排水工程設(shè)計中的幾個問題

1、排水工程設(shè)計中的幾個問題 李巖艷1 曹久耕2（1南京市泛華市政設(shè)計院，210008 2原南京市市政設(shè)計研究院，退休）在南京市的排水工程設(shè)計中， 感到存在一些問題，有必要提出來供大家探討， 現(xiàn)分述如下：一、關(guān)于排水制度及分流制系統(tǒng)初期雨水問題我國排水制度主要是分流制和合流制兩種。我國 室外排水設(shè)計規(guī)范（GB50014-2006）總則中表述“ 排水制度（分流制或合流制）的選擇，應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦翁攸c，水文條件，水體狀況，氣候特征，原有排水設(shè)施，污水處理程度和處理后出水利用等綜合考慮確定。 同一城鎮(zhèn)的不同地區(qū)可采用不同的排水制度。新建地區(qū)的排水系統(tǒng)宜采用分流制，合流制排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置

2、污水截流設(shè)施。 對水體保護(hù)要求高的地區(qū)可對初期雨水進(jìn)行截流，調(diào)蓄和處理。在缺水地區(qū)宜對雨水進(jìn)行收集，處理和綜合利用?！币?guī)范中又提到雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計可結(jié)合城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，考慮利用水體調(diào)蓄雨水，必要時可建人工調(diào)蓄和初期雨水處理設(shè)施。南京市的排水制度在新建地區(qū)采用分流制，已建成合流制的地區(qū)根據(jù)實際情況，即由合流制改造為分流制的難易程度而定。有條件的地區(qū)盡量改造為分流制，因歷史條件限制及客觀因素的制約改造難度較大的地區(qū)仍予以保留，但考慮了污水截流設(shè)施即截流式合流制，以減輕對水體和環(huán)境的污染。但分流制雨水管渠中的雨水（包含初期雨水）則是就近直接排入水體。我們在城市道路雨水工程的設(shè)計中，對于雨水就近排入水體

3、的做法存有疑慮：分流制雨水的污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。關(guān)于雨水管渠內(nèi)雨水污染的來源有點污染和面污染兩類。 屬于點污染的大致有：有些地區(qū)存在污水和雨水混接現(xiàn)象，街道上攤點任意傾倒污穢物；眾多汽車清洗站沖洗汽車的廢水和建筑工地渣土泥漿水隨意沖洗排放，陽臺洗衣機廢水排入落水管內(nèi)；居住小區(qū)化糞池清淘后糞便就地堆積自然脫水等等。屬于面污染的主要是降雨過程中城市道路路面雨水的污染。由于道路具有敞開性、范圍廣、車輛行人交通流量大的特點，因此路面排水成分復(fù)雜，污染嚴(yán)重，包括汽車尾氣及其煙塵污染物、生活垃圾、裸露地面或植被地帶沖出的泥沙、運輸途中油料物料的泄漏等。主要污染成分有COD、SS、油類、表面活性劑、重金屬及無

4、機鹽等，還有突發(fā)性事件發(fā)生的可能。這是最終造成水體污染的主要原因?，F(xiàn)將國內(nèi)外有關(guān)分流制雨水和合流制溢流的水質(zhì)比較和初期雨水水質(zhì)不完全的報道摘要如下：1、法國報道稱：合流制溢流年平均污染負(fù)荷比分流制污水和分流制雨水都低。合流制溢流年平均污染負(fù)荷大約是分流制污水的一半，而分流制雨水的年平均污染負(fù)荷則是合流制溢流的10-14倍。2、美國資料稱：城市雨水徑流的SS明顯高于城市污水和合流制排水。3、北京11次對雨水干管測定資料介紹說： 降雨初期雨水濃度COD cr =865.62637.8mg/L；SS=680-1560mg/L；TN=50.4-10.32mg/L；TP=9.6-26.4mg/L。 合流

5、制溢流濃度均值為 CODcr =190mg/L；SS=350mg/L；TN=26.4mg/L；TP= 2.36mg/L。 分流制排水系統(tǒng)不一定比合流制優(yōu)越，尤其對環(huán)境條件較差，徑流污染嚴(yán)重的城市。4、上海市雨水徑流水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果稱：中、小雨所形成的初期路面徑流雨水其有機物和懸浮固體污染均超過了典型的生活污水水質(zhì)（BOD5400mg/L, SS 200mg/L）,即使雨水徑流形成0.5h的水質(zhì)仍超過GB 18918-2002 二級排放標(biāo)準(zhǔn)。鑒于上述報道，我們認(rèn)為各地情況不同，不能簡單的認(rèn)為分流制排水系統(tǒng)優(yōu)于合流制排水系統(tǒng)，也不能說分流制系統(tǒng)不一定比合流制優(yōu)越，兩者都存在著截流問題，只是分流制要截流

