地貌形态多变城市排水工程规划的探讨

　　摘要：根据多种地貌城市地形、城市性质合理选择排水体制和排水形式。介绍了以泰山为代表的地貌形态多变城市在城市规划雨水排水系统时，结合山洪防治设置排洪渠，并利用冲沟进行排水，避免山洪进入城区造成危害；规划污水排水系统时依据城市空间结构、功能性质、污水种类以及地形设置污水处理设施。
　　关键词：地貌多变城市，排水体制，雨水排放，山洪防治，污水处理
　　城市排水工程是以合理处理和综合利用城市污水，安全有效排除城市雨水，消除城市水患为目标，确定城市排水体制，布置和建设各类污废水、雨水的收集、输送、处理排放等工程设施和管网系统，是城市的重要基础设施。地貌形态多变城市大多山河交错，污水及雨水处理不当，直接影响水域功能和城市安全。
　　1地貌多变城市排水体制的划分及现状
　　城市排出的废水通常分为生活污水、工业废水和雨水三类，这三类水采用的排除方式所形成的排水系统称为排水体制，分为合流制和分流制两类，其中分流制又分为完全分流制和半分流制。
　　1.1合流制排水体制
　　将生活污水、工业废水和雨水混合在同一管道（渠）系统内排放的排水系统称为合流制排水系统。目前许多地貌多变城市多采用截流式合流制排水体制，即在临河岸边建造一条截流干管，同时在截流干管处设溢流井，晴天或初雨时截流干管将所有混合污水送至污水处理厂进行处理；当雨量加大，混合污水超过排水管渠的输送能力或污水处理厂的处理能力时，超出部分便会通过溢流井排入水体。这种方式多用于老旧城区的改造，由于旧城区街道狭窄，地下管道密集，难有新建管道空间，因此多采用截流式合流系统。这种系统能及时处理城市污水，但暴雨时混合污水排入水体，会给水体带来周期性的污染，给排水管道也增加了压力，危害较大。
　　1．2完全分流制排水体制
　　由于合流制排水系统对水体污染较重，且大多使用时间过长，很多管道已出现沟道接缝脱落、底部坍塌、沟体断裂等问题，加之管理不善和修养失时，管沟常发生淤积堵塞、水流不畅以至污水溢出地面的状况。因此新建的城市、工业区和开发区许多都采用完全分流制排水体制，即分设污水和雨水两个管网系统。城市污水经污水管道收集后排人污水处理厂，处理达标后排入水体。雨水经雨水管道收集后就近排入水体。这种排水体制卫生条件较好，但初期雨水带有较多悬浮物，其污染程度接近于生活污水，仍会给水体带来污染。
　　1．3半分流制排水体制
　　这种体制既有污水系统，又有雨水系统，与完全分流制不同的是在雨水系统中增设雨水跳越井，再与污水系统连接，这种系统具有把初期雨水引入污水系统的功能，小雨时，雨水与污水一同进入污水处理厂处理；大雨时，超出污水管道输送能力的雨水由跳越井排入水体。这种排水体制环境卫生条件好，能有效保护水体免受污染。由于这种排水体制投资高，目前在地貌多变城市中应用较少，但随着我国经济的增长，基础设施投入的加大，完全有能力处理所有污水，遏制水体“藻华”和“水华”的现象。因此在地貌多变城市排水体系规划中应推广使用半分流制排水体制。
　　2合理选择城市排水系统的形式
　　地貌多变城市排水系统的平面布置根据地形、城市性质、周围水体情况、污水种类、污染情况等来确定，主要分为以下三种布置形式。
　　(1)直排式布置。在地势向水体适当倾斜的地区，各排水流域的干管以最短距离排入水体，这种布置方式多用于雨水排放系统。
　　(2)分散式布置。当城市布局分散或功能不同，通常将排水系统划分若干个片区，各排水片区内具有独立的排水系统，这种布置具有干管长度短、管径小、管道埋深浅等优点，但污水处理厂的数量将增多。
　　(3)集中式布置。当城市布局紧凑，成连续性带状或环状布置时，通常将污水集中处理，这种布置便于发挥规模效益，占地少，节省基建投资和运行管理费用。
　　3实例研究——泰安市城市排水系统规划
　　泰安市地处鲁中，北依济南，东临莱芜、临沂，西临聊城，南接济宁，泰安城区位于境内五岳独尊的泰山之阳，北部群山，南部丘陵和平原，具有多种地貌形态，山地、丘陵、平原约各占三分之一。泰城是以“世界自然与文化遗产泰山为依托的历史文化名城”，现代化的风景园林旅游城市，鲁中地区重要的经济与商贸中心。
　　3．1排水体制
　　泰安市城市地势北高南低，西高东低。南北地形高差达100余米，且又位于山东省境内南水北调输水干线汇水区域内，从整个流域上看，泰安城区污水收集、处理、排放应纳入保护南水北调山东段水质安全为首要目标，最大限度减少水体污染。随着城市的发展，泰安城区排水系统从初期的雨、污混流制，建立完善城市污水、雨水排放系统，逐步形成半分流制和完全分流制排水体制。
