（市政工程专业论文）改良式合流制在中小城镇的应用研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第j 页 摘要 城市排水制度是指在一个地区内收集和输送废水的方式，有分流制和合流 制两种基本方式。排水制度的选择和执行情况的好坏，可直接影响整个排水工 程的投资效果取得应有的社会效益和环境效益。从改革开放以来我国的 城市排水系统发展状况来看。因历史欠帐太多，总的水平仍然非常落后。而且 出现了全国各地工程上马、盲目跟风，在经济、环境条件不允许的情况下一味 采用分流制排水体系的现象。 国外在经过只建造管渠工程用以收集、输送污废水及雨水，且未作处理就 直排水体的第一阶段和点源治理的第二阶段，进入了“非点源”治理的第三阶 段。 西方国家的实践表明，在点源污染得到有效控制后，面源污染的影响将更 加突出。在改善受纳水体水质的各种可选方案中，将合流制改造为分流制费用 高昂而效果有限，面在合流制系统中建造“控制”设施则较为经济而且有效。 为了证实改良式合流制在减少地表径流对受纳水体污染的突出作用。通过 对天府大道中和新村段的地表沉积物和数次降雨所引起的路面径流的采样，经 实验分析、数据整理、理论概括和规律总结，初探路面沉积物和路面径流水中 c o d 和s s 的浓度范围，以及它们之间的关系。再根据成都市双流县华阳组团规 划送审稿，利用街道地表物累积模型，计算了年度河道接受地表污染物累积量， 估算出改良式合流制每年可减少河道接受地表污染物1 9 8 4 2 5 吨，其中减少c o d 排入量2 1 2 3 3 5 吨。进一步证实其在长远发展中的重要作用。 论文在提出改良式合流制这一理念之后，阐述了这种制度的基本设计步骤 和方法，特别是作为重点部分的合流污水储蓄调节池的设计。本文从目前常用 的几种排水制度出发，通过系统的分析对比，总结了各排水制度的优劣，最后 提出改良式合流制的新方案。这种新的排水制度集各家之所长，特别在促进可 持续发展方而有明冠的优势。 关键词：改良式排水制，设计方法，地表径流，应用展望 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h eu r b a nd r a i n a g es y s t e mr e f e mt oam o d eo fw a s t e w a t e rc o l l e c t i n ga n dt r a n s p o r t i n gw i t h i na d e s i g n a t e da r e a t h e ma r et w ob a s i cs y s t e m sf o ri t ：t h es e p a r a t e ds e w a g es y s t e ma n dt h e c o m b i n e ds e w a g es y s t e m t h ec h o i c eb e t w e e nt h et w os y s t e m sm u s tb eb a s e do nc o n s i d e r a t i o n s o nb o t ht h es w a g ed i s p o s i n gm e t h o da n dt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yr e q u e s t , a n dm e a n w h i l ei ti s a l s oc o n s t r a i n e db yt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h es w a g es y s t e m t h ev a l i d i t yo ft h es y s t e mi t s e l fa n d t h eo p e r a t i n gs t a t u sc a nd i r e c t l ya f f e c tt h ei n v e s t m e n tr e s u l to ft h ew h o l ec a t c h m e n t se n g i n e e r i n g ， i e ，t h ea s p i r e ds o c i a la n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ar e v i e wo ft h ed e v e l o p m e n to fc i t ys e w a g e s y s t e m so ft h ew h o l en a t i o ns i n c et h er e f o r ma n do p e n i n g - u ps h o w st h a t ，a l t h o u g ht h eu r b a n s e w a g es y s t e mh a sb e e nd e v e l o p i n gf o rm a n yy e a r s ，i t so v e r a l ll e v e li ss t i l ll a g g i n gb e h i n dt h a to f d e v e l o p e dc o u n t r i e sd