城市排水系统规划设计与发展

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由于我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展,水环境污染和水资源短缺日趋严重。为了保护水体环境,国家已把城市给排水列为基本建设领域重点支持的产业,并提出至2000年我国污水处理率达到25%,2010年污水处理率达到40%的总体目标,要求“七大流域”、“三大湖泊”和重点沿海城市及其近岸海域城市、非农业人口50万以上的城市都要建设城市污水处理厂。据有关资料,2005年我国城市污水排放量达420×108m3,国家在“十五”期间对城市排水设施投资将达1200亿元。随着全球城市化的发展,排水系统在社会可持续发展中起着越来越重要的作用,污水处理是城市水环境改善的一个极其重要的方面。排水系统是现代化城市不可缺少的重要基础设施,也是城市水污染防治和城市排渍防涝、防洪的骨干工程。在新的形式下,排水系统被赋予了新的使命。排水系统是水循环中水质与水量的连接点,再生水利用是良好水循环中质与量的桥梁。

一、排水系统的功能

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,认为污水是有害的、应尽快排除到城市下游。这种观念导致的结果往往是保护了局部的生活环境,危害了广大流域地区。实际上,良好的水环境不是局部地域的,它的范围是整个流域的乃至全球的。给水系统和排水系统好比是城市水循环的动脉与静脉,排水系统起到回收城市污水和净化再生,畅通城市水循环的作用。21世纪排水系统的定位应从以前的防涝减灾、防污减灾逐步转向污水的资源化,从而恢复健康水循环和良好水环境,维系水资源可持续利用。事实证明:污水深度处理与再生回用是恢复水环境的必由之路,其社会效益、环境效益与经济效益已为世界各国所瞩目。在这方面每一个点滴进步都是对人类社会的贡献。

二、排水系统规划

在进行排水系统规划时,应对整个城市的功能分区、工农业分布、排水管网及污水处理现状等做周密的调查,调查现有的和预测潜在的再生水用户的地理位置及水量与水质的需求,并将这种结果反映到给排水专业规划中。在市政建设和环境治理工程建设中,雨水和污水管道系统常占有较大的投资比例。因此如何在满足规定的各种技术条件下,合理设计城市排水管道系统是设计中的一个重要课题。

1、排水体制

我国城市在长期发展过程中,由于受投资因素的限制及发展模式的影响,现状建成区多为雨污合流制。合流制区域面积至少占建成区面积的80%以上,而且八十年代以前的建成区,建筑密集,各种地下管线拥挤,要改造为分流制,需增设一套污水管网系统,难度非常大。结合近年国内城市污水设施建设的情况,本人认为宜采用混合制的排水体制,即城市新区及有条件改造的建成区采用分流制,把雨水、污水的收集、处理和综合利用结合起来,逐步转变目前的雨、污水合流制或不完全分流制系统为完全的分流制系统。雨、污水的分流有利于对不同性质的水采用不同方法处理和控制,有利于雨水的收集、贮存、处理和利用,避免洪涝灾害,增加城市可用水资源,同时也有利于减轻城市面源污染。部分现状建成区采用截流式合流制,不宜盲目追求分流制。

合流制排水体制的设计应注意截流倍数、雨水调蓄和环境评价等几个因素;分流制排水体制的设计则应注意与现状排水系统的衔接问题;混合制排水体制在设计时,其分流制污水干管应在合流制截流干管的最终溢流井下游接入,严禁先汇流再溢流。

2、排水管网的设计计算

传统排水管道系统的设计计算方法是:设计人员在掌握了较为完整可靠的设计基础资料后,按照管道定线和平面布置的原则,确定出一种较为合理的污水管道平面布置图。然后计算出各设计管段的设计流量,以水力计算图或水力计算表及有关的设计规定作为控制条件,从上游到下游依次进行各设计管段的水力计算,求出各管段的管径、坡度以及在检查井处的管底标高和埋设深度。计算中,一般只是凭经验对管段的管径和坡度等进行适当的调整,以求达到经济合理的目的,但其合理程度受到设计人员个人能力的限制;另一方面,大多数计算采用反复查阅图和表的方法进行,工作效率低,时间长,不利于设计方案的优化。

自20世纪60年代开始,国际上在经验总结和数理分析的基础上,逐步建立起了各种给水排水工程系统或过程的数学模型,从而发展到了以定量和半定量为标志的给水排水工程“合理设计和管理”的阶段。与此同时,对于各种类型的给水排水系统,开展了最优化的研究和实践。

排水管道系统是一个庞大而复杂的系统,从已有的研究成果来看,其设计计算主要涉及到3方面的内容:(1)在管线平面布置已定情况下进行管段管径-埋深的优化设计;(2)管线平面布置的优化选择;(3)雨水径流模型的建立。合流制排水管道系统通常具备溢流设施,用以限制输送至当地污水处理厂的水量。由于溢流出来的雨水也就近排入河道,因此从水量角度而言,合流制排水系统对于排水区域的影响与分流制雨水系统实际上是相同的。

无论国内还是国外,在排水管道系统设计的理论计算和工程应用上均已取得很大的成果,也仍然存在着许多期待解决的问题。随着计算技术和系统方法的发展,更好地研究开发排水管道系统设计计算软件是必然的发展趋势。

城市排水系统的规划设计是一个“功在当代,利在千秋”的庞大工程,除要考虑费用与技术等因素外,还应考虑该方案是否有利于实现污水资源化--既是在原有技术经济分析因子的基础上,增加促进污水资源化和环境质量的改善这两个重要的比较因子。虽然目前我国投入到污水厂建设的资金较为有限,要在全国范围内普遍地实现污水资源化还需要一个认识过程,但是必须注意到这将是解决我国水问题的有效途径。应该从现在开始在有条件的城市和地区率先实现污水处理和再生利用,要努力探求适合我国国情的污水回用途径和相应的处理方法。

随着全球城市化的发展,排水系统在社会可持续发展中起着越来越重要的作用,污水处理是城市水环境改善的一个极其重要的方面。但是,污水达标排放,并不是排水系统的最终目标,而是更艰巨的治理工作的开端。在新的形式下,排水系统被赋予了新的使命。排水系统是水循环中水质与水量的连接点,再生水利用是良好水循环中质与量的桥梁。污水的资源化、污水的再生和利用既提高了水的利用率,又有效地保护了水环境,有利于实现城市水系统的健康、良性循环,从长远来看,这将是有效地解决我国水资源短缺和水环境恶化问题的优化途径。