排水工程设计中的几个问题

1、排水工程设计中的几个问题 李岩艳1 曹久耕2（1南京市泛华市政设计院，210008 2原南京市市政设计研究院，退休）在南京市的排水工程设计中， 感到存在一些问题，有必要提出来供大家探讨， 现分述如下：一、关于排水制度及分流制系统初期雨水问题我国排水制度主要是分流制和合流制两种。我国 室外排水设计规范（GB50014-2006）总则中表述“ 排水制度（分流制或合流制）的选择，应根据城镇的总体规划，结合当地的地形特点，水文条件，水体状况，气候特征，原有排水设施，污水处理程度和处理后出水利用等综合考虑确定。 同一城镇的不同地区可采用不同的排水制度。新建地区的排水系统宜采用分流制，合流制排水系统应设置

2、污水截流设施。 对水体保护要求高的地区可对初期雨水进行截流，调蓄和处理。在缺水地区宜对雨水进行收集，处理和综合利用。”规范中又提到雨水管渠系统设计可结合城镇总体规划，考虑利用水体调蓄雨水，必要时可建人工调蓄和初期雨水处理设施。南京市的排水制度在新建地区采用分流制，已建成合流制的地区根据实际情况，即由合流制改造为分流制的难易程度而定。有条件的地区尽量改造为分流制，因历史条件限制及客观因素的制约改造难度较大的地区仍予以保留，但考虑了污水截流设施即截流式合流制，以减轻对水体和环境的污染。但分流制雨水管渠中的雨水（包含初期雨水）则是就近直接排入水体。我们在城市道路雨水工程的设计中，对于雨水就近排入水体

3、的做法存有疑虑：分流制雨水的污染是相当严重的。关于雨水管渠内雨水污染的来源有点污染和面污染两类。 属于点污染的大致有：有些地区存在污水和雨水混接现象，街道上摊点任意倾倒污秽物；众多汽车清洗站冲洗汽车的废水和建筑工地渣土泥浆水随意冲洗排放，阳台洗衣机废水排入落水管内；居住小区化粪池清淘后粪便就地堆积自然脱水等等。属于面污染的主要是降雨过程中城市道路路面雨水的污染。由于道路具有敞开性、范围广、车辆行人交通流量大的特点，因此路面排水成分复杂，污染严重，包括汽车尾气及其烟尘污染物、生活垃圾、裸露地面或植被地带冲出的泥沙、运输途中油料物料的泄漏等。主要污染成分有COD、SS、油类、表面活性剂、重金属及无

4、机盐等，还有突发性事件发生的可能。这是最终造成水体污染的主要原因。现将国内外有关分流制雨水和合流制溢流的水质比较和初期雨水水质不完全的报道摘要如下：1、法国报道称：合流制溢流年平均污染负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负荷大约是分流制污水的一半，而分流制雨水的年平均污染负荷则是合流制溢流的10-14倍。2、美国资料称：城市雨水径流的SS明显高于城市污水和合流制排水。3、北京11次对雨水干管测定资料介绍说： 降雨初期雨水浓度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、制溢流浓度均值为 CODcr =190mg/L；SS=350mg/L；TN=26.4mg/L；TP= 2.36mg/L。 分流制排水系统不一定比合流制优越，尤其对环境条件较差，径流污染严重的城市。4、上海市雨水径流水质监测结果称：中、小雨所形成的初期路面径流雨水其有机物和悬浮固体污染均超过了典型的生活污水水质（BOD5400mg/L, SS 200mg/L）,即使雨水径流形成0.5h的水质仍超过GB 18918-2002 二级排放标准。鉴于上述报道，我们认为各地情况不同，不能简单的认为分流制排水系统优于合流制排水系统，也不能说分流制系统不一定比合流制优越，两者都存在着截流问题，只是分流制要截流

6、初期雨水而合流制则截流合流污水，应该根据当地实际情况具体分析。但对于分流制雨水（尤其是初期雨水）的污染严重是肯定的，必须引起高度重视。如果对分流制雨水仍然不采取有效的技术措施，就近直接排入水体，将造成城市水环境污染，影响了人们的生活居住质量，后果将是严重的。我国在城市雨水的利用和污染控制研究方面还处于探索阶段，雨水污染控制技术还比较落后。目前控制初期雨水污染的工程措施有的采用调蓄池，即将初期污染物浓度高，超过水体自净能力的这部分雨水储存在调蓄池内，降雨过后，在一定时间段内输送至附近的污水管或污水处理厂，其作用既削减了暴雨的峰值，又避免初期雨水直接排至河道。也有的做法是设置雨水溢流井，通过井内溢

7、流堰将初期雨水截流至污水管至污水处理厂，超过溢流堰的暴雨溢流至调节池，经简单处理后作为景观湖的补充水源。我们相信随着人们逐渐认知初期雨水的危害性，总结现有雨水污染控制技术，必将对控制初期雨水污染技术有所发展，期待着适合各地实际情况的技术措施的涌现。二、城市暴雨强度公式首先回顾一下城市暴雨强度公式的发展历程。原建筑工程部给水排水设计院为适应当时工业建设全面展开的需要，在缺乏足够的降雨资料情况下，根据原苏联专家的建议，采用了适用于我国的原苏联列宁格勒公共事业科学院的暴雨强度公式，编制了西安、兰州、太原、成都、抚顺、兴城、靖远、包头、张家口、株州、齐齐哈尔、保定、吉林等13个城市的暴雨强度公式。除成

