小城鎮(zhèn)市政排水系統專項規(guī)劃的探討

席旭軍

(1.同濟大學環(huán)境科學與工程學院，上海 200092;2.上海浦東建筑設計研究院有限公司，上海 201204)

規(guī)劃設計是建設的龍頭，一個科學的、合理的、連續(xù)的、操作性強的城市排水系統專業(yè)規(guī)劃將會為城市排水設施合理、有序建設和穩(wěn)定運營奠定堅實的基礎［1］。常規(guī)而言，排水系統專業(yè)規(guī)劃的編制應包括:(1)規(guī)劃相關區(qū)域資料搜集;(2)確定規(guī)劃范圍和研究范圍;(3)確定排水體制;(4)確定雨水排水模式和規(guī)劃標準;(5)區(qū)域污水量預測和平衡;(6)排水系統布局等內容。

1 規(guī)劃區(qū)域概況

六灶社區(qū)地處浦東新區(qū)中部地區(qū)，為六灶港、規(guī)劃吉秋路、焙灶港、南六公路圈圍的區(qū)域。社區(qū)的功能定位為:居住和生活配套功能的承載區(qū)，承擔迪士尼項目城鎮(zhèn)生活配套功能的重點地區(qū)之一。社區(qū)規(guī)劃范圍總用地約214.23公頃(1公頃 =10 000 m2)，規(guī)劃居住建筑量約165萬m2，規(guī)劃區(qū)總人口為3.5萬人。

2 規(guī)劃的基礎資料

城鎮(zhèn)排水與污水處理規(guī)劃的編制，應當依據國民經濟和社會發(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、水污染防治規(guī)劃和防洪規(guī)劃，并與城鎮(zhèn)開發(fā)建設、道路、綠地、水系等專項規(guī)劃相銜接［2］。從系統工程的角度，城鎮(zhèn)社區(qū)的排水專業(yè)規(guī)劃編制時亦需搜集城市、城鎮(zhèn)等上位的排水系統專業(yè)規(guī)劃，一般上位排水專業(yè)規(guī)劃對城市的排水體制、污水收集和處理等內容進行了明確。同時，還需收集規(guī)劃區(qū)域內的已建排水設施資料，為盡可能利用現有排水設施提供依據。六灶社區(qū)排水系統專業(yè)規(guī)劃是在社區(qū)控制性詳細規(guī)劃、水系規(guī)劃、供水規(guī)劃的基礎上開展的，編制時搜集了上海市、浦東新區(qū)等各級相關排水系統專業(yè)規(guī)劃及社區(qū)內已建、在建雨污水排水管道資料，這為規(guī)劃的編制打下堅實的基礎。

3 確定規(guī)劃范圍和研究范圍

一般排水系統規(guī)劃范圍須與地塊控制性詳細規(guī)劃相一致。但雨、污水排水方式不完全一致，雨水排水往往遵循“短接快排”的原則，經管道收集后直接就近排入水體或經過泵站提升后排入水體;而污水須經管道收集后送往污水處理廠處理后集中排放。故常將包含規(guī)劃地塊的最小的河道圍合區(qū)域、規(guī)劃主干路、規(guī)劃快速路等作為雨水系統研究范圍，將包含規(guī)劃地塊的區(qū)域污水收集干管服務范圍作為污水系統研究范圍。

據此，六灶社區(qū)排水系統專業(yè)規(guī)劃中雨水系統研究范圍為:北至六灶港、東至吉秋路東側紅線外100 m、南至焙灶港、西至紅三港，面積約2.49 km2。區(qū)域污水屬于南匯污水處理廠之機場高速污水總管之六灶污水支線服務范圍，故污水規(guī)劃研究范圍亦與六灶污水支線范圍一致:北至六灶港、東至浦東運河、南至 S32、西至 S2，面積約21.55 km2。兩者均大于規(guī)劃范圍。

4 確定排水體制

城市排水管道系統的體制包括分流制和合流制。合流制是將生活污水、工業(yè)廢水和降水混合在同一個管渠內排除的排水系統。分流制排水系統是將生活污水、工業(yè)廢水和雨水分別在兩個以上各自獨立的管渠內排除的系統［3］。一般新建污水收集、處理設施比較完善或新建地區(qū)采用分流制排水系統。規(guī)劃六灶社區(qū)所在區(qū)域的污水處理廠、收集總管等均較完善，且地塊為新建排水系統，故選擇雨污分流制。

5 確定雨水排水模式和規(guī)劃標準

5.1 雨水排水模式

根據《上海市城鎮(zhèn)雨水排水系統專業(yè)規(guī)劃》，城市化地區(qū)目前較多采用的排水模式有兩種，即城市小區(qū)強排水模式和城市自流排水模式。

