城市排水工程的系统规划

2.2　城市排水工程的系统规划

2.2.1　城市排水系统的组成

1．城市污水排除系统

收集城市生活污水和部分工业生产污水的排水系统，由以下主要部分组成。

(1)室内(车间内)污水管道系统及设备，主要用于收集房屋卫生设备及车间用水设备所排出的污水。房屋卫生设备，如面盆、浴盆、大便器和小便器等，是生活污水排除系统的起端设备。

(2)室外污水管道系统，包括街坊或庭院(厂区)内管道系统和街道污水管道系统，后者分支管(图2－1)、干管(图2－2)、主干管及管道系统上的附属构筑物。污水由建筑物内部排出后通过各级排水管道汇集送向污水处理厂。

图2－1　排水支管施工现场

(3)污水泵站及压力管道。污水在转输过程中，由于地形等条件限制需将低处污水向高处提升时，应设置泵站。设在管渠系统中途的泵站称中途泵站，设在系统终点的称终点泵站。污水需用压力输送时，应设置压力管道。

(4)污水处理厂。

(5)污水出口设施，包括出水口(渠)、事故出水口及灌溉渠等，如图2－3所示。出水口或灌溉渠设在污水厂之后，以排放处理后的污水。事故出水口设在系统中某些容易发生故障的部位，如设在污水泵站之前，当泵站检修时污水可从事故出水口排出。

通常污水排除系统由上述5部分组成，但有时也不必全部具备，如地形有利，可不设中途泵站和压力管道。图2－4为某城市污水排除系统总平面示意图。

图2－2　排水干管施工现场

图2－3　排放口

(a)岸边式排放口;(b)分散式排放口

1—排水管;2—水下扩散排水口

2．工业废水排除系统

有些工厂可单独形成工业废水排除系统，它由如下部分组成:

(1)车间内部管道系统;

(2)厂区管道系统及设备;

(3)污水泵站和压力管道;

(4)污水处理站;

(5)出水口。

3．城市雨水排除系统

雨水一部分来自屋面，一部分来自地面。屋面上的雨水透过天沟和竖管流至地面，然后随地面雨水一起排除。地面上雨水通过雨水口流入街坊(或庭院)雨水道或街道上管渠。雨水排除系统主要包括如下部分:

图2－4　污水排除系统组成示意

1—城市边界;2—排水流域分界线;3—污水支管;4—污水干管;5—污水主干管;6—污水泵站;7—压力管;8—污水处理厂;9—出水口;10—事故出水口;11—工厂

(1)房屋雨水管道系统和设备，包括天沟、竖管及房屋周围雨水管沟;

(2)街坊或厂区雨水管渠系统;

(3)街道或厂外雨水管渠系统，包括雨水口、支管、干管等;

(4)排洪沟;

(5)出水口(渠)。

雨水一般就近排入水体，不需处理。地势平坦、区域较大的城市或河流水位高，雨水自流排放有困难的情况，应设置雨水泵站。合流制排水系统只有一种管渠系统，除具有雨水口外，其主要组成部分和污水排除系统相同。排水系统各部分间的功能关系见图2－5。

图2－5　排水系统功能关系示意

2.2.2　排水系统的体制与选择

对生活污水、工业废水和雨水，可采用同一个排水管网系统排除，也可采用各自独立的分质排水管网系统排除。不同排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。

排水体制可分为分流制和合流制两种类型。

1．分流制排水系统

当生活污水、工业废水、降水用两个或两个以上的排水管渠系统来汇集和输送时，称为分流制排水系统。其中汇集生活污水和工业废水的系统称为污水排除系统，汇集和排泄降水的系统称为雨水排除系统，只排除工业废水的称工业废水排除系统。分流制排水系统又分为下列两种。

(1)完全分流制。分别设置污水和雨水两个管渠系统，前者用于汇集生活污水和部分工业生产污水，并输送到污水处理厂，经处理后再排放;后者汇集雨水和部分工业生产废水，就近直接排入水体，如图2－6所示。

(2)不完全分流制。城市中只有污水管道系统而没有雨水管渠系统，雨水沿着地面，于道路边沟和明渠泄入天然水体，如图2－7所示。这种体制只有在地形条件有利时采用。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。

