雨污管网建设与城镇快速发展（如何规划和设计城市雨污排放系统）

日常生活中，被我们使用后的污水，在夏季暴雨季节和冬季冰雪融化时，城市内径流量变大，需要及时排放的雨雪水，以及部分直接排入城市污水管道或雨水管道的工业废水都属于城市排水，需要城市排水系统通过收集、输送、处理和排放。

城市排水系统是现代化城市的重要基础设施，如何经济有效地优化设计和改扩建城市排水系统是一个重要的研究课题。

尤其是近年来，受全球气候变化影响，暴雨等极端天气对社会管理、城市运行和人民生命安全造成了的巨大影响，加之部分城市排水防涝等基础设施建设滞后、调蓄雨洪和应急管理能力不足，导致多地出现了严重的暴雨内涝灾害。

因此，加大城市排水系统在市政建设中的投资比例，在满足规定的各种技术条件下合理设计城市排水系统，达到城市污水与雨水顺畅排放，以及保护环境的要求是目前排水系统的主要任务。

当前，城市排水系统的设计和规划需要考虑以下设计要点：估算城市排水量，选择排水制度，设计排水管道，确定污水处理方法和城市污水处理厂的位置等。

1.排水量

生活污水量的大小取决于生活用水量。生活用水在使用过程中，绝大部分成为生活污水排出。雨水径流量同当地的暴雨强度、汇水面积和产生径流的地表特征有关。排水管道设计所采用的暴雨强度取决于设计重现期(重复出现一次的平均年限)。所以，设计重现期的取值影响工程的技术经济效果。取值偏高，设计的雨水径流量大，将增加建设投资。但在重要地区或短期积水即能造成严重损失的地区，设计重现期则宜取较高值。

2.排水制度

排水制度有两种基本类型：分流制和合流制。

分流制是设置污水和雨水两个独立的排水管道系统，分别收集和输送污水和雨水。工厂排放的比较洁净的废水（如冷却水）可收集送入雨水管道系统。

合流制只有一个排水管道系统，污水和雨水合流。为处理合流制中的污水，需设置污水截流管。

平时，污水通过截流管送入污水处理厂；雨天，超过截流管输送能力的雨水和污水混合通过溢流井溢入水体。

从环境保护、防止水体污染方面考虑，分流制比合流制好，但合流制建设费用较少。中国从1949年以来，新建的城市和旧城市的新建区一般都采用分流制；旧城一般仍用原有的合流制系统，增设污水截流管。

3.排水管道

收集沿途居住区和工厂排出的污水和雨水的排水管道内的水流，通常是凭借管道的坡降重力自流。为减小埋设深度，城市排水管道一般敷设在地势较低处，并尽可能使管道的坡向同地形一致。有时要设置中途排水泵站，将管道内的污水或雨水提升后，再自流输送。雨水通常分散地就近排入水体。

4.排水沟道

排水沟道一般分为干沟、支沟、斗沟等数级，当排水面积较大或地形较复杂时，排水沟道级数可适当增加。它主要用以排水，有时也起到蓄水和滞水作用。通常采用明沟将涝（渍）水自流排入容泄区。但在一些地区，汛期外江水位高于排水区内的沟道水位，涝水不能自流排出，须设置泵站抽排。为了节省排水费用和能源，还要尽量利用排水区内的湖泊、洼地滞蓄一部分涝水。

5.污水处理

城市污水一般采用一级处理或二级处理。一级处理又称机械处理，主要是把污水中易于沉淀的污染物质除去。常用的二级处理是在一级处理后增加生物处理。有危害性的工业废水，如产生易爆、易燃和有毒气体的废水，以及对城市污水的生物处理有抑制作用的废水等，要在工厂内进行预处理，符合标准后才可排入城市排水管道。

城市污水处理厂一般设在城市水体的下游、夏季最小频率风向的上风侧、不受洪水威胁、便于污水利用的地方。污水处理厂与居住区或公共建筑要保持一定的卫生防护距离。

城市排水系统在满足上述设计要点的同时，为了经济技术的优化和改扩建排水系统，我们需要借助现代科学技术的分析方式。

排水建模BIM软件SewerGEMS可以简化建模流程，解决提升容量和限制污水溢流等污水工程问题，并提供了多款用于计划、设计、维护并运营污水及雨污混合系统的高级工程工具。

下面，我们一起来看下SewerGEMS具体能解决城市排水系统的哪些技术问题：

1.分配和估算污水载荷

使用自定义的综合工程库，应用水位图、模式负荷和单位负荷。使用 LoadBuilder 模块可充分利用水耗、水流监控、土地使用或 GTS 中的统计数据，自动评估并导入污水系统模型的污水载荷。

2.分配和估算雨水载荷

使用内置的降雨分布信息或用户定义的降雨事件，加载取决于降水量的潮湿天气径流量模型。使用最合适的径流方法为项目计算径流量。

3.分析水力和雨污混合系统溢流

根据系统类型，在多个求解器之间轻松切换：Saint Venant 方程式、凸起/渐变流量求解器(对极端水流状况和延时模拟进行稳态分析)和推理/渐变流量求解器。

4.分析硫化氢结构

识别网络中受到硫化氢 (H2S) 结构危害的区域，如不加解决可能会造成塌陷。产生平均浓度流量，显示网络结果映射，根据各种条件(如温度)对比硫化氢结构。

5.分析入水口容量

计算雨水径流比例，雨水径流会进入与道路表面排水沟或池塘下游承载的水量比例相对应的入水口。快速确认排水沟的水流量不超过设计要求。

6.建立和管理水力模型

快速启动模型构建流程并有效管理模型，利用并导入几乎所有的外部数据格式，最大限度提高地理信息和工程数据的投资回报，并且自动执行地形提取和节点分配。

7.设计和分析涵洞

从标准涵洞形状、材料和入口条件库中进行选择，然后使用美国联邦公路局水力设计系列 5 号中列出的计算方法计算涵洞河源和尾水高程。

8.设计和分析低影响开发控制装置

为低影响开发控制装置，在拦蓄径流进入雨水系统之前对径流的影响建模。

9.设计和分析池塘与出水口

利用 PondMaker 的引导过程，按照可始终反馈设计进展状况的循序渐进步骤，完成池塘设计中各个易令人混淆混乱的步骤。设置最大流出率、估算蓄水量并检查出水口设计和最终设计。

10.设计污水系统

只需输入设计限制条件即可最大程度减少资本投资：流速、倾斜度、埋深、管道以及匹配偏移量的出入孔。SewerGEMS 在满足设计限制的同时，提供最具性价比的管道大小和管内底标高建议值，避免挖掘不必要的管沟。

11.设计雨水系统

只需输入您的设计限制条件即可最大程度减少资本投资：流速、倾斜度、埋深、管道以及匹配偏移量的入水口。该软件产品在满足设计限制的同时，提供最具性价比的管道大小和管内底标高建议值，避免挖掘不必要的管沟。

12.模拟水质模拟

任意数量的用户定义的污染物(如全部悬浮固体或重金属)的生成、入流、运输和处理。

SewerGEMS软件详情：SewerGEMS | 污水或雨污排放混合系统建模软件

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