u et op r o b l e m sa c c u m u l a t e dh i s t o r i c a l l y n o wt h e r ea r es e r i o u sp r o b l e m s c o n c e r n i n gt h es e w a g ep r o j c o t sa c r o s st h ec o u n t r y , m a n yo fw h i c hj u s tf o l l o wt h es t e r e o t y p eb y i n d i s c r i m i n a t e l ya d o p t i n gt h es e p a r a t e ds e w a g es y s t e m ，r e g a r d l e s so ft h ea c t u a le c o n o m i ca n d e n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s y e to u t s i d ec h i n at h es i t u a t i o ni st h a tt h e yh a v ea l r e a d yc o v e r e dt h ef i r s ta n ds e c o n ds t a g e s ，s t a g e o n eb e i n gc o l l e c t i n g ，t r a n s p o r t i n ga n dd r a i n a g ei nd u c t w o r kw i t h o u tw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a n d s t a g et w ob e i n gp o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，a n dh a v ee n t e r e dt h et h i r ds t a g e ，w h i c hi st r e a t m e n to f n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n i t so b v i o u sf r o mh e s p e r i a ne x p e r i e n c et h a t ，a m o n gt h ea l t e r n a t i v ep l a n st oi m p r o v et h e n a - r e c e i v i n gw a t e rq u a l i t y , t h ep l a nt oa d o p tas e p a r a t e dm e t h o di n s t e a do fac o m b i n e d m e t h o di s b o t he x p e n s i v ea n dl e s se f f e c t i v e ，w h i l ea d d i n gc o n t r o l l i n ge s t a b l i s h m e n tt oc o m b i n e ds e w a g e s y s t e mi sm o r ee c o n o m i c a la n du s e f u lt h a nr e b u i l d i n gc o m b i n e ds e w a g es y s t e mt os e p a r a t e d s e w a g es y s t e m i no r d e rt od e m o n s t r a t ew e a k e n e de f f i c a c yo fr e f o r m a t i v ec o m b i n e ds e w a g es y s t e mt of a no f f p o l l u t i o n ，im a d et h r e ee x p e r i m e n t sa b o u t t i a n f us t r e e ts u r f a c em n o f f t h r o u g he x p e r i m e n t a l a n a l y s i s ，d a t ac o l l e c t i o na n dr u l e ss u m - u p ，t h ec o n s t i t u t i o n sa n dc o n c e m t r a t i o n so fc o da n ds s t h ec o r r e l a t i o n so ft h e s ec o n s t i t u t i o n sh a v eb e e ng i v e n t h ed r a f tp l a ns u b m i t t e db yt h eh u a y a n g p a n e lo fs h u a n g l i uc o u n t y , c h e n g d u ，b yu s i n gt h em o d e lo fs u r f a c eb u i l d i