城市排水系统设计与研究

□ 长沙市规划设计院有限责任公司 樊亮亮

近些年来我国的城市排水系统建设虽然有了一定的发展，但与城市化建设和发展的速度相比还是缓慢的，甚至可以说处于一个被忽视的地位，这也就导致了城市排水系统建设严重落后的现状。

一、我国城市水资源概述

1.我国水资源现状。中国是世界水资源最缺乏的国家，每年水资源总量为28000亿吨，居世界第六，但人均水资源低于2400立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第110位，被联合国列为13个贫水国家。同时，水资源浪费非常严重，发达国家水的重复利用率一般在70%以上，而中国仅为20%～30%；此外，它正面临着严重的污染，近50%的重点城市饮用水水源地不符合标准。水资源短缺已迫使部分城市地下水开采，造成地下水位下降、海水入侵和城市土地整理。在城市水资源短缺的地区，尤其是在华北地区，已经成为影响中国城市可持续发展的重要因素。

2.水资源的保护与利用。水资源开发利用要统筹考虑社会、经济、环境等各个方面的因素，使水资源与人口、经济、环境协调发展，通过合理开发、区域调配、节约利用、有效保护，实现水资源总供给与总需求的基本平衡。

我国从1976年起逐步成立了以流域为单元的流域水资源保护机构，并制定了流域水污染防治条例和有关的法规。采用多种手段保护与利用水资源：重点保护饮用水水源，改善水质；实行计划用水，节约用水的方针；根据河流、湖泊、水库的不同功能要求和水质标准，制定流域水资源保护规划，并组织实施；积极发展生态农业，防治水土流失，控制面源污染，改善生态环境。

二、城市排水系统的作用

现代城市给水排水设计与居民的基本生活和城市的经济发展直接相关，是城市建设水平的重要表征。在城市建设步伐日益加快的今天，有一套科学的供水和排水系统可实现水资源的可持续保护，提升城市投资硬环境，促进城市经济的可持续发展。但现阶段，城市污水处理厂仍严重不足，部分城市污水未经处理排放。在我国城市排水系统的现状还不容乐观的情况下，需要我们全社会的关注，需要城市规划者做出长期而合理的规划。

三、城市排水系统存在的问题

1.雨水系统安全性偏低。2010年9月，237个中国城市内涝，超过前两年的总和，其中洪涝灾50cm以上占74.6%，15cm以上的水深（可以淹没的小客车排气管）高达90%。近年来，城市内涝频发，呈现水深、水长的特点，不仅造成了巨大的经济损失，而且严重威胁着城市的安全。据统计显示，近80%的城市内涝原因是排水系统建设滞后，设计标准偏低。 老管网不及时更新，新的管网跟不上城市建设的扩张步伐，完善城市落后的排水系统的发展迫在眉睫。新的《室外排水设计规范》（GB50014-2016）提高了一般区域城市雨水管道设计重现期下限，并引入了防涝要求，但在排水系统建设过程中，大部分城市普遍采取设计标准下限值。

2.污水收集效率偏低。城市污水处理厂的进水水质设计是根据调查数据确定的，调查数据表明，中国南部很多污水处理厂运行低于设计值，如广州市污水处理厂进水设计值的50%，福建海洋污水处理厂进水仅为设计值的55%。污水的浓度直接决定了污水处理工艺的选择，当实际水质标准远低于设计质量，污水处理厂的投资和运行效率便会偏低。 污水处理厂进水水质较低，一方面是实际水量比预计水量低，这可能由于城市建设和人口未达到规划设计值，或者有部分污水未收集到管网；另一方面，城市污水收集管网漏失严重，南部城市地下水位高，由于管道年久失修，地下水渗入量大。例如在上海，一些地区的地下水渗透达到平均污水量为30% ～ 40%，导致管道的实际传输能力低了很多，同时降低了污水处理厂的进水浓度。

