关于城市排水管道系统规划设计的研究

邹爱珍

（南通景成交通规划设计咨询有限公司，江苏南通 226500）

0 引言

现如今，随着社会经济的日益发展，人们对水的使用量逐步增大，诸如家庭用水、工业用水、农业用水等等。与此同时，如何处理使用过的水已成为人们亟待解决的问题。一般意义上的水处理就是将污水就近排入受纳水体，但这种做法却在一定程度上影响了人们的水源安全，这是片面的水处理方式。以城市用水为例，城市排水管道在市政工程建设中起着举足轻重的作用。因此，在城市排水管道系统的规划、设计、施工与维护等方面必须作全面的考虑，在保障正常人民生活需要的同时，促进经济发展、保护城市环境。

1 排水管道系统的作用与现状

城市排水系统是指处理和排除城市污水和雨水的工程设施系统，是城市公用设施的组成部分。城市排水系统是现代城市为了保护环境，避免水灾危害发生而建设的用来收集、输送、处理和处置污水的一整套工程设施。完善的城市排水工程能够很好地保护人民的健康与正常生活。建立健全的排水系统的作用主要有：（1）从环境保护方面讲，排水工程有保护和改善环境，消除污水危害的作用。而消除污染，保护环境，是进行经济建设必不可少的条件，是保障人民健康和造福子孙后代的大事。（2）从卫生上讲，排水工程的兴建对保障人民的健康具有深远的意义。（3）从经济上讲，首先，水是非常宝贵的自然资源，它在国民经济的各部门中都是不可缺少的。其次，污水的妥善处理，以及雨雪水的及时排除，是保证工农业正常运行的必要条件之一。同时，废水能否妥善处理，对工业生产新工艺的发展也有重要影响。（4）污水本身也有很大的经济价值，如工业废水中有价值原料的回收，不仅消除了污染，而且为国家创造了财富，降低产品成本。

发达国家的城市建设经验表明，建立健全完善的城市排水管道系统是必不可少的市政工程项目。而我国仍处于发展中国家，城市建设基础薄弱，与之相关系的城市排水系统更是落后于发达国家，发展相对滞后。即便如此，目前国内对于城市排水管道的重视程度还是远远不够，一是政府在市政工程方面投资少，二是人们对污水的排放意识还有待加强。比如，工业废水直接排入附近河道，随处可见的水源污染，雨水与污水合流等等，种种排水问题得不到妥善解决，排水管网的建设与污水处理不协调，直接导致的后果就是水源污染，带来的间接后果就是制约了城市的经济发展。因此，如何加强城市污水处理，防止雨污内涝，保护公共水域，维护水资源的可持续利用，就显得尤为重要。

2 排水管道系统滞后的原因与机制

随着我国经济的发展，尤其城市发展速度加快，现在的城市排水量已经达到一定程度，原来管网已经没法承受了；现在新的管网建设又很差，建设又没有本着人和自然和谐的精神。从工程方面来说，有一些城市的排水管网设计标准还是蛮高的，有些地区标准是7 a，或者5 a，但是只是把大部分的投资建设在城市管网，而市政设施标准跟水利的标准，或者跟整个系统的标准没有衔接好。

通常，人们将城市排水体制分为两种，一是分流制，二是合流制。合流制只有一个排水管道系统，污水和雨水合流。为处理合流制中的污水，需设置污水截流管。合流制排水系统可以分为直泄式、全处理、截流式，其中截流式合流只适用于旧城改造。分流制排水系统，是指将生活污水、生产废水和雨水分别在两种以上管道系统内排放的系统。排除生活污水、工业废水或城市污水的系统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统。由于排除雨水的方式不同，分流制排水系统又分为完全分流制、不完全分流制和半分流制三种。平时，污水通过截流管送入污水处理厂；雨天，超过截流管输送能力的雨水和污水混合通过溢流井溢入水体。目前，国内外很多老城市都是采用合流制排水系统。出于对溢流污染方面的考虑，我国许多城市都曾着力将合流制改为分流制。但是这种改变只是停留在采用分流制排水系统可以有效避免雨季溢流污染问题的层面，而没有认识城市雨水径流本身，也会带来比较严重的污染问题，而且一些城市改造排水体制面临难以实施的现实困难及巨大代价。因此，考虑到我国幅员辽阔，地区差异性极大，新建地区的分流制选择，以及一些老城市的合流制改造也很难一概而论，应综合考虑各地的降雨情况、经济情况，以及综合建设情况。

3 排水管道系统的规划设计

3.1 设计原则

排水管道施工前，应该对施工方案进行合理的规划设计，一方面可以保证排水系统的科学性，另一方面要确保系统的前瞻性与可行性。从事系统的规划设计的人员要掌握详实的基础资料，结合城市发展与地形地貌实际，因地制宜地进行排水系统、排水体制、污水处理等的全面规划，另外，要结合工程经济实际，以最小的工程量获得最大的社会效益为方针，将社会经济、工程预算、技术手段、环境保护等多方面综合因素，融入到整个排水系统的规划设计中去。

一般来说，排水系统的设计规划要考虑以下原则：（1）要符合环境保护的要求；（2）排水工程应该在城镇总体规划的基础上进行，符合城镇建设的整体性要求；（3）处理好污染源治理与集中处理的关系；（4）考虑污水回收再利用的方案；（5）综合考虑给水与防洪综合问题；（6）按照国家和地方指定的有关标准、规范，设计排水系统工程，而且要全面规划，考虑远期发展还有扩建的可能。