n g sa n ds t r e e t s ，p r o v i d e s t h ea n n u a lq u a n t i t yo fa c c u m u l a t e dp o l l u t a n t si nr i v e r s ，w i t t h ec o n c l u s i o nt h a tt h er e f o r m a t i v e c o m b i n e ds e w a g es y s t e mi sa b l et or e d u c e a n n u a lr i v e tp o l l u t a n t sa p p r o x i m a t e l yf r o me a r t h 西南交通大学硕士研究生学位论文第j ji 页 s u r f a c eb y1 9 ，8 4 2 5t o n sa n dc o db y2 1 2 3 3 5t o n s m o me f f o r t sa l en o wu n d e r w a yt ow o r ko u ti t si m p l i c a t i o n si nt h el o n gr n n a f t e rt h ec o n c e p to f r e f o r m a t i v ec o m b i n e ds e w a g es y s t e mi sp r o p o s e d ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h eb a s i cd 。s i 口p r o c e s s a n dm e t h o d ，g i v i n gs p e c i a ld i s c u s s i o no nt h ep o o lo fr e s e r v a t i o na n dm o d u l a t i o no fc o m b i n e d s e w a g ew a t e ro nk e yp a r t s t h ep r e s e n ts t u d ys t a r t sf r o ms e v e r a lc o m m o ns e w a g es y s t e m s ，a n d t h r o u g hs y s t e m a t i ca n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n ，s u m m a r i z e st h em e r i t sa n dd e m e r i t so fe a c hs e w a g e s y s t e m , a n di nt h ee n dp u t sf o r w a r dan e wp l a no f r e f o r m a t i v ec o m b i n e ds e w a g es y s t e m t h i sn e w p r o p o s a la d o p t st h ea d v a n t a g e so ft h eo t h e rs y s t e m sa n di se s p e c i a l l yv a l u a b l ei nk e e p i n ga s u s t a i n e dd e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n dn a t u r e k e yw o r d ：r e f o r m a t i v es e w a g es y s t e m ；d e s i g nm e t h o d ；s u r f a c er u n o f f ；p r o s p e c to fa p p l i c a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1引言 第一章绪论 自1 9 8 7 年世界环境与发展委员会( w c e d ) 提出可持续发展的概念至今， 世界人口、贫困、消费日益增加，生物多样性、森林面积日益减少，同时谈 水资源污染特别在发展中国家愈演愈烈，人类生存在一个十分危险的世界 里。人类生存依赖于自然，该生态准则的涵义是明显的。而水更是生命的 源泉。要衡量一个区域是否实现可持续发展，水资源的保护，水体污染的防 治，排水制度的健全也是重要标准之一。表面上看，排水制度现实意义浓厚， 可持续发展任重道远，但是现实的作为可以影响未来。选择的关键就是看能 否预见未来，顺势而为“1 。 1 2 排水制度诞生的历史要求 在人类社会形成初期，人们的生产生活相对单纯，污废水数量有限而且 成分简单，那时几乎没有系统的排水规划，大多采用原始的散排方式。不过 在地表渗透和大自然天然水体的自净作用下，完全能够处理这些污水使其循 环使用。然而随着社会的发展进步，城市的出现，人口的急速增长，散乱排 放方式的弊病也凸现出来，譬如它容易滋生细菌，传播瘟疫，污染水源，环 境卫生条件差等等。就水环境污染而言，过去全球人口少且分散，人类活动 能力较弱，当时人们排放的有机物和无机物不仅数量少，而且大都为易降解 的物质，故水环境依靠自身净化能力可降解和同化这些污染物。