3.雨污混接加剧城镇面源污染控制难度。一个完全分流的排水系统应包括一套单独的污水系统和一套单独的雨水系统，从而避免在合流制排水系统中的排水过程中，溢流混合水对接收水体的污染。然而，由于施工、设计方法的落后，标准低，用户习惯错接、乱排等原因，城市管理水平落后，大量的高浓度污水直接排放入河。城市面源污染因为涉及面广，控制是困难的，长期以来一直是制约城市水环境健康发展的重要因素。

四、城市排水管道系统的优化设计

1.采用先进的分析研究手段。城市雨水管网设计的非恒定流模拟技术，可以计算各断面的流量过程线和设计各径流调节设施，科学设计管网、泵站及调节池等。设计状态与管网实际运行状态吻合较好，提高了管网设计的可靠性。利用降雨径流模型的计算机模拟，任何一个工程师都可以很容易地获得和使用这些模型，并根据这些模型的流域特征、输送系统的特点和降雨记录，生成水质或径流模拟，来指导和校核排水系统设计。

2.采用较高的防汛排涝标准。日本、美国等发达国家在防洪设施上投入较大，防洪体系相对完善，标准较高。雨水排水系统管道普及率超过90%，城市雨水系统设计周期一般是5 ～ 10A。在美国，许多州将排水干管系统设计周期设置为100A，其他设施根据重要性采用不同重现期。在一些老城区的旧城排水系统采用较小的重现期，且管道难以重建，针对这些低排放标准系统，日本、美国通过建设存储隧道，雨水收集池调节池，对超标暴雨进行错峰排放，来提高重个系统的标准。

3.采用源头控制理念。采取各项工程性和非工程性措施对雨水径流源头控制，从流量削减、水质控制、对各种土地的适用条件、设计技术难度、操作维护要求等方面对各种优化管理方法进行评价，结果表明，源头控制的有效方法包括：尽可能减少直接不透水面积，采用延时滞留调节池、截流调节池、湿地和渗透性铺面等。日本建设省自1980年开始推行雨水储存渗透计划，采用的渗透设施主要设施有渗透池、渗透管、渗透井、透水性下垫面、多功能调蓄池和绿地等，有关部门对东京附近22公顷范围内进行长达5年的观测和调查，平均降雨量69.3mm的地区在进行“雨水渗透”后，其平均出流量由原来的37.59mm降到5.48mm。 对于改造难度大或者用地紧张的老城区，当源头控制措施难以较快推进时，也可采取末端调蓄或者截流等措施。

4.建设以“蓄水”代替“排水”的海绵城市。对中国的城市排水系统的建设将不再强调大管道，致力于建设海绵城市，使降雨通过渗、蓄、滞、净、用、排循环，并减少排放量。将水储存起来，并加以利用，使水在城市迁移的更自然。以“蓄水”代替“排水”，“海绵”可能是河流、湖泊、湿地、池塘和原来的沟渠，也可能是生态草沟，雨水花园，屋顶绿化等新的生态设施。通过“海绵”的渗透、储存、净化和再利用，剩余部分的雨水通过管网或泵站送外排河道，从而有效提高城市排水系统的效率，缓解城市内涝的压力，减少水污染。

五、总结

排水系统是城市重要的基础设施，是城市的重要生命线，与给水、电力、燃气具有同等的地位。随着全球气候变化、城市化高速发展、水资源日益紧缺和水环境质量的恶化，对城市排水设施提出了更高的要求。很多城市，包括北京、上海、广州等这样的国际化大都市，其原有的排水系统已经不堪重负。在经济持续发展的今天，应高度重视排水收集系统的建设，借鉴国外排水管网的先进经验，及时调整修订规范标准，注重建设和管理并举，提高收集系统的效率。

参考文献：

[1]广州市供水管网地理信息系统的开发与应用[J]. 廖敏辉,吴玉琴,张钺. 给水排水. 2002(04)

[2]直接优化法优化设计城市污水管道系统[J]. 郭迎庆,王文标. 给水排水. 2002(02)

[3]哈尔滨排水地理信息智能管理系统简介[J]. 闫丽华.给水排水. 2002(01)

[4]对城市排水工程中排水制度的思考[J]. 洪嘉年. 给水排水. 1999(12)

DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.06.032