对于新建城市或地区，有时为了急于解决污水出路问题，初期采用不完全分流制，先只埋设污水管道，以少量经费解决近期迫切的污水排除问题。

图2－6　完全分流制排水系统

1—污水干管;2—污水主干管;3—污水厂;4—排水口;5—雨水干管;6—河流

图2－7　不完全分流制排水系统

1—污水干管;2—污水主干管;3—污水厂;4—排水口;5—明渠或河流的支流;6—河流

2．合流制排水系统

将生活污水、工业废水和降水用一个管渠系统汇集输送的称为合流制排水系统。根据污水、废水、雨水混合汇集后的处置方式不同，可分为下列3种情况。

(1)直排式合流制。管渠系统布置就近坡向水体，分若干排出口，混合的污水不经处理直接泄入水体，如图2－8所示。我国许多城市旧城区的排水方式大多是这种系统，这是因为在以往工业尚不发达，城市人口不多，生活污水和工业废水量不大，对环境卫生及水体污染问题还不很严重。但是，随着现代工业与城市的发展，污水量不断增加，水质日趋复杂，所造成的污染危害很大。因此，这种直排式合流制排水系统目前不宜再用。

图2－8　直排式合流制排水系统

1—合流支管;2—合流干管;3—河流

(2)全处理合流制。污水、废水、雨水混合汇集后全部输送到污水厂处理后再排放。这对防止水体污染、保障环境卫生当然是最理想的，但需要主干管的尺寸很大，污水处理厂的容量也增加很多，基建费用相应提高，很不经济。同时由于晴天和雨天时污水量相差很大，晴天时管道中流量过小，水力条件不好。污水厂在晴天及雨天时的水量、水质负荷很不均衡，造成运转管理上的困难。因此，这种方式在实际情况下很少采用。

(3)截流式合流制。这种体制是在街道管渠中合流的生活污水、工业废水和雨水，一起排向沿河的截流干管，晴天时全部输送到污水处理厂;雨天时当雨量增大，雨水和生活污水、工业废水的混合水量超过一定数量时，其超出部分通过溢流井排入水体，如图2－9所示。这种体制目前采用较广。

图2－9　截流式合流制排水系统示意

1—合流干管;2—溢流井;3—截流干管;4—污水厂;5—排水口;6—溢流干管;7—河流

3．排水体制的选择

1)排水体制选择的影响因素

合理地选择排水体制，是城市排水系统规划中一个十分重要的问题。它关系到整个排水系统是否实用，能否满足环境保护要求，同时也影响排水工程的总投资、初期投资和经营费用。对于目前常用的分流制和截流式合流制可从下列几方面分析。

(1)环境保护方面要求。截流式合流制排水系统同时汇集了部分雨水送到污水厂处理，特别是较脏的初期雨水，带有较多的悬浮物，其污染程度有时接近于生活污水，这对保护水体是有利的。但另一方面，暴雨时通过溢流井将部分生活污水、工业废水泄入水体，周期性地给水体带来一定程度的污染是不利的。对于分流制排水系统，将城市污水全部送到污水厂处理，但初期雨水径流未加处理直接排入水体，是其不足之处。在一般情况下，在保护环境卫生及防止水体污染方面截流式合流制排水系统不如分流制排水系统。分流制排水系统比较灵活，较易适应发展需要，也能符合城市卫生要求，因此，目前得到广泛的采用。

(2)基建投资方面。合流制排水系统只需一套管渠系统，大大减少了管渠的总长度。据国内外经验，合流制管渠长度比完全分流制管渠减少30%～40%，而断面尺寸和分流制雨水管渠断面基本相同，因此合流制排水管渠造价一般要比分流制低20%～40%。虽然合流制泵站和污水厂的造价比分流制高，但由于管渠造价在排水系统总造价中占70%～80%，影响大，所以完全分流制的总造价一般比合流制高。

(3)维护管理方面。合流制排水管渠可利用雨天时剧增的流量来冲刷管渠中的沉积物，维护管理较简单，可降低管渠的经营费用。但对于泵站与污水处理厂来说，由于设备容量大，晴天和雨天流入污水厂的水量、水质变化大，从而使泵站与污水厂的运转管理复杂，增加经营费用。分流制可以保持污水管渠内的自净流速，同时流入污水厂的水量和水质比合流制变化小，利于污水的处理、利用和运转管理。

(4)施工方面。合流制管线单一，减少与其他地下管线、构筑物的交叉，管渠施工较简单，这对于人口稠密、街道狭窄、地下设施较多的市区，更为突出。但在建筑物有地下室的情况下，遇暴雨时，合流制排水管渠内的污水可能倒流入地下室内，所以安全性不及分流制。

总之，排水体制的选择应根据城市总体规划、环境保护要求、当地自然条件和水体条件、城市污水量和水质情况、城市原有排水设施情况等综合考虑，通过技术经济比较决定。一般新建城市或地区的排水系统，多采用分流制;旧城区排水系统改造多采用截流式合流制。在大城市中，因各区域的自然条件以及城市发展可能相差较大，可因地制宜地在各区域采用不同的排水体制，即混合排水体制，既有分流制也有合流制的排水系统。