但是，随着 人口的增加，且城市化进程的加速，人类活动能力大幅度地加强。现在排放 的污染物不仅数量远远超过自然水体自身具有的自净容量，而且大多是难降 解和同化的物质。由于城市大量未经处理或处理不充分的废水排入收纳水 体，引起了程度不同的水质污染。1 。 为了解决这类问题，人们尝试着修建排水系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 排水系统与我们赖以生存的水资源有着密切的关系。我们能够存活在世 界上，水是生命之源，而淡水更是人类生活和生产不可代替的宝贵资源。虽 然地球表面有三分之二被水覆盖，而且在地球上循环作用，但有9 7 为海洋 中的咸水，余下的3 中又有三分之二为两极和高原地区的冰雪，因此全球水 中只有1 是淡水，而这( 9 8 以上) 又多为地下水，只有不到2 在河流和湖 泊中，还需由地下水补给。地下水是由降雨渗至地下含水层形成的( 总的雨 量减去地表径流和蒸发) 。对于温和湿润的气候，大约4 0 的降水最后变成地 下水；对于地中海型气候，可能只有l o 2 0 ；对于干旱气候，则为1 或更 少“3 。由此可知能够直接供人们使用的水资源极其有限。 据统计我国河川多年径流量约为2 6 2 x 1 0 8 m 3 ，人均占有量2 0 0 0 m 3 a ， 为世界人均占有量的1 5 ，居第1 1 0 位“3 ；水资源拥有量多年平均为2 8 1 2 4 亿m 3 ，其中，地表水约占2 7 1 1 5 亿m 3 ，地下水约占7 7 0 0 亿m 3 ，由于二者 相互转换、互为补给，扣除重复计算6 6 9 1 亿m 3 ，相当于全球水资源总量的 5 5 ，居世界第6 位，但人均占有量仅为2 4 0 0 m 3 人- 年，只有全球人均的 1 4 ，居世界的第8 8 位，属世界上1 3 个严重缺水国家之。据水利部的统 计，我国有3 0 0 多座城市处于缺水状态，严重缺水的城市多达1 1 4 个，城市 年缺水量达6 0 亿m 3 。同时我国又是一个干旱和半干旱面积很大的国家，干 旱半干旱的面积约占国土面积的5 2 5 ，其中干旱地区占3 0 8 ，半干旱地 区占2 1 7 【6 】。 与此同时，我国原本匮乏的水资源还不断受到水质恶化及水生态系统被 破坏的严重威胁，我国因排放污水而污染的水资源量达2 3 0 0 - - 3 0 0 0 亿m 3 ， 占我国水资源量的8 5 1 1 1 ，已有1 3 的河段，9 0 的城市水域受到污 染。至1 9 9 6 年底，全国已设的6 6 6 个城市的污水排放总量达3 5 3 亿m 3 d ， 其中工业污水占6 0 7 0 ，而其处理率为6 0 ，3 0 4 0 的城镇生活污水的 处理率仅为1 5 ；城市排水管道的普及率仅为6 5 左右，污水的集中处理 率为2 3 6 ，绝对量为8 3 亿m 3 。城市市政管网系统年收纳的污水达2 0 9 亿 m 3 ，各种形式的城市污水处理设施处理量2 3 8 亿m 3 d ，处理率为1 1 4 ， 但能够达到二级处理排放标准的城市污水处理率不到5 ，5 。据1 9 9 9 年环境 状况公报统计，中国主要河流有机污染普遍，亟源污染目益突出。流经城市 的河段普遍受到污染，1 4 1 个国控城市河段中，3 6 2 的城市河段为i i 类水质，6 3 8 的城市河段为至劣v 类水质，7 8 的城市河段不适宜作饮 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 用水源，5 0 的城市地下水受到污染，工业较发达城镇附近的水域污染突出。 我国因排放城市污水而污染的水资源总量达2 3 0 0 3 0 0 0 亿m 3 ，占我国水资 源量的8 5 1 1 1 ，已有1 3 的河段、9 0 的城市水域受到污染，这更加 剧了水资源的紧张状况。水污染破坏了水源，缺少优质水源的局面也十分突 出，形成了城市水源的“人为短缺，【7 8 a1 0 n 】。 城市排水管网长度增长较快。城市排水管网的铺设是保障城市雨污水有 序排放，保持城市清洁的重要基础设施。城市排水管网长由1 9 9 0 年5 7 8 万 公里增加到1 9 9 8 年1 2 5 9 万公里，增长了1 1 8 倍。城市全社会和市政公共 排水管道长发展统计见图1 - 1 。 1 4 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 h 1 0 0 0 o 、，0 0 0 世 纠6 0 0 0 0 舢 _ ；4 0 0 0 0 啦2 0 0 0 0 0 d 圣祉台揖术管道葺c 8 垒) 图卜1 城市排水管道统计图 隹 城市市政公用( 系统内) 污水处理厂日处理能力相对增长较快，但其 绝对数值仍处于很低的水平。日处理能力由1 9 9 0 年的2 7 7 3 万立方米增加 到1 9 9 8 年1 1 6 6 7 万立方米，增加了3 2 1 倍：年处理污水总量也相应有所增 加。但污水处理率也仅达到1 6 5 2 。城市市政污水年排放量、年处理量统 计，日处理能力和处理率统计分别见图1 - 2 和图1 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 萤蚕萤釜耍誊量ff_rrrrrrr 袭 1 0 窑 。5 盏 - 5 巅 - 书1 0 差 图卜2 城市市政污水年排放量和处理量统计图 图卜3 城市市政公共污水处理能力和处理率统计图 城市污水扫处理能力的增加幅度远低于城市日供水能力增长的幅度。 