3.2 设计参数

排水系统设计的基本参数决定了工程规模与效益，因此在确定设计参数时，既要考虑经济合理，又要考虑符合实际操作的可行性。（1）规划年限。根据城市发展将总体规划划分为近期、中期、远期，规划年限越长，参数的准确性越低，往往偏安全，不易切合实际；而规划年限越短，对以后的工程改造会造成资源浪费。（2）排水定额。准确计算城市污水的排放量，结合城市给排水规划，合理推断工程规划时期内的排水量趋势，同时调查地下水渗入量的实际情况。（3）工业排水量与水质。随着工业发展，工农业产业调整，工业排水量与水质的污染程度都有了很大的改变。（4）径流系数。要根据城市地面的铺砌、植被等覆盖情况，准确地确定径流系数。

3.3 排水系统的布置

排水管道的平面布置，要根据城市地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、水体情况、无塔供水设备，以及污水的种类和污染程度等因素确定。下面几种布置形式是以地形为主要因素的布置形式。

3.3.1 正交式布置

在地势向水体适当倾斜的地区，各排水流域的干管可以最短距离地沿与水体大体垂直相交的方向布置，这种布置称为正交式布置。正交布置的干管长度短、管径小，造价经济，污水排出迅速。但污水未经处理直接排放会使水体遭受严重污染。因此，在现代城市中，直接排放形式仅用于雨水排除。

3.3.2 截流式布置

在正交式布置的基础上，沿河岸再敷设一总干管将各干管的污水截流并输送至污水厂，这种布置称为截流式布置。截流式布置对减轻水体污染、改善和保护环境有重大作用，适用于分流制的污水排水系统。将生活污水和工业废水经处理后排人水体，也适用于区域排水系统。在此种情况下，区域性的截流总干管需要截流区域内各城镇的所有污水，并输送至区域污水厂进行处理。对于截流式合流制排水系统，因雨天有部分混合污水泄人水体，对水体有所污染，这就是合流制的缺点。

3.3.3 平行式布置

在地势向河流方向有较大倾斜的地区，为了避免干管坡度及管内流速过大，使管道受到严重冲刷，可使干管与等高线及河道基本平行、主干管与等高线及河道成一定斜角的形式敷设，这种布置称为平行式布置。但是，无塔供水能否采用上述的平形式布置，取决于城镇规划道路网的形态。

3.3.4 分区式布置

在地势高低相差较大的地区，当污水不能靠重力流流至污水厂时，可采用分区式布置。分区式布置的含义是：分别在地形较高区和地形较低区依各自的地形和路网情况敷设独立的管道系统。高地区污水靠重力流直接流人污水厂，低地区污水用水泵抽送至高地区干管或污水厂。这种布置只能用于个别阶梯地形或起伏很大的地区，其优点是能充分利用地形较高区的地形排水，节省能源。

3.3.5 分散式布置

当城市周围有河流，或城市中央部分地势较高、地势向四周倾斜的地区，各排水流域的干管常采用放射状分散式布置，各排水流域具有独立的排水系统。这种布置具有干管长度短、管径小、管道埋深浅等优点，但污水厂和泵站(如需要设置时)的数量将会增多。在地形平坦的大城市，采用辐射状分散布置也可能是比较有利的。

3.3.6 环绕式布置

在分散式布置的基础上，沿城市四周布置截流总干管，将各干管的污水截流送往污水厂，这种布置称为环绕式布置。在环绕式布置中，便于实现只建一座大型污水厂，避免修建多个小型污水厂，可减少占地、节省基建投资和运行管理费用。

应当注意的是城市的地形是非常复杂的。加之多种因素的影响，在实际中单独采用一种形式布置管道的情况较少，通常是根据当地条件，因地制宜地采用各种形式综合布置。

3.4 排水管道的施工组织

3.4.1 选定排水出路

（1）尽可能地使用原有或天然的排水系统排除雨污水；

（2）在排水系统高程及管道流量的原则之下，使得雨污水顺利排出。

3.4.2 划分汇水面积

（1）要结合地形地貌实际，与城市发展总体规划相结合，按照城市布局划分排水区域；

（2）雨污水的汇水面积不宜过大或者过小；

（3）雨污水的汇水面积形状要尽量规整，符合当地的地形特点；

（4）雨污水的汇水区域布局要合理，统筹规划。

2.4.3 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。

3.4.4 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；

（2）排水管道起点的控制高程；

（3）排水管道系统中，各重要节点的控制高程。

4 排水系统的完善措施

我国城市雨水排水系统应更多地采用绿色措施，不应仅拘泥于简单的合与分，应更多地从资源利用、调控减排、控污、生态等多角度出发考虑。从城市良性水循环系统角度考虑，正是新型排水系统的核心理念。中国多数城市排水管道不成系统，有的利用街道、河道排水，影响环境卫生。有的排水能力低，致使有的城市雨后长时间积水，对生活、生产影响很大。为此要从以下几个方面着手：

（1）应尽快探索经济、高效、节能、技术先进的、符合中国国情的城市污水处理新工艺和新技术。

（2）应大力开展污水资源化研究。

（3）应大力加强水质检测新技术、操作管理自动化和水处理设备标准化的研究工作。

（4）积极开展研究和加以推广无害无废水工艺、闭合循环和综合利用等控制工业污染的新技术。

（5）应着手进行区域排水系统的研究工作，运用系统工程的理论和方法及电子计算技术，从整个河流的范围出发，寻求水污染控制的设计和管理的最优方案。

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