市排水管道系统的方案设计

城市排水管道系统设计思路如下。

3.1 排水系统布置

(1) 管道走向宜符合地形趋势, 顺坡排水。 (2) 管径大小须与街坊布置或小区规划相吻合。 (3) 管网密度合适, 排水路线最短, 以求经济合理。 (4) 污、雨水排放尽可能分散, 避免集中。 (5) 污水截流干管尽可能布置在河岸及水体附近。

3.2 选定排水出路

(1) 利用天然排水系统或已建排水干线为污、雨水排放的出路。 (2) 要在流量、高程两方面都保证污、雨水能够顺利排除。

3.3 划分汇水面积

(1) 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。 (2) 污、雨水汇水面积不宜过大。 (3) 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。 (4) 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。

3.4 选择排水线路

(1) 排水管道的线路须服从排水规划的统筹安排。 (2) 尽量避免排水管道穿越不容易通过的地带及构筑物。

3.5 确定排水管道系统的控制高程

(1) 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) 。 (2) 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) 。 (3) 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) 。

4 城市污水资源化和雨水利用

4.1 污水资源化

城市污水是水量稳定、供应可靠的水资源之一。城市污水净化再生利用既可控制水污染又将废水转化为优质水, 为城市提供可靠稳定的水资源, 既缓解了污染危害又弱化了需水矛盾。净化后的城市污水可用作工业冷却水、市政用水、补充河道景观用水。实例证明, 城市污水再生利用技术可行、经济适宜, 具有巨大的社会、环境和经济效益。

中国是一个发展中国家, 污水资源化刚刚才兴起。我国天津季庄子污水处理厂设有10万吨/日的净化水回用工程, 北京高碑店热电厂拟采用高碑店污水处理厂出水作为冷却水源。此外, 太原、大连等城市也在建设城市污水回用工程。到2010年, 若按照城市污水处理量的15%~20%进行回用则北方缺水城市估计可获得6亿m3~8亿m3的回用水。

4.2 城市雨水利用

现代意义的雨水利用尤其是城市雨水的利用是从20世纪80年代到90年代发展起来的。它主要是随着城市化带来的水资源紧缺和环境与生态问题而引起人们的重视。国外许多国家开展了相关的研究并建成一批不同规模的示范工程。在此基础上城市雨水的利用首先在发达国家逐步进入标准化和产业化阶段。

雨水利用目标是补充地下水和经过处理后回用。其雨水利用的措施如下。

(1) 建造雨水蓄水 (和适当处理) 设施, 汇集贮存城市雨水用作城市非饮用水的直接水源, 或用作建筑内外的冲洗用水、绿化喷洒用水, 必要时还可用作工业用水, 这在一定程度上可以缓解城市供水的压力。 (2) 加大绿化面积, 减少固化地面, 便于雨水的就地入渗, 补充地下水。尽可能减少封闭路面, 在德国的巴伐利亚州, 封闭路面仅占路面的3.4%。采用在绿色植被与土壤之间增设贮水层、透水层等办法可减缓雨水地表径流的速度, 增加城市土壤的相对含水量减少城市绿化的人工喷洒用水;可以减小城市雨水干管的管径, 降低暴雨期间城市的防洪压力, 并使城市地下水得到补偿。 (3) 在交通较少的道路, 尤其是居住区采用多孔沥青或多孔混凝土路面, 储存雨水及延缓径流。据国外资料介绍, 渗透地面比不透水地面的成本要高10%左右但综合考虑因径流减少、地面集雨时间延长导致的雨水管径减小, 雨水系统的总投资可减少12%~38%, 并因此而产生了较大的环境及社会效益。 (4) 采用渗透式雨水管沟, 便于雨水的储存式渗透; (5) 设置雨水渗透井、池, 便于雨水的储存、回用。

5 结语

规划设计是建设的龙头。一个科学的、合理的、连续的、操作性强的城市排水管道系统规划设计将会为城市发展稳定地、合理地、有序地步入可持续发展道路奠定坚实的基础。在全国乃至全球水危机的境况下, 如何解决水资源短缺与水污染的矛盾?城市污水作为一个主要的水污染源, 我们又该如何去解决?这样一个重要的问题摆在了我们城市排水管道系统规划设计工作者面前。

摘要：本文基于笔者多年从事城市排水项目审批和验收的相关工作经验, 以城市排水管道为研究对象, 深度探讨了城市排水管道的规划设计思路, 论文首先探讨了城市排水管道系统的作用, 而后分析了我国城市排水管道系统规划设计的前期准备工作, 进而详细论述了城市排水管道系统规划设计的具体内容, 最后笔者结合未来的发展趋势给出了城市污水资源化的思路和城市雨水利用的具体措施, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：城市,排水管道,规划,设计