城市排水系统选型设计分析

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　　摘要：城市排水系统体制的选择是城市排水系统规划中首要问题，它影响排水系统的设计、施工、维护和管理，对城市规划和环境保护影响深远。文章通过对分流制、合流制排水系统设计进行分析，从而阐述排水系统在现代城市规划中及可持续发展要求下的设计选择。
　　
　　关键词：城市排水 分流制排水系统 合流制排水系统 可持续发展
　　
　　引言
　　城市排水是指城市生活污水、工业废水、大气降水（含雨、雪水）径流和其他弃水的收集、输送、净化、利用和排放。含污染物的生活污水和工业废水，通称城市污水。城市污水，一般通过城市排水管网输送到城市污水处理厂进行净化，达到规定的水质标准后，再加以利用或排入水体。城市排水设施，是保证城市地面水排除，防治城市水污染，并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施。由于城市排水设施的功能和特性，使其工程规模大，投资额大，施工难度大，工期长和在运行中消耗大量的能源和资源。在社会经济尚未得到充分发展前，城市往往不易做到具有完善的排水设施和良好的水环境。多数是过分利用自然净化能力，造成水环境的污染。城市排水是一项发展比较缓慢的基础设施。
　　一、城市排水系统分类及阐述
　　 城市排水系统分为分流制排水系统和合流制排水系统。
　　 1、分流制排水系统的概念、分类、优缺点以及适用条件
　　 分流制排水系统是将生活污水、工业废水、降水径流用两个或两个以上的排水管渠系统汇集和输送（图1所示）。其中排除生活污水，工业废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。根据排除雨水方式的不同，又分为完全分流制、不完全分流制和截流式分流制。完全分流制排水系统分设污水和雨水两个管渠系统，前者汇集生活污水、工业废水，送至处理厂，经处理后排放或加以利用；后者通过各种排水设施汇集城市内的雨水和部分工业废水(较洁净)，就近排入水体。不完全分流制只建污水排水系统，未建雨水排水系统，雨水沿着地面、道路边沟和明渠泄入水体；该排水体制投资省，主要用于有合适的地形、有比较健全的明渠水系的地方，以便顺利排泄雨水。目前还有很多城市在使用，不过它没有完整的雨水管道，在雨季容易造成径流污染和洪、涝灾害，所以最终还得改造为完全分流制；对于常年少雨、气候干燥的城市可采用这种体制，而对于地势平坦，多雨易造成积水地区，不宜采用不完全分流制。截流式分流制既有污水排水系统，又有雨水排水系统，与完全分流制的不同之处是在于它具有把初期雨水引入污水管道的特殊设施，称雨水截流井。截流式分流制可以较好地保护水体不受污染，由于仅接纳污水和初期雨水，截流管的断面小于截流式合流制，进入截流管内的流量和水质相对稳定，亦减少污水泵站和污水处理厂的运行管理费用。总而言之，分流制的优点是它可以分期建设和实施，一般在城市建设初期建造城市污水下水道，在城市建设达到一定规模后再建造雨水道，收集、处理和排放降水尤其是暴雨径流水。
　　
　　
　　 2、合流制排水系统的概念、分类、优缺点以及适用条件
　　 合流制排水系统是将城市生活污水、工业废水和雨水径流汇集入在一个管渠内予以输送、处理和排放。按照其产生的次序及对污水处理的程度不同，合流制排水系统可分为直排式合流制、截流处理式合流制和全处理式合流制。城市污水与雨水径流不经任何处理直接排入附近水体的合流制称为直排式合流制排水系统。截流式合流制(图2所示)是在直排式合流制的基础上，修建沿河截流干管，并在适当的位置设置溢流井，在截流主干管（渠）的末端修建污水处理厂。该系统可以保证晴天的污水全部进入污水处理厂，雨季时，通过截流设施，截流式合流制排水系统可以汇集部分雨水（尤其是污染重的初期雨水径流）至污水处理厂，当雨-污混合水量超过截流干管输水能力后，其超出部分通过溢流井泄入水体。这种体制对带有较多悬浮物的初期雨水和污水都进行处理，对保护水体是有利的，但另一方面雨量过大，混合污水量超过了截流管的设计流量，超出部分将溢流到城市河道，不可避免会对水体造成局部和短期污染。在雨量较小且对水体水质要求较高的地区，可以采用完全合流制，将生活污水、工业废水和降水径流全部送到污水处理厂处理后排放，这种方式对环境水质的污染最小，但对污水处理厂处理能力的要求高，并且需要大量的投资和运行费用。
　　 在一个城市中，有时采用的是复合制排水系统，即既有分流制也有合流制的排水系统。复合制排水系统一般是在由合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。在大城市中，因各区域的自然条件以及修建情况可能相差较大，因地制宜的在各区域采用不同的排水体制也是合理的。
　　
　　
　　二、分流制排水系统与合流制排水系统设计实例分析
　　 1、60年代，美国就已经开始了对城市雨水径流和合流制溢流(CSO)污染控制的研究，其对600多个城市的排水系统调查的结果表明，把直排式合流制改造为截流式合流制与将合流制改造为分流制的投资比为1：3。1972年通过《清洁水法》后，美国环保局、各州和地方水污染控制机构己经采取措施减少排水管道污水的溢流量，同时对雨污混合污水在溢流前进行调节、处理及处置, 使之溢流后对水体的水质影响在控制的目标之内。在对待合流制溢流的问题上，瑞典和德国是两个典型的倾向于利用雨水池来控制溢流污染的国家。因为认识到分流制耗资巨大，合流制改造为分流制影响范围大，耗时长，技术上又不足以有效地防止城市雨水径流对水体的继续污染，瑞典在八十年代初就放弃了市政管网雨污分流的思想,而是采用修建雨水入渗和雨水渗透设施来减缓暴雨径流，进行源头控制，80年代初，仅居民户就修建渗透设施14000余个。