8、都外，其余均为：q=A/tn形式。发布于1958年出版的给水排水设计手册。事隔15年之后，随着各城市降雨资料的积累，1973年给水排水设计手册中汇编了根据1962年以前的自记雨量记录资料编制的全国83个城市的暴雨强度公式，其中资料记录年限不足10年的达70% 以上， 公式为 q=A/tn和q=A/（t+B）形式各半。1985年的第三套给水排水设计手册收集了全国192个城市的暴雨强度公式。很多城市的雨量记录年限已超过20年，有的甚至达到40年以上。公式已大都为：q=A/（t+B）n的形式。2004年再版时又对55个城市进行了补充，其中出现了河南省和浙江省等7个城市以年最大值法的取样方法统计的暴雨

9、强度公式。南京市暴雨强度公式最早见诸于1973年，同样经历了上述过程。目前，我们在南京市雨水工程设计中一直沿用30年前原南京勘察设计院根据1929-1977年40年的降雨资料编制的暴雨强度公式：q= 29931+0.57lg(p-0.09)/(t+13.45)0.79。城市暴雨强度公式是确定雨水设计流量的基本依据之一,也即是确定城镇雨水管渠的断面和雨水泵站规模的基础，他将直接影响到城镇基础设施建设的科学性。近来随着全球气候的变化，国内改革开放30年来经济的巨大发展，城镇面貌发生日新月异的变化，基础设施建设投入的加大，人口集中产生的热岛效应显著，各地的气候特征发生了根本的改变，以及暴雨造成积水的

10、影响越来越受到人们的关注。为了贯彻科学发展观的理念，适应今后经济建设发展的需要，建立符合当地客观实际的城市暴雨强度公式已是刻不容缓的了。为了建立符合客观实际的暴雨强度公式，就必须根据积累的降雨资料对暴雨强度公式进行修编。修编工作大致有： 选样；频率分布与抽样误差计算；公式求参及误差计算等步骤。暴雨强度公式的精度取决于降雨资料年限长短，基础资料的可靠性及其统计方法的合理性。而其中选样则是最重要的基础工作。众所周知，城市暴雨强度公式的选样方法有：年多个样法、年最大值法、年超大值法和超定量法。年多个样法是我国室外排水设计规范（GB50014-2006）中规定的编制城市暴雨强度公式的方法。即每年分别按

11、照5，10，15，20，30，45，60，90，120min九个降雨历时，各选取6-8个最大值后，不论年次将每个历时的子样按大小次序排列，再从中选择资料年数的3-4倍的最大值作为基础资料。年最大值法是国际通行的方法，我国台湾也采用此种方法。即每年分别按照上述9个降雨历时，仅选取1个最大值作为基础资料。当前，国内外所有水文设计中都统一用年最大值法，国内气象局也只作年最大值法分析暴雨资料，所以如采用年最大值法选样可以充分应用我国水文，气象部门建立的数据资源，资料容易取得，同时选取样品少，大大的摆脱了沉重而繁琐的统计分析工作量，这样就加快了修编城市暴雨强度公式的进程。降雨资料年限越长则数值越稳定，年

12、限越是近期越能体现城市暴雨的特征，全国大部分城市都已具有40-50a的降雨资料，少的也有了20-30a的降雨资料可以选用。这样的资料年数已足够统计出年最大值法选样统计的暴雨强度公式的高精度，亦能保证城市雨水工程设计的合理和科学。年最大值法也由于每年个时段选取样品少，在暴雨多的年份中因舍弃了若干个较大值，因而得出某一重现期的暴雨强度偏小，尤其是重现期越低偏差就越大。年多个样法选样的重现期TE（a）和年最大值法选样的重现期TM（a）的概率转换关系如下表所列：TE(a)0.51.01.455.010.020.0050100TM(a)1.101.582.005.5410.5220.4050.5100.

13、5上述频率转换关系说明，只有当T10a时，两者暴雨强度才较接近。当前城市雨水管渠设计常用TE=1a, 而采用TM则需要用1.58a 才能得到TE=1a的强度。为此，使用年最大值法选样统计编制的暴雨强度公式要考虑这个因素, 可在雨水管渠设计时提高设计重现期标准来解决。三、其他1、雨水工程设计中起始端管径的选择某些道路工程的雨水管道设计中，存在有不区分有无周围地块雨水的接入或有无上游雨水的转输，而把起始段雨水管径定为d 600 mm的情况,。现分析，当雨水管材为钢筋混凝土管时，可接纳道路路幅为30m，长300m的路面径流雨水或可接纳附近1.5ha的地面雨水。如果采用塑料管材时则接纳范围将更大。显然

14、起始管端雨水管径采用d 600mm 是不合理的，造成工程投资的浪费。2、污水处理厂服务区内居民住宅区是否设置化粪池江苏省建设厅、环保厅、科技厅的苏建城(2001)127号文通知中明确提出：“ 为避免重复投资,今后凡在已建成或在建的城市污水处理厂服务区内,新建居民住宅或公共建筑物,除餐饮业废水需建隔油池外, 无需自行建设化粪池以及其他类似的生活污水处理设施, 将污水可直接接入城市污水管道送至城市污水处理厂进行处理。”上述通知南京市建委、环保局、科技局、规划局、市政公用局以宁建科字（2001）584号转发，并要求认真贯彻执行。在居民住宅区排水工程设计中仍会遇到即使在城市污水处理厂受纳范围并配套的城市污水管道已建成地区的新建居民住宅区，公共建筑物仍坚持要求建设化粪池。殊不知这样做的结果除了造成资金