1 9 9 0 年至1 9 9 8 年城市市政公共污水处理厂平均年增加日处理能力1 1 0 万立 方米左右，而城市供水年增加日供水能力8 5 0 万立方米左右。照此模式发展， 城市水环境质量恶化的趋势难以遏制。 由于目前仅有部分城市征收“排水设施有偿使用费”或“污水处理费”， 而且收费额度低于污水处理的成本，城市污水处理厂所需费用主要靠政府财 政支持，资金不足致使一些污水处理厂维持运转十分困难。见图1 - 4 。 如仰卿加锄锄佃 怒崆悄咬v r龆毒i斟叮*孵 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 图卜4 城市排水固定资产投资统计图 中国城市污水处理率之低下与一些发达国家形成了鲜明的对照，详见图 1 5 1 1 2 1 3 14 1 。 1 0 0 善8 0 * 喇5 0 文 * d o i c j e 肇o 善 量 蚕翟 麒 蒜 基 鲤 职 既 廿 图卜5 中国与国外城市污处理率比较统计图 图中国外污水处理率【1 5 l 均以服务人口当量占总入口比例计算。中国则 以年处理污水量与污水排放总量之比计算。这样的计量方式显然不太合理。 容易产生误导我们的水消费。 如果污染持续下去，生命之源也会枯竭。因此排水系统的作用也不单纯 是自我保护。 对于城市水资源，除具有一般水资源的不可替代性、流动性、时空分布 不均匀性和社会性等特点外，还因特殊的环境条件和使用功能而表现出如下 特征 1 6 1 。 星= 阿州 )x( 辜 葛：刊臀馨 赴水一彳葛= 基- 孵螭 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 ( 1 ) 系统性 城市水资源的系统性主要表现在3 个方面：一是不同类型的水之间可以 相互转化，海水、大气降水、地表水、地下水、废( 污) 水之间构成一个非 常复杂的水循环系统，彼此间存在质与量的交换；二是城市区域以内和以外 的水资源通常处于同一水文系统，相互间有密切的水力联系，不可人为分割； 三是城市水资源开发利用过程中的不同环节( 如取水、供水、用水、排水等) 是个有机的整体，任何个环节的疏忽都将影晌到水资源利用的整体效益。 f 2 1 有限性 相对于城市用水需求量的持续增长，城市水资源的量是极为有限的。其 中，当地水资源因“近水楼台”、开发成本低、便于管理等有利条件而被优先 开发利用，许多城市的当地水资源已接近或达到开发利用的极限，一些城市 的地下水已处于超采( 或严重超采) 状态，而外来引水资源因受水资源分布、 生态环境、经济条件和水所有权等因素的制约，能被城市获取和利用的量也 不可能无止境地增加。 f 3 ) 脆弱性 城市水资源因开发利用比较集中和与人类社会活动关系密切而显示出 脆弱性。其主要表现在两个方面。一是易受污染。城市污染源点多、面广、 强度大，即使是局部污染，也会因水的流动性而使污染范围逐渐扩大。二是 易遭破坏。特别是地下水，当开采量超过补给量时，水资源质与量韵状态便 失去平衡，进而诱发一系列的环境地质问题。因此，城市水资源一旦遭受污 染或失去平衡，治理恢复非常困难，代价也很大。 ( 4 ) g 恢复性 城市水资源的可恢复性表现在水量的可补给性和水质的可改善性。前者 决定于自然环境中水的可循环性，只有设法增加或诱导补给，合理控制使用， 城市水资源便可得到持续利用。水质的改善既可利用水体的自净功能来实 现，也可通过人为手段来达到，其改善程度取决于人、财、物的投入。 ( 5 ) 可再生性 城市水资源在利用过程中，被直接消耗掉的只是少部分，而大部分水则 因失去特定的使用价值而变为废( 污) 水。废( 污) 水是可以再生的。有些 只需改变用途，便可恢复其使用价值，但在多数情况下，废( 污) 水要经过 处理以后，才能转变为可用资源。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 以上这些特点表明，城市现代化程度不断发展、城市人口日益集聚，引 发城市生产、生活用水的需求量不断增加，城市供水矛盾进一步突出，水资 源成为制约我国经济发展的主要瓶颈。2 1 世纪将是继“石油危机”之后进入 “水资源危机”的时代【n 1 刀。但只要有合理的建设规划，科学的选择城市给 排水体系，就能够应对自如。 建设和发展小城镇，是十五届三中全会提出的带动农村经济社会发展的 重大举措f 1 8 】。根据“十五”计划，我国将加快农村城镇化发展的步伐。目 前我国小城镇数量己达1 9 2 1 6 个，而这一数量每年都在以数百个的速度增 长。由于发展的无前瞻性，每个镇都力图发展成为“小而全”的综合城镇，造 成小城镇数量多，规模过小，要素聚集能力弱。规模过小必然导致城镇功能 难以完善，公用基础设施的修建和服务业的供给难以形成规模效益，基础设 施共享率低，低水平重复建设严重，甚至严重脱离实际，不考虑小城镇的财 务能力，导致摊子铺得很大，土地资源大量浪费，进而制约了城镇的进一步 发展f 1 9 ，2 0 2 1 1 。如果我们的排水制度不能考虑到对污染的减少，具体情况具 体分析，那么将来水资源的匮乏必然引发争夺与战争。譬如，太湖流域内有 9 7 8 个小城镇，而且分布范围很广，如果只注重大、中城市污水处理工程的 建设，忽视数量多、分布广的小城镇的污水治理，其结果必然是太湖流域污 染防治达不到预期目标。