城市小區(qū)強排水模式適用于水面率低、水系不發(fā)達的地區(qū)，市中心城基本上都采用這種模式。強排模式排水標準高，安全性強，但系統泵站和總管往往須同步建成，一次性投入高，后期運營養(yǎng)護費用也較大。城市自流排水模式則適用與河面率較高、河網分布均勻、臨江臨海、地面與河道最高水位的落差能夠滿足雨水自排，地面高程要求相對較高的地區(qū)。自流排水模式往往“化整為零”，就近直排水體，因此可與地塊開發(fā)分片同步建設，一次性投入和養(yǎng)護成本均較低，但排水安全性較差。

本次規(guī)劃地塊雨水采用自排，主要原因有以下2點:

(1)根據水系專業(yè)規(guī)劃，六灶社區(qū)內有規(guī)劃保留河(湖)9條(個)，分布均勻，間距約200～500 m，規(guī)劃水面積率較高，約11%，雨水自排條件較好。

(2)社區(qū)內絕大部分地塊現狀地面高程4.4～4.70 m，如圖1所示，區(qū)內河道最高控制水位為3.75m，滿足自流排放條件。

5.2 規(guī)劃標準

雨水管渠采用滿流設計，設計管徑由雨水設計流量確定。采用推理公式法計算雨水設計流量:

式中:Q—雨水設計流量，L/s;

F—匯水面積，hm2;

Ψ—徑流系數;

q—設計暴雨強度，L/s·hm2。

上海地區(qū)設計暴雨強度公式:

式中:P—設計重現期;

t—降雨歷時，min。

式中:t1—地面積水時間t1=10～15(min);

t2—管內雨水流行時間，min。

因此與雨水管徑相關的參數主要為:暴雨重現期及徑流系數。

(1)徑流系數計算

匯水面積的綜合徑流系數應按地面種類加權平均計算。根據六灶社區(qū)控制性詳細規(guī)劃，社區(qū)內用地以居住用地為主，輔以公共設施、道路廣場、綠地、水域等用地。徑流系數計算如表1所示。

表1 六灶社區(qū)徑流系數計算表Tab.1 Table Liuzao Community Runoff Coefficient

經加權平均計算，綜合徑流系數采用Ψ=0.599，取 0.60。

(2)暴雨重現期

根據最新修訂的《室外排水設計規(guī)范》(2014版)，雨水管渠設計重現期，按表2規(guī)定取值。

本次規(guī)劃的六灶社區(qū)位于上海外環(huán)線以外區(qū)域，屬于非中心城區(qū)。綜合考慮匯水地區(qū)性質、城鎮(zhèn)類型、地形特點和氣候特征等因素，暴雨重現期取2年。

表2 雨水管渠設計暴雨重現期［4］Tab.2 Rain Water Pipe Design Rainfall Recurrence Interval

6 區(qū)域污水量預測和平衡

6.1 污水量預測

污水量預測方法有按用水量折減預測法、分類預測法和城市單位建設用地綜合污水量指標法等。本規(guī)劃分別按用水量折減預測法和按分類預測法預測污水量(如表3)。

(1)按用水量折減預測法

根據《浦東新區(qū)川沙新鎮(zhèn)六灶社區(qū)供水系統專業(yè)規(guī)劃》，該地區(qū)規(guī)劃最高日給水量為12 500 m3/d，按日變化系數1.3折算規(guī)劃平均日給水量為9 615.38 m3/d，扣除12%管網漏失，規(guī)劃平均日給水量為8 585.16 m3/d，規(guī)劃平均日污水量按平均日給水量的90%計，約為7 726.64 m3/d。另考慮10%的地下水滲入量，則污水量為7 726.64×1.1≈8 500 m3/d。

表3 按分類法預測的污水量表Tab.3 Quantity of Sewage According to the Classification Prediction

(2)按分類預測法

根據兩種計算方法預測的規(guī)劃污水量取較大者，為 8 500 m3/d。

6.2 區(qū)域污水量平衡

常規(guī)污水管道分級原則為:污水總管←污水支線←污水收集干管←污水收集支管。污水的最終出路是通過城市污水總管納入污水處理廠處理后排入水體。因此，如何納入城市污水收集總管是污水排水規(guī)劃需要解決的問題之一。由于缺乏各地塊控制性詳細規(guī)劃，城市污水總體規(guī)劃僅能明確某一地塊大致預測污水量及所屬污水總管、支線、干管等。而地塊用性質、容積率等指標發(fā)生變化，前期預測往往不能滿足新的需求，特別是污水量。因此，地塊污水規(guī)劃編制時須對原支線或收集干管服務范圍內的污水量進行復核。若新的污水量超出城市污水總體規(guī)劃中的污水量，則須進行區(qū)域污水量的重新平衡。

根據《浦東新區(qū)污水處理系統專業(yè)規(guī)劃(報批稿)》(2013)，浦東新區(qū)污水系統由四個片區(qū)組成:竹園污水系統、白龍港污水系統、南匯污水系統和臨港新城污水系統(如圖2)。區(qū)域污水處理系統總體布局為“4片、4廠、8總管、72支線”。根據新區(qū)污水處理系統專業(yè)規(guī)劃，川沙新鎮(zhèn)六灶社區(qū)位于南匯污水系統中北部，屬于南匯污水片區(qū)中機場高速污水總管之六灶污水支線服務范圍。