　　3．2雨水排放系统
　　泰安城区地处北温带大陆季风气候区，一年四季分明，雨势同季。春季干旱多风，回暖迅速，光照充足，辐射强；夏季高温多雨，气温高，湿度大，气压低，雨量集中；秋季晴朗气爽，气温下降快，辐射减弱；冬季寒冷少雪。年均降雨量697．1mm，夏季降雨量约占全年降雨量的65.2％。泰城雨水量的计算，采用泰安市暴雨强度公式确定：
　　q=3500.28(1＋0.581Igp)/(t＋13.9)0.8(I/S.ha)
　　其中q:设计暴雨强度(1/S.ha)
　　t:设计降雨历时（min）
　　P:设计重现期（年）
　　雨水设计流量计算公式
　　根据《室外排水设计规范》（GBJ14-87）的规定雨水设计流量的计算采用公式:
　　Q=qFΨ(L/S)
　　其中Q:雨水设计流量(L/S)
　　q:设计暴雨强度(L/s.ha)
　　F：汇水面积(ha)
　　Ψ:径流系数
　　泰安市城市建设过程中，城区南北为纵向，山高坡陡水土流失严重，山前坡地植被破坏严重,含蓄水源少,山洪暴发时.泥沙石等淤积河道,堵塞管道、桥涵。城区东西为横向，地面比较平缓，排水不畅，下水遭担负着城区排水的重要功能,但部分路段和居民区(如财源街和灵山大街中段,市场街居民区)下水道断面小,呈倒坡且阻塞严重,遇到小雨还能勉强应付,一旦遇到大暴雨.路面则会严重积水,直接影响交通,并祸及临街店铺和周围住房。所以，泰城每年汛期都遭受不同程度的洪涝灾害,影响市民正常的生产生活秩序.如1996年7月3日下午,105分钟降雨139毫米(泰山顶208毫米),山洪暴发,城区大面积受灾,造成上百处塌方，多处路段被毁，河道部分边坡跨塌，直接经济损失1000万元,淹死4人。因此泰安市城市雨水排除与山洪防治密可分，泰安市地形陡峭，沟床纵坡大，冲沟流水受季节影响明显，城区雨水管道采用高水高排、就近排放的原则，排水、排洪渠道平面布置力求顺直，就近入河流，并在远期增加跳越井，使初期雨水进入污水排放系统。为防止山洪的袭击，规划在城区各组团后缘设置截洪沟，将城市后缘雨水引到邻近冲沟，控制来水进入城区，减轻城区排水系统负担；在城区冲沟设纵向排洪明渠或盖板涵，将山洪直接排入纵向河道；在城区沿等高线布置的路网中设置横向雨水管道，将雨水排入纵向排洪明渠或盖板涵。
　　3．3污水排放系统
　　泰安城区高程介于120～800m，且地形北高南低，泰山山势陡峻，河峪深切，泰城南麓形成广阔的倾斜平原，地基条件良好，基础建设成本适中，因此城市排水系统的建设发展遵循集约化、高效性的原则。由于城市有独特的地形条件，城市用地布局结构以“一轴一线，六条绿带”为特色，形成“一个中心，六大组团”，拥抱泰山的“半月形”城市格局，一个中心：即由岱庙和火车站为主的旧城中心区和以时代发展线为主的新城中心区构成的中心地区。包括行政办公中心、商贸金融中心、旅游服务中心、文化游乐中心、体育中心等。
　　六大组团：即围绕城市中心地区布置的六大功能组团，分别是大河旅游区组团、新火车站组团、西南工业组团、东南综合居住组团、省庄工业组团、高新技术开发区组团。
　　一轴：指联结泰山与泰城的登山中轴线，由岱庙、通天街、泰山文化研究中心等组成、高新技术开发区组团。
　　一线：是位于傲徕峰下的新时代发展线，向南延伸至泮河，北部是城市的行政中心，中部为文化、商业、娱乐设施，南部是水面开阔的中央公园，由望岳东路、望岳西路和中间绿化长廊构成，长3.2公里，宽320米。
　　六条绿事：指源于泰山，流经泰城，汇入大汶河的六条自然河流绿化风光带。
　　城市污水排放系统根据城市功能，道路规划、污水排水现状及城区河流的水文、地质地貌，将城区内的污水排水分为四大排水区域：西区、中区、东区和南区。
　　（1）西区污水系统：污水系统位于南龙潭路、迎胜路北段以西、京沪铁路以南，奈河以西，东岳大街以南的泰安城市规划区。主要有西南工业区、大河度假区、时代发展线、岱岳区、岱岳工业园、货仓、居民小区。该区北高南低、西高东低，以三里河、七里河、粥店河为低洼处，污水均流入此二河，排入泮河。主干管将西北部的污水从迎宾大道，引入货仓西路至泰山大街，沿粥店河东岸规划路向南，至目前的泮河大街，沿此路东至儿童医院东侧，穿越泮河，沿东南下至栗家庄北，沿规划路南至西南工业区东的田园大街，再东折直至泰安市第二污水处理厂，粥店河以西的污水干管沿河岸及规划路汇流至堰北村对面，过河接入污水主干管；七里河两岸的污水干管沿河两岸及规划路就近南排至泮河大街的污水主干管内，西南工业区的污水主干管，一条沿泮河南岸接入过河的主干管上；一条沿田园大街东排接入铁路东侧的主干管内，一条从西南工业区最南端沿南龙潭路北至京沪高速公路北侧过铁路桥东排至泰安市第二污水处理厂。