2 0 0 1 年，国家投资项目评审中心对三峡库区垃圾 和污水处理进行了评审工作。在评审过程中，专家们发现当地小城镇污水处 理厂的建设是按照大中型污水处理厂的标准来设计的，而这样的设计会产生 种种弊端，如工艺不合理、占地面积大、工程投资及运行费用高等。小城镇 污水治理是小城镇自身发展的要求，也是流域生态环境保护的需要。如果没 有把小城镇污水治理提到日程上来，当我们真正想大规模建设小城镇污水处 理设施时，由于没有相关的可依据的标准、规范和政策等，造成的结果不仅 仅是环境的污染，还将会是技术路线的偏离和技术偏离带来的国家投资的浪 费【2 2 1 。 1 3 排水制度发展方向的国内外研究发展分析 无论是国内还是国外，城市撑水制度的演变是与其社会经济的发展水平 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 相适应的。不同阶段的社会经济发展水平对城市的环境质量要求不同，同时 城市对改变环境而能承受的财政能力也不同。就目前看来，老城市的排水制 度一般都经历了如下发展过程：原始的沟渠合流一人工建造的合流制管渠一 截流式合流制系统一部分区域分流、部分区域合流的混合体制一完全分流制 排水体制。国内外很多老城市以往几乎都是采用合流排水体制，这是因为城 市的发展规模是由小到大的，当城市处于人口少、经济不发达的阶段，没有 当今如此严重的环境污染，人们的环境意识也决没有现在这么强烈。所以实 行合流排水体制施工快捷，节约经费，成效快，符合当时的社会与经济发展 状况【2 3 】。 不过要全面了解排水体制的发展过程，首先我们需要正确理解城 市排水的含义。 城市排水是指城市生活污水、工业废水、大气降水( 含雨、雪水) 径流 和其他弃水的收集、输送、净化、利用和排放。它是一项发展比较缓慢的基 础设施。但又是现代化城市不可缺少的重要基础设施，对城市经济发展具有 全局性、先导性影响的基础产业。是城市水污染防治和城市排渍、排涝、防 洪的骨干工程。城市排水设施包括：接纳、输送城市排水的管网、泵站、沟 渠，起调蓄功能的湖塘、河道以及污水处理厂、污水污泥最终处置及相关设 施。城市排水设施是衡量现代化城市水平的重要标志，是改善城市投资环境 的重要环节【2 4 】。由于城市排水设旋的功能和特性，使其工程规模大，投资 额大，施工难度大，工期长和在运行中消耗大量的能源和资源。在社会经济 尚未得到充分发展前，城市往往不易做到具有完善的排水设施和良好的水环 境。多数是过分利用自然净化能力，造成水环境的污染f 2 ”。 其中城市排水管网系统是收集、输送城市产生的生活污水、工业 废水和降水的一整套工程设施。它包括地下管道、暗渠与地表的明渠 以及城市的内河及防洪设施。 城市排水管网系统的作用就是及时可靠地排除城市区域内产生的 生活污水、工业废水和降水，使城市免受污水之害和免受暴雨积水之 害，从而给城市创造一个舒适安全的生存和生产环境，使城市生态系 统的能量流动和物质循环正常进行，维持生态平衡，保证可持续发展。 污染控制是排水管网的主要任务之一。收集和输送城市污水、收 集和输送冲洗街道钧污水、拒绝污染物大量排放、控制排水量及对径 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 流雨水进行适当处理都能有效地控制污染。而城市污水必须通过城市 污水处理厂处理达标后才能排放则更重要。 流量控制是排水管网的另一主要任务。减少排水量可以节省排水 管网的投资，并可以减轻对受纳水体的污染和流量冲击，而径流量控 制则比较难以实现。雨水调节、地下水回灌、提供粗糙地表以便延缓 水流速度以及不与不透水地表直接连接等都是常用的调节径流量方法 1 2 6 。 1 3 1国外研究发展 近代城市排水系统的产生及发展与工业化及城市化的进程密不可分，其 发展进程大致可分为三个相对独立又相互交错的阶段。第一阶段是早期阶 段。1 9 世纪中期西方国家的工业和城市迅速发展，为了对付水污染所传播 的疾病，人们先后发展了现代城市的给水排水系统。早期的排水系统只是建 造管渠工程，以收集、输送污废水及雨水，且未作处理就直排水体，逐渐导 致城市河流等水体被污染。于是，在上世纪初人们不得不在污染严重的地区 修建污水处理厂。例如到1 9 1 1 年德国就已建成7 0 个污水厂。由于当时人们 环保意识淡薄，即使二战后的经济腾飞也未使人们对防止水污染给予多大关 注。例如，1 9 5 7 年西德的家庭污水入网率仅5 0 ；1 9 6 1 年日本东京仅为 2 1 2 。第二阶段是点源治理阶段。6 0 年代开始，西方国家经济的快速发展 对环境造成的严重危害明显的暴露出来。在污染治理不力的国家和地区，如 日本，多次发生爆炸性公害，公众抗议声浪不断高涨。为了生存和发展，西 方各国不得不投入大量财力铺设污水管道、建设处理厂、站，强化污水处理， 提高污水的收集率和处理率：并对工业污水、污水厂尾水的排放作了严格的 控制。例如1 9 7 9 年东京的污水入网率达到7 0 ：1 9 8 7 年前西德污水的入网 率已达9 5 ，处理率达8 6 5 ，城市居民人均污水管长达4 m 。此项工作又 称为“点源”治理。第三阶段是暴雨雨水的管理阶段。实践证明，点源治理 有它的局限性。为了进一步改善城市水体的水质，7 0 年代起西方国家便将 暴雨雨水的管理，又称“非点源”治理，提到同程上来，直到今天都在致力 于此项工作。对暴雨雨水的管理是基于观念的转变。