王志恒
机械工业勘察设计研究院有限公司 710043
摘要：近年来，城市化进程加快引发的一系列城市水问题日益突出，如水环境污染严重、水资源短缺、城市内涝频发等，使得现有的城市排水系统建构面临严重挑战。因此，在城市排水系统规划设计中应全面综合考虑，既应保证城市排水系统正常运行以保障城市功能的充分发挥，又应充分利用雨水资源已降低排水系统负荷，已达到资源的综合利用。
关键词：绿地雨水利用；城市；排水管道系统
1城市绿地雨水渗透利用
城市绿地雨水渗透利用就是通过地表渗透或者辅助设施使雨水下渗至浅表土壤以及地下水层，使雨水得以利用的方式。城市绿地雨水渗透利用包括绿地土壤的渗透利用和修建渗透设施两种措施。城市绿地是最好的渗透设施，只要增加绿地，就可以加大雨水的利用量，这是一种获得最佳城市生态效益的利用方法。城市绿地中的非硬化地面是雨水下渗的主要区域，屋顶及硬质铺装截留的雨水也可以导入绿地中进行渗透利用。可以采用人工修建渗透设施的方法进行径流水的渗透，雨水渗透设施包括渗井、渗管、渗透沟槽、渗水水池及透水地面等，这些渗透设施的设计和应用会大量增加雨水的渗透量。
2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会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。
科学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、施工和维护管养，而且影响排水系统的工程总投资和长期的维护管理费。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。
2.1.1从环境保护方面来看
如果采用全处理式合流制，控制和防止水体污染的效果较好，但污水干管断面尺寸很大，污水厂规模增加，一次性投资的工程建设费用较高，长期的维护运行费用也大。而采用截流式合流制时，雨天有部分混流的污水通过溢流井排入水体，对水环境影响较大。实践证明，采用截流式合流制的城市，随着其城市建设的发展，河流污染将日益严重。分流制可以将城市污水全部送至污水处理厂进行处理，但初降雨水径流未加处理直接排入水体，这是分流制的缺点。但分流制比较灵活，能适应社会发展，一般又能符合城市环保的要求，是城市排水系统体制的发展方向。
2.1.2从工程投资方面来看
合流制排水管道系统的工程总投资比分流制一般要低20%～40％，但污水处理厂的工程建设费却高于分流制。
2.1.3从维护管理方面来看
合流制排水管道管径较大，晴天的污水流量小、流速低，易于产生沉淀，且晴天和雨天的污水流量、污水水质变化较大，增加了合流制污水处理厂运行管理的复杂性，出水的水质不稳定。而分流制污、雨水管道的设计流速超过了不淤流速，不易淤积；污水处理厂的水质水量稳定，其运行易于控制。
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：城市总体规划及城市道路、给水、电力、防洪、环保等专业规划；排放水体资料，流量、水位特征值，水质污染情况，BOD5、COD、SS、pH以及其它；自然地理及气象资料：降水、风向、冰冻、地下水位、地形、地质等；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；工业排水量及水质；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。
2.3.1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。
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2.3.2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。
2.3.3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。
2.4.1规划年限
根据城市总体规划分为近期、远期。规划年限过长则推定的设计参数精度低，往往偏安全，不易切合实际；规划年限过短则工程实施后马上就满负荷或超负荷运行，造成重复规划、重复建设的浪费。
2.4.2规划人口
这样可以不仅仅以规划年限为依据，可提高参数的精度，更可直接用于各种设施的分期建设。
2.4.3排水定额
准确调查每人每天的污水排放量，结合城市给水规划合理推定未来的排水量。同时要调查地下水渗入量的实际情况。
2.4.4当量污染负荷
人们排放的污染负荷会随着城市发展、生活水平提高而增加，但是有一定限度，不可估计过大。SS是污泥发生量的基础，决定时更要慎重。
2.4.5工业排水量及水质浓度
随着产业结构的调整，工业排水量及水质浓度都已经有了较大的下降。规划中工业排水量不能估计过大。
2.4.6径流系数
根据地面的铺砌、植被、天然水池、洼地等情况，准确决定径流系数。
2.4.7溢流周期
通过雨水淹没损失、建设费及维护费用的经济技术分析来决定溢流周期，不宜过大。城市的不同区域，特别是中心区和偏僻地区要分别对待。
3基于绿地雨水利用的城市排水系统研究
3.1城市绿地雨水利用的总体思想
城市绿地设计上，利用地势起伏变化，形成下凹式绿地，即利于滞留、调蓄、净化雨水，又可在不增加投资的前提下取得良好的削峰减流效果，以减轻城市排水系统负荷。具体思想：在新开发区或旧城改造区，绿地规划设计时合理确定路面、绿地、雨水口三者的高程关系，就势形成下凹式绿地，以便于雨水引入就地消纳，经绿地积蓄、入渗后，多余的雨水径流才从雨水口汇入排水管道排放。
3.2城市排水管道系统的设计计算
城市排水系统形式主要有合流制和分流制两种：分流制排水管道系统的设计流量各自单独计算污水和雨水；合流制排水管道系统的设计流量是两者之和，而在实际进行水力计算时，当生活污水量与工业废水量之和比雨水设计流量小很多，例如有些资料认为生活污水量与工业废水量之和小于雨水设计流量的水设计流量的5%时，其流量一般是可以忽略不计的，因为它们的加入与否往往不影响管径和管道坡度。由此可见，在计算合流制排水管道系统的设计流量时，雨水设计流量的多少起着决定性作用，雨水量在很大程度上决定着城市排水管道的断面尺寸，管径和管道坡度等。目前，国内外雨水管道的常规设计方法有推理公式法、阶段法、时间--面积曲线和等流时线法面积曲线和等流时线法、切线法和改进切线法等。我国在室外排水设计规范中规定，法采用推理公式法（也称为极限强度法）来计算设计流量。
3.3绿地雨水利用与排水管道系统的关系
对于某一城市而言，当设计重现期及集水时间确定之后，其设计暴雨强度已经确定，则流量只与汇水面积和径流系数有关，而当汇水面积一定时，则设计流量只与径流系如数有关。
4结束语
总之，本文是研究城市排水管道系统新方法的初步成果，结合我国的实际情况和城市排水系统的现状，提出了基于绿地雨水利用的城市排水系统研究，即海绵城市模型下的雨水量的计算方法。如将该方法应用于实践，将会取得良好的效果，绿地雨水利用有很好的拦蓄雨水径流、补充城市地下水、削减洪峰流量等功效。这对于减少城市管网负担、降低管网造价、减少基础设施投资以及城市现有合流制排水系统的分流制改造研究具有十分重要的意义。
参考文献
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[2]张忠祥，钱易．城市可持续发展与水污染防治对策．中国建筑工业出版社，2016年.
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[4]王沛勇，张媛．城市绿地中雨水资源利用的途径和基本方法.2016年．第6期.
论文作者:王志恒
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：城市论文; 雨水论文; 污水论文; 绿地论文; 排水系统论文; 排水管道论文; 径流论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;