2)合流制管渠的适用条件

在考虑采用合流制排水系统时，首先应满足环境保护的要求，充分考虑水体的环境容量限制。目前，我国不少城市的旧排水系统大多是直排式合流制，污水就近排入水体，对环境影响很大。如将其改为分流制，则受到各种条件限制，难以实现，在不少情况下，可仍采用合流制排水系统，沿河设截流干管，把城市污水送往下游进行处理、排放或利用。

通常在下列情况下可考虑采用合流制排水系统。

(1)雨水稀少的地区。

(2)排水区域内有一处或多处水源充沛的水体，能使合流的排水得以充分稀释，一定量的混合污水排入水体后对水体造成的危害程度在允许范围以内。

(3)街坊和街道的建设比较完善，必须采用暗管渠排除雨水，而街道横断面比较窄，地下管线多、施工复杂、管渠的设置位置受到限制时。

(4)地面有一定坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需泵站提升。

(5)水体卫生要求特别高的地区，污水和雨水均需要处理者。

2.2.3　城市排水系统的布置

1．城市排水系统平面布置的内容及原则

平面布置是确定城市排水系统各组成部分在平面上的位置。它是在估算出各种排水量、确定排水体制以及基本确定污水处理与利用的原则基础上进行的。

根据城市所采用的排水体制不同，平面布置的内容亦略有差别。例如:对于合流制只需布置一套管渠系统，而分流制则要分别进行污水、雨水和工业废水排除系统的布置。

污水排除系统布置要确定污水厂、出水口、泵站及主要管道的位置;当利用污水灌溉农田时，还需确定灌溉田的位置、范围、灌溉干渠的布置。雨水排除系统布置要确定雨水管渠、排洪沟和出水口的位置。工业废水排除系统布置要根据工业类别，按具体情况决定。一般厂内管渠系统由各工厂自行布置厂内排水，仅需确定厂内污水出流管的位置。各厂之间管渠系统及出水口位置由城市管网统一考虑。最后绘出城市排水系统总平面图。

平面布置对整个排水系统起决定性作用。为了使城市排水系统达到技术上先进，经济上合理，既能很好发挥其功能，满足实用要求，又能处理好排水系统与城市其他部分的相互关系。平面布置中应遵循下列原则:

(1)符合城市总体规划的要求，并和其他单项工程密切配合，相互协调;

(2)满足环境保护方面的要求;

(3)合理使用土地，不占或少占农田;

(4)充分发挥城市原有排水设施的作用;

(5)远近期结合，安排好分期建设。

2．城市排水系统平面布置的要点

影响城市排水系统平面布置的因素很多，如地形、地物、城市用地功能分区布局、排水系统各组成部分的特点与要求、原有排水设施的现状、分期建设安排等。布置中应分清主次、因地制宜，一般考虑下列因素。

(1)排水系统分散布置还是集中布置。根据城市的地形和区划，按分水线和建筑边界线，天然的和人为的障碍物划分排水区域。如果每个区域的排水系统自成体系，单独设置污水厂和出水口时，称为分散布置;如果各区域组合为一个排水系统，所有污水汇集到一个污水厂处理排放时，则称为集中布置。通常集中布置，干管比较长，污水厂及出水口少;分散布置，干管较短，但需建几个污水厂。采用分散布置还是集中布置取决于当地地形变化情况、城市规模及布局等。一般对于大城市、用地布局分散、地形变化大时，宜于分散布置。对于中小城市，在布局集中及地形起伏不大情况下，宜采用集中布置。

(2)污水处理厂及出水口布置。出水口应位于城市河流下游，特别应在城市给水系统取水构筑物和河滨浴场下游，且需保持一定距离(通常至少100米)，并避免设于回水区，防止污染城市水源。一般污水处理厂位置应尽可能与出水口靠近，以减少排放渠道长度。由于出水口要求位于河流下游，所以污水厂一般也位于河流下游，并应位于城市夏季最小频率风向的上风侧，与居住区或公共建筑物之间有一定的卫生防护距离。污水处理厂与出水口具体位置的确定，应取得当地卫生主管部门的同意。