圖2 南匯片區(qū)現狀污水總管示意圖Fig.2 Sketch Map of Nanhui Area Status of Sewage Main

六灶污水支線服務范圍東至浦東運河，西至滬蘆高速S2，北至周祝公路，南至機場高速，服務面積約24.2 km2。支線的兩條污水收集干管均已建成，分別位于南六公路和大川公路。位于南六公路的污水收集干管管徑為φ600～φ800，經六灶泵站提升后按納入機場高速污水總管，污水泵站規(guī)模1.4萬m3/d;位于大川公路的污水收集干管管徑為φ600～φ1 000，重力流直接接入機場高速污水總管。上述兩條已建收集干管最大排水能力約5.98萬m3/d，數據表4所示。

表4 現狀六灶污水支線最大排水能力Tab.4 Current Situation of Sewage Drainage Capacity of the Largest Liuzao Extension

六灶污水支線原規(guī)劃污水量約3.7～4.0萬m3/d，根據最新污水量計算標準污水量規(guī)模約7.89 m3/d。故需對區(qū)域污水量進行重新平衡，為多出的1.91萬m3/d污水尋求新的出路。根據《浦東新區(qū)污水處理系統專業(yè)規(guī)劃》，六灶污水支線服務范圍以南為三灶污水支線、東為遠東大道污水支線、西為橫新污水支線、北為南六污水支線度假區(qū)分支線及七灶分支線。但區(qū)域污水向南需穿越機場高速(S32)、向東需穿越浦東運河、向西需穿越滬蘆高速(S2)，均不合理。因此，規(guī)劃考慮將部分區(qū)塊劃入北側南六污水支線之度假區(qū)分支線，該支線尚未建成，有接納不同區(qū)域污水量的能力。

結合區(qū)域內河道分布、已建污水收集干管管底高程，將原六灶污水支線服務范圍以宣六港、縱二河分為三個地塊，如表5、圖3所示。宣六港以西區(qū)域污水經六奉公路向北納入六灶污水支線度假區(qū)分支線，宣六港、縱二河間污水就近排入南六公路污水收集干管;縱二河以東地塊污水排入大川公路污水收集干管。

表5 各地塊污水量及出路Tab.5 Each Block Sewage Quantity and the Way Out

圖3 區(qū)域污水量平衡示意圖Fig.3 Regional Water Balance Diagram

7 排水管線布局

雨水管渠的布置應充分利用地形，就近排入水體;管道布置時應充分考慮規(guī)劃地塊地面高程、規(guī)劃區(qū)域內的河道常水位、最高控制水位等。根據最不利水位標高，地面高程控制應遵循有水力坡降線形成的規(guī)劃最大暴雨時的水位等高線，從離河道最遠處(若四面臨河，最遠處為地塊中部)依次向河道遞減，也即從河邊向地塊中間逐步抬高地面高程，而不需全面抬高(如圖4、圖5)。六灶社區(qū)河道常水位為2.50 ～2.80 m，預降水位2.0 m，最高控制水位為3.75 m。規(guī)劃的六灶社區(qū)內共有7個河道圍合地塊，河道間距為200～950 m。規(guī)劃最長雨水管道長度為470 m，經計算，建議最不利點處地面高程應控制在4.30 m以上。

圖4 管道水力坡降圖Fig.4 Pipeline Hydraulic Gradient Map

圖5 雨水管線布置圖Fig.5 Water Pipeline Layout

污水管網定線時，應充分利用地形，盡可能順坡排水，減少管道埋深，還應結合現狀與規(guī)劃路網情況，如圖6所示。

圖6 污水管線布置圖Fig.6 Sewage Pipeline Layout

8 結語

隨著《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》的發(fā)布，各地城鎮(zhèn)化步伐將逐步加速。在現代城市整體規(guī)劃中，排水系統規(guī)劃是一項十分重要的工作內容。城市排水規(guī)劃是否合理、完善，直接關系著城市的經濟建設和人民的基本生活需求。在規(guī)劃與設計城市給排水系統時要善于發(fā)現問題，并妥善處理好城市發(fā)展中可能面臨的排水問題。高質量地編制好城市給排水規(guī)劃，不僅是排水工程規(guī)劃與設計自身的需要，而且是城市面向未來，走上可持續(xù)發(fā)展之路的保障。

［1］董力.新型城市排水系統規(guī)劃設計研究［J］.科技咨詢，2012，13(4):36.

［2］《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》(國務院令第641號)［Z］.2013.

［3］孫慧修，郝以瓊，龍騰銳.排水工程(上冊)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［4］GB 50014—2006，室外排水設計規(guī)范［S］.