　　（2）中区污水系统：排水区域位于双龙河、梳洗河以西，南龙潭路、迎胜路以东的现市中心区，中北部主要为居民小区、大专院校政府办公商业网点及少量的企业，南部主要为企事业单位、居民小区。该区的一部分污水主干管和支干管已形成，现接纳该区4万M3/d的污水入泰安市第一污水处理厂。东部一条干管沿花园路南下，顺梳洗河东排，穿河后再穿越铁路桥，西折至张家结庄，向南接至常家结庄，再向西排入泰安市第一污水处理厂；另有二条污水干管沿梳洗河两岸将其上游污水排入迎春路的污水干管上。
　　（3）东区污水系统：排水区域位于白家河、梳洗河以东的城市规划区，主要有市东部高新技术开发区、省庄工业园及居民小区，地势北高南低，东部省庄工业园地势较高，主干管为从省庄工业园的老泰莱公路西排过冯利庄河至双龙河东岸的南北规划路，南下至南湖大街东段西折穿双龙河(方案一)及梳洗河，沿梳洗河西岸南下穿铁路线后西折至张家结庄，再南下至现有的外环路上，一部分污水西引入泰安市第一污水处理厂，其余污水通过溢流井南下至田园大街西折过庞河引入泰安市第二污水处理厂；方案二为主干管至南湖大街东路时，西折至双龙河东岸南下穿越铁路桥直至第三污水处理厂。另有温泉路和风台路二条污水干管经南湖大街东折过双龙河接入东岸主干管内。
　　（4）南区污水系统：南区污水系统主要是高新技术产业开发区范围。区内道路四通八达，形成网络。到2010年，开发面积达到40平方公里，高新区初步形成了汽车和零配件、生物制药、针织纺织、食品饮料、无机非金属材料、电气设备等六大产业门类雏形。随着经济的高速发展和新一轮泰安市城市总体规划的即将批复，高新区建设的步伐将进一步加快，对区内基础设施配套提出了更高要求，在努力营造人与自然和谐发展的进程中，提高居民生活质量，保护与合理开发利用水资源，美化城市环境，增强城市发展活力和吸引力，也必将是高新区发展的重要课题。城市污水工程也将成为建设重点。根据泰安高新技术产业开发区地势，排水区域可划分为北、西、东三大区域。北区和东区大部分污水可收集起来，进入泰安市第二污水处理厂。因此接下来的问题是西区大部分和东区的小部分不能自流排入泰安市第二污水处理厂管网的污水如何收集起来处理，为此有以下两个方案，进行论证比较。
　　方案一：根据泰安高新技术产业开发区的发展时序，分阶段的设置小型泵站提升污水的排水方案。优点是根据开发区发展时序，适时建设泵站和污水管网，将污水及时排入泰安市第二污水处理厂，能充分利用泰安市第二污水处理厂的处理能力，工程投资小。可操作性强，易于实现。缺点是需新设2处泵站，泵站的设备管理和以后运行费用较高，排水的可靠性降低。
　　方案二：新建满庄污水处理厂，西区污水重力自流入污水处理厂的排水方案。优点是污水能最大限度的自流进入污水处理厂，能少设和不设泵站。缺点是污水干线敷设较长，且需穿越京沪高速铁路，京福高速公路等障碍物，需新建满庄污水处理厂，一次性投资高，建设周期性长，不宜实现。另外根据开发区发展时序，南部是第四期，为规划末期，道路网还未形成，开发区的发展还有很多不确定性因素，先期新建污水处理厂有一定的盲目性，工程建设条件也不充分。
　　综上所述，综合分析，建议采用方案一。
　　4结论
　　通过以上分析，地貌形态多变城市规划排水系统时应注意以下几点；
　　（1）规划地貌形态多变城市时，排水系统体制的选择，应根据城市和工业企业规划、当地降雨情况、排放标准、原有排水设施、污水处理和利用情况、地形和水体条件等，在满足环境保护要求的前提下，全面规划，接近期设计，考虑远期发展，通过技术经济比较，综合考虑而定。
　　（2）地貌形态多变城市规划雨水系统时，要结合防洪统一考虑，特别是山洪的袭击对城市危害很大，在城市后缘地带合理设置截洪沟，建设排洪渠，减少山洪进入城区。
　　（3）新建的城市和小区宜采用分流制和不完全分流制；老城市的城区由于历史原因，一般已采用合流制，要改造成完全分流制难度较大，故在同一城市内可采用不同的排水体制，旧城区可采用截流式合流制，易改建地区和新建的小区宜采用分流制或不完全分流制。
　　（4）对废水即将排入的水体，要掌握其水质标准，并结合环保的要求，严格控制其进水及出水的水质，使城市建设与生态环境保护处地平衡发展过程中。