(3)污水主干管的位置。应考虑使全区的干管便于接入，主干管不能埋置太浅，避免干管接入困难;但也不能太深，给施工带来困难，相应增加造价也是不适宜的。原则上在保证干管能接入情况下尽量使整个地区管道埋深最浅。主干管通常布置在集水线上或地势较低的街道上。如地形向河道倾斜，则主干管常设在沿河的道路上。从结合道路交通要求考虑，主干管不宜放在交通频繁的道路上，最好设置在次要街道上，以便于施工及维护检修。主干管的走向取决于城市布局及污水厂的位置。主干管最好以排泄大量工业废水的工厂为起端，这样在建成后可立即得到充分利用，有较好的水力条件。在决定主干管的具体位置时，应尽量避免或减少主干管与河流、铁路等的交叉，同时避免穿越劣质土壤地区。

(4)泵站的数量与位置。要与主干管布置综合考虑，布置中力求减少中途泵站的数量。

(5)雨水管渠布置。根据分散和直接的原则，密切结合地形，就近将雨水排入水体。布置中可根据地形条件，划分排水区域，各区域的雨水管渠一般采取与河湖正交布置，以便采用较小的管径，以较短距离将雨水迅速排除。

(6)分期建设。在决定主干管及污水厂位置方案时，往往会遇到这样问题:是初期便修建一条较大干管排泄近期污水;还是先修建一条较小干管，待以后流量增大输送能力不符时，再修建另一条平行的干管，哪一种方案较经济合理?对于污水处理厂，是初期修建一临时污水厂，缩短近期修建的主干管长度;还是修建永久性污水厂，近期即敷设较长的主干管，将污水送到离建成区较远的地点，哪一种适宜?因此远近期如何结合，怎样安排近期建设，是平面布置中需着重考虑和分析的问题。

总之，平面布置是排水系统规划中十分重要的内容，它体现整个系统规划的轮廓。确定了排水系统的骨架，一些主要的、控制性的问题在平面布置中便基本确定，它关系到整个排水系统是否经济、实用、安全及是否便于施工。

2.2.4　工业企业排水系统和城市排水系统的关系

在规划工业企业排水系统时，对于工业废水的治理，应首先从改革生产工艺和技术革新入手，力求把有害物质消除在生产过程之中，做到不排或少排废水。对于必须排出的废水，还应采取措施:①采用循环利用和重复利用系统，尽量减少废水排放量;②按不同水质分别回收利用废水中的有用物质，创造财富;③利用本厂和厂际的废水、废气、废渣，以废治废。而无废水无害生产工艺、闭合循环重复利用以及不排或少排废水，是控制污染的有效途径。

在规划工业企业排水系统时，会遇到经过回收利用后的工业废水，能否直接排人城市排水系统与城市生活污水一并排除和处理的问题。

当工业企业位于城市内，应尽量考虑将工业废水直接排入城市排水系统，利用城市排水系统统一排除和处理，这是比较经济的。但并不是所有工业废水都能直接排入城市排水系统，因为有些工业废水往往含有害和有毒物质，可能破坏排水管道、影响生活污水的处理，以及使运行管理发生困难等。所以，当解决工业废水能否直接排入城市排水系统，或者解决工业废水能否与生活污水合并排除的问题时，应考虑两者合并处理的可能性以及对管道系统和运行管理产生的影响等问题。

总的来说，工业废水排入城市排水系统的水质，应不影响城市排水管渠和污水厂等的正常运行，不对养护管理人员造成危害，不影响污水处理厂出水以及污泥的排放和利用为原则。建设部颁布的《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082)中的一般规定有:严禁排入腐蚀下水道设施的污水;严禁向城市下水道倾倒垃圾、积雪、粪便、工业废渣和排放易于凝集的会堵塞下水道的物质;严禁向下水道排放剧毒物质(氰化钠、氰化钾等)、易燃、易爆物质(汽油、煤油、重油、润滑油、煤焦油、苯系物、醚类及其他有机溶剂等)和有害物质;医疗卫生、生物制品、科学研究、肉类加工等含有病原体的污水必须经过严格消毒;放射性污水向城市下水道排放，除遵守本标准外，还必须按放射防护规定执行;水质超过本标准的污水，不得用稀释法降低其浓度排入城市下水道。排入城市下水道的水质，其最高容许浓度必须符合《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082)。《室外排水设计规范》(GB50014)中规定，当城市污水厂采用生物处理时，对抑制生物处理的有害物质浓度，不能超过规范中规定的“生物处理构筑物进水中有害物质容许浓度”的规定。