6、初期雨水而合流制則截流合流污水，應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況具體分析。但對于分流制雨水（尤其是初期雨水）的污染嚴(yán)重是肯定的，必須引起高度重視。如果對分流制雨水仍然不采取有效的技術(shù)措施，就近直接排入水體，將造成城市水環(huán)境污染，影響了人們的生活居住質(zhì)量，后果將是嚴(yán)重的。我國在城市雨水的利用和污染控制研究方面還處于探索階段，雨水污染控制技術(shù)還比較落后。目前控制初期雨水污染的工程措施有的采用調(diào)蓄池，即將初期污染物濃度高，超過水體自凈能力的這部分雨水儲存在調(diào)蓄池內(nèi)，降雨過后，在一定時間段內(nèi)輸送至附近的污水管或污水處理廠，其作用既削減了暴雨的峰值，又避免初期雨水直接排至河道。也有的做法是設(shè)置雨水溢流井，通過井內(nèi)溢

7、流堰將初期雨水截流至污水管至污水處理廠，超過溢流堰的暴雨溢流至調(diào)節(jié)池，經(jīng)簡單處理后作為景觀湖的補充水源。我們相信隨著人們逐漸認(rèn)知初期雨水的危害性，總結(jié)現(xiàn)有雨水污染控制技術(shù)，必將對控制初期雨水污染技術(shù)有所發(fā)展，期待著適合各地實際情況的技術(shù)措施的涌現(xiàn)。二、城市暴雨強度公式首先回顧一下城市暴雨強度公式的發(fā)展歷程。原建筑工程部給水排水設(shè)計院為適應(yīng)當(dāng)時工業(yè)建設(shè)全面展開的需要，在缺乏足夠的降雨資料情況下，根據(jù)原蘇聯(lián)專家的建議，采用了適用于我國的原蘇聯(lián)列寧格勒公共事業(yè)科學(xué)院的暴雨強度公式，編制了西安、蘭州、太原、成都、撫順、興城、靖遠(yuǎn)、包頭、張家口、株州、齊齊哈爾、保定、吉林等13個城市的暴雨強度公式。除成

8、都外，其余均為：q=A/tn形式。發(fā)布于1958年出版的給水排水設(shè)計手冊。事隔15年之后，隨著各城市降雨資料的積累，1973年給水排水設(shè)計手冊中匯編了根據(jù)1962年以前的自記雨量記錄資料編制的全國83個城市的暴雨強度公式，其中資料記錄年限不足10年的達(dá)70% 以上， 公式為 q=A/tn和q=A/（t+B）形式各半。1985年的第三套給水排水設(shè)計手冊收集了全國192個城市的暴雨強度公式。很多城市的雨量記錄年限已超過20年，有的甚至達(dá)到40年以上。公式已大都為：q=A/（t+B）n的形式。2004年再版時又對55個城市進(jìn)行了補充，其中出現(xiàn)了河南省和浙江省等7個城市以年最大值法的取樣方法統(tǒng)計的暴雨

9、強度公式。南京市暴雨強度公式最早見諸于1973年，同樣經(jīng)歷了上述過程。目前，我們在南京市雨水工程設(shè)計中一直沿用30年前原南京勘察設(shè)計院根據(jù)1929-1977年40年的降雨資料編制的暴雨強度公式：q= 29931+0.57lg(p-0.09)/(t+13.45)0.79。城市暴雨強度公式是確定雨水設(shè)計流量的基本依據(jù)之一,也即是確定城鎮(zhèn)雨水管渠的斷面和雨水泵站規(guī)模的基礎(chǔ)，他將直接影響到城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的科學(xué)性。近來隨著全球氣候的變化，國內(nèi)改革開放30年來經(jīng)濟的巨大發(fā)展，城鎮(zhèn)面貌發(fā)生日新月異的變化，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的加大，人口集中產(chǎn)生的熱島效應(yīng)顯著，各地的氣候特征發(fā)生了根本的改變，以及暴雨造成積水的

10、影響越來越受到人們的關(guān)注。為了貫徹科學(xué)發(fā)展觀的理念，適應(yīng)今后經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的需要，建立符合當(dāng)?shù)乜陀^實際的城市暴雨強度公式已是刻不容緩的了。為了建立符合客觀實際的暴雨強度公式，就必須根據(jù)積累的降雨資料對暴雨強度公式進(jìn)行修編。修編工作大致有： 選樣；頻率分布與抽樣誤差計算；公式求參及誤差計算等步驟。暴雨強度公式的精度取決于降雨資料年限長短，基礎(chǔ)資料的可靠性及其統(tǒng)計方法的合理性。而其中選樣則是最重要的基礎(chǔ)工作。眾所周知，城市暴雨強度公式的選樣方法有：年多個樣法、年最大值法、年超大值法和超定量法。年多個樣法是我國室外排水設(shè)計規(guī)范（GB50014-2006）中規(guī)定的編制城市暴雨強度公式的方法。即每年分別按

