2012年注冊公用設(shè)備工程師考試：城市排水體制匯總

3 城市排水系統(tǒng)的體制的研究現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國家,隨著點源污染基本得到有效控制,雨水徑流帶來的非點源污染已成為水體污染的主要因素。如美國約有60%的河流和50%的湖泊污染與非點源污染有關(guān);已實現(xiàn)污水二級處理的城市,水體BOD年負(fù)荷約40%～80%來自雨水徑流[4,5]。我國雨水徑流引起的污染問題也很嚴(yán)重。在太湖、滇池等重要湖泊,非點源污染尤其是氮、磷等營養(yǎng)物的污染已成為水質(zhì)惡化的主要原因之一。雨水徑流攜帶大量污染物排入城市水系也造成嚴(yán)重污染[6,7]。初步的保守估算,城區(qū)雨水徑流污染占水體污染負(fù)荷的比例,目前在北京和上海約占10 %左右。到2010 年的規(guī)劃實施后,城市雨水徑流污染負(fù)荷的比例北京將上升到12%以上,上海將上升至20%左右[8];南水北調(diào)東線工程南四湖流域的非點源污染，其COD和BOD5復(fù)合占總負(fù)荷的15%，而其氮、磷負(fù)荷則占總負(fù)荷49%[9]。

3.1 國外排水體制研究現(xiàn)狀

河湖水系的污染，在很大程度上是排水體制的不合理造成的。事實上,考慮徑流污染物輸送的非連續(xù)性和爆發(fā)性,其污染負(fù)荷所占比例在雨季的短時段內(nèi)會成倍升高,超過點源污染,對城市水體造成沖擊性影響,嚴(yán)重制約城市水環(huán)境質(zhì)量的徹底改善,許多城市暴雨后發(fā)生的水污染事件都是很好的例證。近二三十年間,城市雨水污染在發(fā)達(dá)國家受到廣泛關(guān)注,許多國家對城市徑流污染及控制進(jìn)行了深入的研究,制定了系統(tǒng)的法規(guī)、管理和技術(shù)體系。

60年代，美國就已經(jīng)開始了對城市雨水徑流和合流制溢流(CSO)污染控制的研究，其對600多個城市的排水系統(tǒng)調(diào)查的結(jié)果表明，把直排式合流制改造為截流式合流制與將合流制改造為分流制的投資比為1：3。1972年通過《清潔水法》后，美國環(huán)保局、各州和地方水污染控制機(jī)構(gòu)己經(jīng)采取措施減少排水管道污水的溢流量，同時對雨污混合污水在溢流前進(jìn)行調(diào)節(jié)、處理及處置, 使之溢流后對水體的水質(zhì)影響在控制的目標(biāo)之內(nèi)。例如，美國一些州, 要求在溢流之前就地對混合污水作一級處理, 并限制每個溢流口因超載而未加處理的混合污水溢流次數(shù);如果沒有聯(lián)邦政府授權(quán)或州政府的允許，排水管道的污水不允許溢出。同時，對污染嚴(yán)重地區(qū)雨水徑流的排放作了更嚴(yán)格的要求, 如工業(yè)區(qū)、高速公路、機(jī)場等處的暴雨雨水要經(jīng)過沉淀、撇油等處理后才可以排放。到1983年，針對雨水徑流污染研究開發(fā)出各種技術(shù)和非技術(shù)措施，如城市雨水污染的評價與監(jiān)測;科學(xué)管理城市雨水資源和控制雨水徑流污染的BMP模式(Best management practice);水土流失的控制;雨水滲透和入流控制;CSO及雨水處理技術(shù)等。并于1986年修訂了《水質(zhì)法》(Water Quality Act)來控制非點源污染，使美國環(huán)保局(EPA)開始有效地依法參與城市雨水徑流的管理[10]。