因为“尽快地将雨、污 水收集、输送、排放”的老做法已经难以应村当今城市化带来的径流量增加 西南交通大学硕士研究生学位论文 第10 页 和水体污染的新问题2 引。近年来，国内外学者对雨水径流的污染性及防 治措施作了大量研究。如美国芝加哥的雨水储存处理工程，用于控制芝加哥 市雨水径流对密执安湖的污染。英国小城镇利用湿地系统处理雨水径流，法 国使用高密度沉淀池( d e n s a d e g ) 处理机场跑道雨水径流，中德合作项目“城 市水资源可持续管理雨洪控制与地下水回灌”项目计划在2 0 0 4 年前在北京 建立八里庄及天秀园两个示范区，旨在充分利用雨水并控制径流污染。城区 径流主要来自建筑物屋面及路面，因此本文主要讨论这两种径流i z “3 0 o 从德国的发展经验可以看出，环保建设，特别在水污染控制实施方面， 对经济的促进功不可没。我们借鉴他们的成功经验，可以少走弯路，使社会 沿着健康良性的方向前进。尽量避免出现用环境换金钱的局面1 3 “”。”j 。 1 3 2 国内研究发展 中国城市排水工程建设，有着悠久的历史。秦代已有用以排除城市雨水 的。管渠：历代帝王的京都，如唐长安、宋汴梁、元大都，都修建了比较完整 的明渠和暗渠相结合的排水系统。据考古发掘，唐长安城朱雀街两侧水沟， 上口宽3 3 m 、底宽2 3 4 m 、深1 7 2 1 l m ，可以排洪防涝，是真正的城市排 水工程。又如北京城内，明清两代修建的矩型排水沟，有的至今仍在使用。 在旧中国，城市主要靠明沟以及河流排水，没有完整的排水系统，个别 大城市仅有局部雨污水合流制管道，污水就近排入水体，排泄能力很低，对 水体污染严重。建国初期，新建城市和城市新区都采用分流制，因为当 时经济条件有限，近期只建污水管，雨水用道路边沟和明渠排除，用 较少的钱解决了城市污染最大的污水问题p “。 1 15 0 年代 5 0 年代是我国排水工程建设初创阶段。既解决了部分地区的排水难问 题，又改善了城市居住环境，不过那是单纯依靠天然沟河来解决问题。全国 十几个大城市建成的城市排水管渠仅有3 0 0 0 k m 。从“一五”计划时期开始， 国家组织在重点城市和新兴工业城市中，在苏联专家的指导下开始进行现代 化排水工程的建设。这些建设是按城市规划方案进行的，采用分流制排水系 统，为当时及其后一段时期的城市发展，打下了基础。5 0 年代的一些城市 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 的排水工程建设以排除暴雨渍水危害为主，如天津、哈尔滨、武汉、齐齐哈 尔、呼和浩特及南京等不少城市。而有些工业发展较快的城市和工业企业， 由于未经妥善处理的有机污水量日益增加而排入水体，超过了水体自净能 力，已开始出现了对受纳水体的污染，甚至在一定程度上( 不同时段、范围 和超标项目数量、超标率) 污染了饮用水源。因此，这些城市大多抓紧了水 体整治和排水工程的建设。如上海市，为解决老城区劳动人民聚居区的生活 环境，于1 9 5 7 1 9 6 0 年发动群众先后在沪西的法华浜、沪东的周塘浜等处 填浜埋管后，建成新街区和绿化带，受益人口达2 0 0 万人。天津市于1 9 5 8 1 9 6 0 年进行海河清浊分流工程，新建排水管道1 8 5 k m ，排水提升泵站2 3 座， 整治排污河道1 2 6 k m 、排水支渠1 4 6 k m ，桥涵和扬水站闸1 7 9 座：海河水质 得以明显好转2 5 2 9 3 们。 1 26 0 年代 在6 0 年代，由于国情所致，东部地区城市只能不断挖潜维持，新建工 程很少。由于城市污水处理厂建设规模远远落后于城市污水量的增长，使越 来越多的城市污水无法按要求得以净化。从1 9 5 8 年开始，在北方地区一些 缺水城市通过试验，引用城市污水灌溉农田或养鱼等。经过适当处理的生活 污水用于灌溉农田，能节约农业用水。 一些城市沿受纳水体建造截流管，晴日将污水引至下游郊区污水处理厂 处理，或暂时直接排放水体；雨期超过截流倍数的雨水和污水仍就近排入水 体，以减轻对受纳水体的污染。上海、杭州、苏州、桂林等城市结合截流工 程在城市下游兴建或积极筹建污水处理厂使城市水体和环境质量明显改善。 城市污水最终排放出路一般多是水体。但是水体受纳污水是有条件的， 若污水中的污染物质过多，超过了水体自净能力时，水体就不再能保持原有 的形态和功能，将会降低水体的水质等级，甚至逐渐形成低劣的水环境，污 染水源、土壤、农作物、水生物，影响工业产品质量和危害人体健康。为此， 城市污水在排入水体之前，一般都需要采用人工强化手段净化污水处理。 到了2 0 世纪6 0 至8 0 年代，我国许多老城市将污水直接排入自然水体 的合流制改造成截流式合流排水体制，污水处理厂也随之兴建。上海在本世 纪初就建有截留式合流排水系统，解放后又增建污水处理厂，但由于溢流出 截留干管的混合污水水量大、浓度高和水中污物的不断沉积，从六十年代开 始，承杉上 母市污水排放的主要河流苏州洞逐渐变成一条地道的臭水 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 河。实践证明，采用合流排水体制的城市，随着城市的发展，水体污染问题 会越来越严重，最后还是不得不进行改造【2 卦。 1 37 0 年代 在7 0 年代，为解决城市污水的净化处理问题，一些城市利用郊区的坑 塘洼地、废河道、沼泽地等，稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污 水进行净化处理。 