　　 2、 以德国为代表的欧洲国家从八十年代开始重视城市雨水径流污染的控制。他们不是依赖“雨污分流”的办法来控制城市雨水径流污染，而是把重点放到源头污染控制、削减城市雨水径流量和其它雨水径流污染控制的技术性和非技术性措施上，在排水系统的上游各子流域内,将雨水或就地渗入地下,或延长其排放时间,或暂时蓄存,以收到削峰、减流、净化雨水径流、补充地下水的效果。
　　 国外排水体制的构成中带有污水处理厂的合流制仍占相当高的比例：英、法等国家的大部分城市也仍保留了合流制体系，以控制非点源污染并保证污水的处理率，修建合流管渠截流干管，即改造成截流式合流制排水系统，结果莱茵河和泰晤士河的水体都得到了很好的保护。而前西德1987年其合流制下水道长度占总长度的71.2%, 且该国专家认为通常应优先采用合流制,分流制要建造两套完整的管网,耗资大、困难多,只在条件有利时才采用。
　　 3、我国的新建城市(区)，如深圳市，上海浦东，大连开发区等，都是分流制排水系统。由于设计、施工和管理方面的原因，在这些新建城市(区)中，并没有真正实现完全分流制所期望的目标，也没有将污水处理厂服务流域内的污水全部收集到污水处理厂。另外，北京、天津、昆明等许多城市也规划将合流制完全改造成分流制排水系统。北京已有三分之二的排水系统为分流制，最近几年，在点源污染治理、河湖水系生态保护方面加大了力度，但部分河湖在降雨后仍有严重的“水华”现象发生，有的河段、湖泊富营养化现象依然严重，这些状况很大程度上是由非点源污染造成的。分流制排水系统使污染严重的初期雨水和部分小雨都直接排入水体，在减少合流制溢流污染的同时却增加了非点源污染问题。
　　三、分流制排水系统与合流制排水系统设计选型分析

　　 合理地选择排水系统的体制，是排水工程师在规划和设计时要面对的重要问题， 它的选择不仅从根本上影响排水系统的设计、施工和维护管理，而且影响排水系统工程的总投资和维护管理费。通常，排水系统体制的选择应满足环境保护的需要，根据当地条件、运用技术经济比较来确定；环境保护和保证城市可持续发展则是选择排水体制时所要考虑的主要问题。 下面从不同角度来分析一下各种体制的使用情况。
　　1、从环境保护方面来看，如果采用全处理式合流制，从控制和防止水体的污染来看效果较好，但这时主干管尺寸很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应地增高。采用截流式合流制时，雨天部分混合污水通过溢流井直接排入水体，对环境影响较大。目前，国际上对这一部分污水的水质、水量控制和处理途径的研究十分活跃。60年代，美国就已经开始了对城市雨水径流和合流制溢流(CSO)污染控制的研究，在1972年通过《清洁水法》后，美国环保局、各州和地方水污染控制机构己经采取措施减少排水管道污水的溢流量，同时对雨污混合污水在溢流前进行调节、处理及处置, 使之溢流后对水体的水质影响在控制的目标之内。但实践证明，采用截流式合流制的城市，随着建设的发展，河流的污染日益严重，甚至达到不能容忍的程度。分流制可以将城市污水全部送至污水厂进行处理，但初降雨水径流未加处理直接排入水体，这是它的缺点。近年来，国内外对雨水径流的水质调查发现，雨水径流特别是初降雨水径流对水体的污染相当严重。分流制虽然具有这一缺点，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，所以是城市排水系统体制发展的方向。
　　 2、从维护管理方面来看,晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时可达满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。晴天和雨天时流入污水的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理中的复杂性。而分流制系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀。但是，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。有时也采用复合制排水系统，即既有分流制也有合流制的排水系统。复合制排水系统一般是在由合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。在大城市中，因各区域的自然条件以及修建情况可能相差较大，因地制宜的在各区域采用不同的排水体制也是合理的。如美国的纽约以及我国的上海等城市便是这种形势的复合制排水系统。（图3所示）。
　　
　　
　　 3、从造价方面来看，合流制排水管道的造价比完全分流制系统一般要低20%―40％，可是，合流制的污水厂却比分流制的造价要高。从总造价来看完全分流制比合流制高，从初期投资来看，不完全分流制因初期只建污水排水系统，因而可节省初期投资费用。此外，又可缩短施工期，发挥工程效益也快。而合流制和完全分流制的初期投资均比不完全分流制要大。
　　
　　 四、总结
　　 随着城市化的发展，排水系统在社会可持续发展中起着越来越重要的作用。国内外针对排水体制的研究表明，建立理想的分流制或将合流制改为完全分流制的成功率很小，且投资巨大，管理困难。我国排水体制的选择应根据城镇及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发，通过技术经济比较综合考虑确定,而不应该只重政绩而盲目的选择分流制排水系统。
　　参考文献：
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