美國環(huán)保局最近調(diào)查顯示，在美國31個州和哥倫比亞地區(qū)，市政處理設(shè)施每年收集、處理并排放的廢水有50萬億m3，而772個合流制排水管道系統(tǒng)每年排放的未經(jīng)處理的雨污水大約為38.64億m3[11]。這些合流制排水管道污水溢出會導(dǎo)致海灘遭受破壞，飲用水源及供水系統(tǒng)受到污染，包括野生動物排泄物造成的病源寄生蟲污染，如隱孢子蟲(cryptosporidium)、賈第蟲(Giardium)等，環(huán)境和公眾健康受到影響，甚至威脅人的生命[12,13]。針對合流制溢流、分流制雨水的污染狀況，采取了相應(yīng)措施，例如改造合流管道，改進(jìn)雨水管道中截污裝置的材料來提高裝置的截污效率。同時，增大原有管道的尺寸、污水廠的處理容積，盡量減少溢流量。亞特蘭大還興建了地下隧道、貯存池與管道相連，雨天時，隧道和貯存池用于貯存過多的雨污水，降雨過后，再將這部分雨污水輸送至污水廠。甚至將貯存池進(jìn)一步改造成帶有礫石床的濕地處理系統(tǒng)，儲存的同時進(jìn)行凈化，但這種系統(tǒng)的維護(hù)管理費用較高[14]。費城在溢流口采用充氣式橡膠堰，可充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)的貯存容積，減少溢流量。據(jù)統(tǒng)計，通過采用這項技術(shù)，費城一場降雨的溢流量可減少70% [15]。

以德國為代表的歐洲國家從八十年代開始重視城市雨水徑流污染的控制。他們不是依賴“雨污分流”的辦法來控制城市雨水徑流污染，而是把重點放到源頭污染控制、削減城市雨水徑流量和其它雨水徑流污染控制的技術(shù)性和非技術(shù)性措施上[16]，在排水系統(tǒng)的上游各子流域內(nèi),將雨水或就地滲入地下,或延長其排放時間,或暫時蓄存,以收到削峰、減流、凈化雨水徑流、補(bǔ)充地下水的效果。其工程設(shè)施有滲塘、地下滲渠、地表透水鋪面、屋面或庭院或停車場的受控雨水排放口、以及各種“干”或“濕”的池塘或小型水庫等。近年來城市雨水徑流管理新系統(tǒng)的研究較多地集中在補(bǔ)充地下水、凈化地表徑流的可滲性雨水排放系統(tǒng)上[17]。例如，西歐國家以及美國一些州要求,新土地開發(fā)規(guī)劃時,必須將開發(fā)所引起的超出原天然狀態(tài)的徑流量,部分或全部就地滲入地下。據(jù)1998年統(tǒng)計，德國共擁有雨水池31044座，總?cè)莘e達(dá)到3314萬m3，平均每人0.404 m3。到2002年，德國已擁有3.8萬座雨水池，其中溢流截留池2.4萬座，雨水截留池1.2萬座，雨水凈化池2000座，總?cè)莘e達(dá)到4000萬m3，平均每座污水廠擁有近4座雨水池[18]。

在對待合流制溢流的問題上，瑞典和德國是兩個典型的傾向于利用雨水池來控制溢流污染的國家。因為認(rèn)識到分流制耗資巨大，合流制改造為分流制影響范圍大，耗時長，技術(shù)上又不足以有效地防止城市雨水徑流對水體的繼續(xù)污染，瑞典在八十年代初就放棄了市政管網(wǎng)雨污分流的思想,而是采用修建雨水入滲和雨水滲透設(shè)施來減緩暴雨徑流，進(jìn)行源頭控制，80年代初，僅居民戶就修建滲透設(shè)施14000余個19]。

日本在八十年代也開展了對城市雨水利用與管理的研究，提出“雨水抑制型下水道”并納入國家下水道推進(jìn)計劃，制定相應(yīng)的政策，己有大量的工程實施。在1992年，日本政府頒布了“第二代城市下水總體規(guī)劃”，正式將雨水滲溝、滲塘及透水地面作為城市總體規(guī)劃的組成部分。本世紀(jì)初，又決定在東京建造大深度地下河道，把雨水有計劃的貯存起來，以減小洪峰流量，并作為中水水源17]。

截流式合流制排水系統(tǒng)因與城市的逐步發(fā)展密切相關(guān)，因而它是迄今國內(nèi)外現(xiàn)有排水體制中用的最多的一種。例如德國、英國、法國、日本的合流制排水管道占排水管道總長度的70%左右，丹麥約占45%，德國科隆市合流制管系甚至占94%。據(jù)考察，日本東京的合流制排水管道也占到了90%以上[19]。

總體來看，近幾十年來，歐美國家對已有合流制排水系統(tǒng)，并不是一味盲目地改造為分流制，而是對原有合流制進(jìn)行改造，并采取相應(yīng)的溢流污染控制措施，同時實施對分流制排水系統(tǒng)污染的控制。這些國家都有他們自己城市發(fā)展的歷史、現(xiàn)實和自然條件，采取相適應(yīng)的排水體制戰(zhàn)略，但走過的彎路或積累的經(jīng)驗，以及對待排水體制采取非絕對而務(wù)實的態(tài)度和一些重大的戰(zhàn)略性決策很值得我國借鑒。

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