1 48 0 年代 在8 0 年代，改革开放以来，随着城市化进程的加快和城市水污染日益 得到重视，城市排水设施建设有较快发展。期间，各城市修建的排水工程数 量不断增加，工程规模不断加大，上世纪末启动的上海市苏州河治理工程针 对合流污水的治理就是其中一个典型。截止1 9 9 5 年，我国城市市政排水系 统和社会自建排水系统的污水年排放量为3 5 2 7 2 亿m 3 ，排水管道长度为 1 1 0 0 6 2 k m ，按服务面积计算，城市排水管网普及率为6 4 _ 8 ，城市污水年处 理量8 1 6 0 2 亿m ，污水处理率1 9 6 1 。 1 9 9 6 年，上海自开埠以来最大的环境治理工程苏州河环境综合治理 工程开始启动。苏州河可谓是上海的母亲河。这条河流的水质变化一直与胜 海的社会经济发展密切相关p ”。 我国在2 0 世纪9 0 年代以前，为追求经济的快速增长，污染物的处置问 题一直没能引起足够重视，大量污水直排入河，致使许多城市河流重蹈欧美 覆辙，走上了先污染后治理的道路。上海的苏州河从1 9 2 0 年起，河流水质 就开始恶化，出现季节性的水体黑臭现象，到2 0 世纪6 0 年代已成为一条终 年黑臭的“污水沟”。 城镇地表径流是苏州河水质污染过程中不可忽视的非点源之，主要指 城镇生活垃圾、建筑残渣、汽车排气与漏油、生活污水等通过降雨径流直接 排入受纳水体的种污染现象【3 。在雨季，尤其暴雨来临时，未及清运的 固体垃圾、建筑材料及公路上的漏油等被暴雨冲刷，许多潺砂、污水、固体 废弃物等直接排入苏州河干支流，加剧了水体的污染负荷。根据1 9 9 8 年上 海市水文总站对苏州河主要污染物的普查结果，地表径流污水量为4 6 5 0 0 万 r n a ，其中主要污染物c o d c r 、n h n 、t p 分别达到5 2 m g l 、5 1 m g l 、2 5 m g l 、 0 2 5 m l ，镇级河流中分别达到5 1 m g 1 、4 5 m g 1 、3 3 m g 1 、0j 2 2 m g 1 ，皆超 过国家地面水5 类标准m4 0 4 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 1 4 本课题研究的意义 改革开放以来我国的城市排水系统有了较大的发展。但是，因历史欠帐 太多，总的水平仍然非常落后。而且出现了全国各地工程上马、盲目跟风， 在经济、环境条件不允许的情况下一味采用分流制排水体系的现象。 分流制有很多优点，但排水体制的选择是一项系统性很强的工作，应根 据城市的地理位置、水体情况、水文、地形、地貌、人文景观、社会经济发 展要求以及城市财政情况等因素综合分析确定。对于经济不发达城市的老城 区来讲，如道路不改造拓宽，小区不改造建设，即使污水主干管已经建成， 那么也无法实施雨、污分流。其结果只能是：一方面污水总干管闲置不用， 造成投资浪费；另一方面，污水还是走雨水管道排河，继续污染水体。不从 实际情况出发，盲目采用分流制，显然是错误的。 中国政府在2 0 世纪9 0 年代提出了针对中国国民经济的可持续发展战略 和西部大开发战略，四j | i 省正是处于这两个战略交叉点的西部大省。该省地 处长江上游，对整个长江流域乃至全国的生态环境具有重要的跨区域性影 响。在这种既要搞经济建设，又要作到城镇可持续发展的情况下，积极推广 “改良式合流制”具有很强的现实意义1 4 2 1 。 1 5 本论文的主要工作 本论文的主要工作有以下三点：全面总结国内外在排水制度发展研究 方面的新经验，系统分析比较基本的排水制度优劣点，提出改良式合流制的 新排水体制方案。阐述这种方案的特点和长远优势。详细阐述改良式合流 制一般设计步骤和设计方法，特别针对合流污水储蓄调节池这一难点进行深 入探讨，提出借鉴平流式沉淀池的设计理念。通过对天府大道中和新村段 的地表沉积物和数次降雨所引起的路面径流的采样，经实验分析、数据整理、 理论概括和规律总结，初探路面沉积物和路面径流水中c o d 和s s 的浓度 范围，以及它们之间的关系。根据成都市双流县华阳组团送审稿的数据资料， 得出在该地区建设改良式合流制具有一定的区位优势和发展前景，并计算该 制度运行后每年对河道污染物的减少量，从而证明其对当地可持续发展建设 具有深远的影响意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 第二章一般的排水制度 城市和工业企业的生活污水、工业废水和降水的收集与排除方式称为排 水系统的体制，有分流制和合流制两种基本方式。除此以外还有很多衍生形 式。它们各自对污水的收集方式不同，其污水的收集效果不同，从而对城市 环境影响就有所差异1 4 3 1 。 2 1合流制 合流制是将生活污水、工业废水与降水混合在同一套管网系统内排除的 排水系统。因此它对污水收集比分流制的严格要求要简单。 我国现今使用的室外排水设计规范规定，新建地区排水系统一般应 采用分流制。但这并不表明合流制就一无是处。合流制排水系统也有一定的 优点，对用户排水接口管理可简化，市政排水管道只要一根，同时新技术 的应用，使小区内的污水经处理设施处理后排放，其应用效果可同分流媲美， 使合流制应用前景看好。对降水量较少而干旱的北方城市和汇水面积较小的 村镇的排水系统尤为适用。即便合流制排水系统管径比较大，晴天污水管容 易沉淀、淤积，但雨季雨水的冲刷作用对管道清淤