11、照5，10，15，20，30，45，60，90，120min九個降雨歷時，各選取6-8個最大值后，不論年次將每個歷時的子樣按大小次序排列，再從中選擇資料年數(shù)的3-4倍的最大值作為基礎(chǔ)資料。年最大值法是國際通行的方法，我國臺灣也采用此種方法。即每年分別按照上述9個降雨歷時，僅選取1個最大值作為基礎(chǔ)資料。當(dāng)前，國內(nèi)外所有水文設(shè)計中都統(tǒng)一用年最大值法，國內(nèi)氣象局也只作年最大值法分析暴雨資料，所以如采用年最大值法選樣可以充分應(yīng)用我國水文，氣象部門建立的數(shù)據(jù)資源，資料容易取得，同時選取樣品少，大大的擺脫了沉重而繁瑣的統(tǒng)計分析工作量，這樣就加快了修編城市暴雨強度公式的進(jìn)程。降雨資料年限越長則數(shù)值越穩(wěn)定，年

12、限越是近期越能體現(xiàn)城市暴雨的特征，全國大部分城市都已具有40-50a的降雨資料，少的也有了20-30a的降雨資料可以選用。這樣的資料年數(shù)已足夠統(tǒng)計出年最大值法選樣統(tǒng)計的暴雨強度公式的高精度，亦能保證城市雨水工程設(shè)計的合理和科學(xué)。年最大值法也由于每年個時段選取樣品少，在暴雨多的年份中因舍棄了若干個較大值，因而得出某一重現(xiàn)期的暴雨強度偏小，尤其是重現(xiàn)期越低偏差就越大。年多個樣法選樣的重現(xiàn)期TE（a）和年最大值法選樣的重現(xiàn)期TM（a）的概率轉(zhuǎn)換關(guān)系如下表所列：TE(a)0.51.01.455.010.020.0050100TM(a)1.101.582.005.5410.5220.4050.5100.

13、5上述頻率轉(zhuǎn)換關(guān)系說明，只有當(dāng)T10a時，兩者暴雨強度才較接近。當(dāng)前城市雨水管渠設(shè)計常用TE=1a, 而采用TM則需要用1.58a 才能得到TE=1a的強度。為此，使用年最大值法選樣統(tǒng)計編制的暴雨強度公式要考慮這個因素, 可在雨水管渠設(shè)計時提高設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)來解決。三、其他1、雨水工程設(shè)計中起始端管徑的選擇某些道路工程的雨水管道設(shè)計中，存在有不區(qū)分有無周圍地塊雨水的接入或有無上游雨水的轉(zhuǎn)輸，而把起始段雨水管徑定為d 600 mm的情況,。現(xiàn)分析，當(dāng)雨水管材為鋼筋混凝土管時，可接納道路路幅為30m，長300m的路面徑流雨水或可接納附近1.5ha的地面雨水。如果采用塑料管材時則接納范圍將更大。顯然

14、起始管端雨水管徑采用d 600mm 是不合理的，造成工程投資的浪費。2、污水處理廠服務(wù)區(qū)內(nèi)居民住宅區(qū)是否設(shè)置化糞池江蘇省建設(shè)廳、環(huán)保廳、科技廳的蘇建城(2001)127號文通知中明確提出：“ 為避免重復(fù)投資,今后凡在已建成或在建的城市污水處理廠服務(wù)區(qū)內(nèi),新建居民住宅或公共建筑物,除餐飲業(yè)廢水需建隔油池外, 無需自行建設(shè)化糞池以及其他類似的生活污水處理設(shè)施, 將污水可直接接入城市污水管道送至城市污水處理廠進(jìn)行處理。”上述通知南京市建委、環(huán)保局、科技局、規(guī)劃局、市政公用局以寧建科字（2001）584號轉(zhuǎn)發(fā)，并要求認(rèn)真貫徹執(zhí)行。在居民住宅區(qū)排水工程設(shè)計中仍會遇到即使在城市污水處理廠受納范圍并配套的城市污水管道已建成地區(qū)的新建居民住宅區(qū)，公共建筑物仍堅持要求建設(shè)化糞池。殊不知這樣做的結(jié)果除了造成資金