排水体制指生活污水、工业废水与雨水等收集、输送和处置的方式, 传统的排水体制有合流制和分流制两种形式。城市排水体制采用何种形式, 不仅关系到城市管网工程的规划与建设及城市水体保护, 也直接决定了住宅、公建和工厂排水工程的设计和建设, 并深刻地影响到城市污水处理厂的水质、水量及运行稳定性。城市管网投资在整个排水系统中占有重要比例, 有时甚至高达75%。因此, 应该慎重选择城市排水体制。
我国规范与手册规定, 对城市旧有街区的合流制管网, 应逐步改造为截留式合流制, 对于新建区宜采用分流制。近年来我国排水工作者不断地对其合理性提出质疑。实际上, 城市排水体制既与城市地形地质、气候特点、居民生活习惯有关, 也与城市水环境保护的预期目标有关, 同时还受一定的社会和经济条件制约。
1 排水体制的发展
合流制和分流制这两种传统排水体制均十分昂贵。为了减少造价, 在特殊地区人们又开发出两种非传统的排水体制:沉淀式的排水系统和简化的排水系统。沉淀式的排水系统即从一户或几户排出的生活污水首先进入单室化粪池 (通常这是一个固体截留池) , 而沉淀后的出水则排入浅而小的城市污水管。简化的污水系统在形式上与传统排水系统并无多大区别, 但其设计概念则不同于19世纪出现的较为保守的设计概念, 如设计坡度、设计年限参数选择等。这种系统在高人口密度、低收入地区非常适用, 如巴西北部和其他一些发展中国家, 其设计概念已写入巴西国家规范 (The Brazilian National Norm 9649/1996) 。
2 重庆山地城镇排水管网现状
重庆山地城镇大都依山傍水, 被分成许多组团, 地形高差大, 沿江成条形分布。由于这种地形特点和历史上的经济因素, 重庆山地城镇排水管网极为不足, 且相对老化。据报道, 目前重庆市 (包括16区、4县级市) 排水管道总长1484km, 人均管网长度约为0.37m/人, 管网面积覆盖率为0.07m/m2, 大都是合流制管道或管渠。万县、涪陵等地新区和老区都采用雨污合流排水管渠。老城区采用砌在街道两旁下面的砖石结构暗渠排水, 新区则采用条石结构的暗渠。笔者了解到, 石柱县南宾和西沱两镇管网系统为合流制, 年久失修, 缺少应有的更新和维护, 管径普遍偏小, 已不敷使用, 这种情况在库区城镇相当普遍。在库区的很多城市, 街道边沟、小溪或冲沟常被用作污水和雨水的排水沟。
3 重庆山地城镇排水体制选择
我国对分流制和合流制的污染效应缺少详尽的研究, 对两种体制通常在环境效应、造价和维护管理等方面进行比较。一般认为: (1) 合流制管网系统雨污合流, 在降雨较大时一部分生活污水和雨水的合流污水要溢入河流造成污染, 这种污染一般要大于分流制初雨水的污染; (2) 虽然合流制只用一套管网, 初期造价费比分流制低20%~40%, 但分流制在分期上可先建污水管, 再建雨水管, 初期基建投资费用可以降低, 投资灵活, 而且合流制由于后期泵站提升设施等, 运行费用高; (3) 在维护管理方面分流制要比合流制简单。德国、荷兰等国家在实际的情况下对合流制和分流制的污染问题进行了较为细致的研究。研究结果表明, 对于亚热带或温带气候地区, 由于管网的在线贮水能力和污水处理厂的水力负荷的可变性, 合流制在瞬间污染、年度污染总量、某一类污染物等方面都不一定比分流制高, 在特定条件下, 合流制的污染效应还低一些。对于流速在0.1m/s以上的河流, 两种系统的间歇式污染大体相当, 对于COD等指标, 合流制高于分流制, 而对于重金属元素, 合流制要低于分流制。若管网的在线贮水能力为2mm (20m3/ha不透水面积) ~5mm (50m3/ha不透水面积) , 合流制溢流所产生的年度污染负荷可以减半。对于荷兰, 由于地形平坦, 管网的在线贮水能力达7mm, 污水厂的水力负荷约为1mm/h, 合流制的年度污染大大小于分流制。Karl Imhoff也认为两种体制的有机污染总负荷大致相当。因此, 不能总是一成不变地认为合流制的污染效应大于分流制。
重庆山地城市地形坡度一般较大, 管网的在线贮水能力较小, 但这可以通过对管网进行合理设计及对污水处理厂的构筑物型式选择得到一定弥补。同时, 重庆山地的排水管网, 特别是生活污水, 由于城市建设和规划与实际发展水平的差距, 生活污水管往往达不到设计充满度。加之重庆山地地质坚硬, 岩基居多, 地下水渗入管道中的比例相应较少, 雨季时管网的在线贮水能力也可能相应有所提高。此外, 由于坡度较大, 提升泵站费用可相对减少, 因而合流制系统的运行费用不一定比分流制高。
山地城市原有排水体制大都是合流制, 在新旧结合上, 若新建区采用分流制管网, 就会导致新建区初雨水和老城区雨污溢流两种污染问题, 在控制上复杂程度增加, 也不便于城市集中污水处理厂的建设和运行。从管网建设上看, 库区中小城镇居多, 街道较窄, 地下空间紧张, 不便布置太多的管道系统, 合流制系统更能适应这种情况。笔者在参加某经济开发区排水管网规划和设计时, 发现10m以下的街道较多, 由于地下管线之间要求一定的防护间距, 布管非常困难。对于管网的设计年限, 巴西专家Azevedo Netto认为不应超过20年, 这种设计概念较符合重庆山地城市建设和经济发展速度的实际状况。在分流制管网的运行过程中, 人们发现误接的现象几乎不能避免。临街的城市居民习惯于将一部分生活污水倾倒于街面, 这样雨水管中就会混入相当数量的生活污水, 分流制管网实际上变成了两套合流制管网。发达国家如此, 发展中国家亦然, 分流制的优越性往往不能体现出来。重庆山地的城镇居民科学文化素质一般不高, 不合法的连接更难避免, 合流制在维护管理上较适合这种现状。
综上所述, 合流制排水体制较适宜于重庆的大多数城镇。
4 结语
通过上述分析, 笔者认为重庆山地城镇排水体制宜采用合流制排水系统, 对于具体城镇, 在此基础上进行调整。同时还应注意以下几个方面。
(1) 有化粪池的居住区, 污水流量应适当考虑其沉淀作用, 在设计流量时可以有所减少; (2) 对于高人口密度、低收入地区, 在分析其未来流量时, 不应考虑太高的系数; (3) 应加紧山地城镇两种体制的污染效应和基建投资比较研究。对重庆市, 这种研究更显得必要和迫切。在此基础上, 进一步确定合流制管网的溢流倍数和重庆山地两种排水系统选择的临界效益投资比, 用以指导城镇排水系统选择和设计, 使其更加科学合理。
摘要：本文基于笔者多年从事山地城镇排水体制研究的相关心得, 以重庆山地城镇排水体制选择为研究对象, 分析了排水体制的发展历史, 重庆山地城镇排水管网的现状, 探讨了重庆山地城镇排水体制选择的思路, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。
关键词：山地城镇,排水体制,管网
参考文献
[1] 潘国庆, 车伍.国内外城镇排水体制的探讨[J].给水排水, 2007 (S1) .
[2] 王淑梅, 王宝贞, 曹向东, 等.对我国城市排水体制的探讨[J].中国给水排水, 2007 (12) .