当污废水不能满足上述要求时，应设置污废水的局部处理设施，然后再排入城市排水管道。一般食品厂及肉类加工厂等废水，水质与生活污水相似，当工厂位于市区内或距市区较近时，可考虑将这类废水直接排入城市排水管道。当工业企业位于城市远郊区或距离较远时，符合排入城市排水管道的工业废水，是直接排入城市排水管道或是单独设置排水系统，应根据技术经济比较确定。符合排入城市排水管道的工业废水，单独地进行无害化处理后直接排放，一般并不经济合理。这种情况只有在工业废水对环境污染严重，而城市污水厂又由于各种原因尚未建造时，可能具有一定的必要性。目前，我国某些地区存在这种情况。

在规划工业企业排水系统时，当工业废水需要排入水体时，应符合《污水综合排放标准》(GB8978)、《工业企业卫生设计标准》(GBZ1)及其他有关标准。

2.2.5　废水的综合治理和区域排水系统

城市污水和工业废水是造成水体污染的一个重要污染源。实践证明，对废水进行综合治理并纳入水体污染防治体系，是解决水污染的重要途径。

废水综合治理应当对废水进行全面规划和综合治理。做好这一工作是与很多因素有关的，如:要求有合理的生产布局和城市区域功能规划，要合理利用水体、土壤等自然环境的自净能力，严格控制废水和污染物的排放量，做好区域性综合治理及建立区域排水系统等。

合理的工业布局，有利于合理开发和利用自然资源，达到既保证自然资源的充分利用，并获得最佳的经济效果，又能使自然资源和自然环境免受破坏，减少废水及污染物的排放量，合理的生产布局也有利于区域污染的综合防治，合理地规划居住区、商业区、工业区等，使产生废水和污染物的单位尽量布置在水源的下游，同时应搞好水源保护和污水处理工程规划等。

各地区的水体、土壤等自然环境都不同程度地对污染物具有稀释、转化、扩散、净化等能力，而污水最终出路是要排放到外部水体或灌溉农田及绿地，所以应当充分发挥和合理利用自然环境的自净能力。例如，由生物氧化塘、贮存湖和污水灌溉田等组成的土地处理系统便是一种节省能源和合理利用水资源的经济有效方法，它又是生态系统物质循环和能量交换的一种经济高效的技术手段。

严格控制废水及污染物的排放量。防治废水污染，不是消极处理已产生的废水，而是控制和消除产生废水的源头。如尽量做到节约用水、废水重复使用及采用闭路循环系统、发展不用水或少用水或采用无污染或少污染生产工艺等，以减少废水及污染物的排放量。

发展区域性废水及水污染综合整治系统。区域是按照地理位置、自然资源和社会经济发展情况划定的，可以在更大范围内统筹安排经济、社会和环境的发展关系。区域规划有利于对废水的所有污染源进行全面规划和综合整治。

将两个以上城镇地区的污水统一排出和处理的系统，称作区域(或流域)排水系统。这种系统是以一个大型区域污水厂代替许多分散的小型污水厂，可以降低污水厂的基本建设和运行管理费用，而且能有效地防止工业和人口稠密地区的地面水污染，改善和保护环境。实践证明，生活污水和工业废水的混合处理效果以及控制的可靠性，大型区域污水厂比分散的小型污水厂高。所以，区域排水系统是由局部单项治理发展至区域综合治理，是控制水污染、改善和保护环境的新发展。要解决好区域综合治理应运用系统工程学的理论和方法以及现代计算技术，对复杂的各种因素进行系统分析，建立各种模拟试验和数学模拟方法，寻找污染控制的设计和管理的最优化方案。

图2－10为某地区的区域排水系统的平面示意图。区域内有6座已建和新建的城镇，在已建的城镇中均分别建了污水厂。按区域排水系统的规划，废除了原建的各城镇污水厂，用一个区域污水厂处理全区域排出的污水，并根据需要设置了泵站。区域排水系统的干管、主干管、泵站、污水厂等，分别称为区域干管、区域主干管、区域泵站、区域污水厂等。

图2－10　区域排水系统示意

1—区域主干管;2—压力管道;3—新建城市污水干管;4—泵站;5—废除的城镇污水厂;6—区域污水厂

区域排水系统在欧美、日本等一些国家正在推广使用。它具有若干优点:污水厂数量少，处理设施大型化集中化，每单位水量的基建和运行管理费用低，因而比较经济;污水厂占地面积小，节省土地;水质、水量变化小，有利于运行管理;河流等水资源利用与污水排放的体系合理化，而且可能形成统一的水资源管理体系等。区域排水系统的缺点有:当排入大量工业废水时，有可能使污水处理发生困难;工程设施规模大，组织与管理要求高，而且一旦污水厂运行管理不当，对整个河流影响较大。

在选择排水系统方案时，是否选择区域排水系统，应根据环境保护的要求，通过技术经济比较确定。