探究節(jié)能技術(shù)在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用

方宇 王燁冬 陸頌

（1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010；2.重慶市渝山水資源開發(fā)有限公司，重慶 402760）

現(xiàn)階段我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，各行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谫Y源的需求量也不斷增加，在資源總量有限的情況下，必須要通過貫徹節(jié)能理念來實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。近年來，我國加大城市化建設(shè)步伐，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，市政給排水工程尤為重要，在城市建設(shè)規(guī)劃要求不斷提高的背景下，給排水建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求也不斷提高。當(dāng)前，美麗城市、低碳城市的觀念深入人心，城市建設(shè)過程當(dāng)中越來越強(qiáng)調(diào)節(jié)能理念與節(jié)能技術(shù)的引入和應(yīng)用，因此，在市政給排水工程設(shè)計中，也應(yīng)該關(guān)注節(jié)能技術(shù)的積極引入，堅持低碳環(huán)保，綠色可持續(xù)發(fā)展方向。市政給排水工程，作為城市建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模比較大，對于各種資源以及材料的消耗量比較大，為此，必須要高度重視市政給排水設(shè)計，正視現(xiàn)階段市政給排水設(shè)計存在的問題，并采取有針對性的解決方案，積極引入節(jié)能技術(shù)，關(guān)注市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境平衡，保障城市健康發(fā)展。

1 市政給排水設(shè)計概述

近些年來我國城市建設(shè)發(fā)展速度非常快，與此同時，城市環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，已經(jīng)形成了較大的水資源危機(jī)。在市政給排水系統(tǒng)設(shè)計中，必須要對水資源的高效合理利用進(jìn)行科學(xué)考慮。應(yīng)該結(jié)合實際情況利用城市水資源，挖掘城市水資源潛能。由于城市水資源分布比較廣泛，在進(jìn)行給排水設(shè)計時，應(yīng)該給予水資源配置充分的關(guān)注。在市政排水設(shè)計中，需要注意以下幾個方面的問題：一方面是污水設(shè)計。在排水系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)過程中，應(yīng)該充分考慮城市污水的問題，協(xié)調(diào)污水廠的處理能力與污水排放量；另外一方面，目前城市不透水面積不斷增大，必須通過先經(jīng)濟(jì)方法與技術(shù)的應(yīng)用來提高雨水入滲率，以避免出現(xiàn)“水浸街”的情況。除此以外，在市政排水系統(tǒng)設(shè)計過程中，對管道材料質(zhì)量、施工工藝等應(yīng)該給予充分的考慮，設(shè)計合理科學(xué)的排水體系，以確保能夠得到較為科學(xué)合理的設(shè)計數(shù)據(jù)。雖然我國水資源總量比較豐富，但在人口基數(shù)龐大的情況下，人均水資源擁有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，對此，為了保證水資源的可持續(xù)利用，就必須將節(jié)能技術(shù)引入市政給排水設(shè)計中。

2 現(xiàn)階段市政給排水設(shè)計中存在的主要問題

從當(dāng)前我國市政給排水設(shè)計施工的實際情況來看，主要存在以下幾個方面的問題。

2.1 節(jié)能減排意識不足

從當(dāng)前市政給排水設(shè)計來看，節(jié)能意識不足是一個突出的問題，主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，一部分市政給排水設(shè)計人員在傳統(tǒng)設(shè)計理念的制約下，以及片面迎合施工單位的要求，而沒有重視市政給排水工程節(jié)能減排的需要；另一方面，市政給排水工程施工過程當(dāng)中，有一些施工單位為了片面追求施工效益，降低施工成本，從而不愿意在給排水設(shè)計施工方面引入節(jié)能技術(shù)。節(jié)能減排意識不足，導(dǎo)致市政給排水設(shè)計沒有綠色可持續(xù)發(fā)展理念，這與當(dāng)下我國城市化建設(shè)的相關(guān)要求背道而馳。

2.2 設(shè)計缺乏協(xié)調(diào)性

當(dāng)前，我國城市化建設(shè)可謂是日新月異，不同的工程領(lǐng)域有著不同的施工標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，而很多工程施工都會對給排水設(shè)計造成影響。從當(dāng)前市政給排水施工設(shè)計來看，往往欠缺對城市整體市政設(shè)施的全方位考慮，尤其缺乏前瞻性，沒有能夠和其他類型的建設(shè)有機(jī)銜接起來，從而存在設(shè)計不協(xié)調(diào)的問題，這樣的設(shè)計方案往往會導(dǎo)致排水不暢，引發(fā)環(huán)境污染等問題，甚至埋下較大的安全隱患?，F(xiàn)階段城市工程類型多種多樣，施工非常頻繁，就市政工程給排水系統(tǒng)進(jìn)行改造以及設(shè)計時，常常會受制于經(jīng)濟(jì)投資，因此欠缺長遠(yuǎn)的考慮。例如，在對，雨水管道的設(shè)計方案中，存在徑流計算不準(zhǔn)確、管材質(zhì)量不達(dá)標(biāo)以及管道敷設(shè)不合理等多個方面的問題，污水管道沒有安裝好相關(guān)的處理設(shè)施，從而給污水處理廠造成極大的壓力和負(fù)擔(dān)，容易給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前我國許多市政工程項目建設(shè)都是根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃方案來實施的，但很多城市發(fā)展規(guī)劃實際上具有滯后性，沒有與時俱進(jìn)，對其中的一些內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，但城市發(fā)展的步伐不斷加快，城市人口規(guī)模也不斷增加，原本的規(guī)劃方案可能逐步出現(xiàn)不合理之處，沿用過去的設(shè)計方案，自然難以滿足現(xiàn)實需要。由于城市規(guī)劃設(shè)計的長遠(yuǎn)方案同現(xiàn)實情況不符合，也增加了市政給排水設(shè)計的難度。

2.3 市政給排水管網(wǎng)運(yùn)行存在異常

給排水管網(wǎng)運(yùn)行存在異常情況的主要原因包括管材質(zhì)量不過關(guān)，管道長時間使用出現(xiàn)老化以及長期超負(fù)荷運(yùn)行、敷設(shè)不合理等等，由于這些問題的存在，直接導(dǎo)致了水資源的損失，同時也影響了供水水質(zhì)，降低了供水的品質(zhì)。我國有很多老城區(qū)的供水管道使用年限比較久，管道長時間的負(fù)荷比較重，長期處于超限運(yùn)行的狀態(tài)，再加上原本落后的材質(zhì)，導(dǎo)致管道出現(xiàn)嚴(yán)重的漏水等問題，不僅直接造成了水資源的浪費(fèi)。同時，管道發(fā)生破損，，在后續(xù)的水資源傳輸過程當(dāng)中，水流就會滲入到周圍的土壤當(dāng)中，不僅導(dǎo)致管道銹蝕，縮短管道的使用年限，甚至還可能引發(fā)路基塌陷等嚴(yán)重的后果。除此以外，還存在管道敷設(shè)不合理的問題。在市政給排水工程施工過程當(dāng)中，由于沒有進(jìn)行全方位的施工監(jiān)管，導(dǎo)致施工過程中存在管道材料不合格以及管道敷設(shè)施工不標(biāo)準(zhǔn)等情況。例如，主管道埋設(shè)深度不夠，從而導(dǎo)致支管道中的水匯入困難，由此增加了支管道的承受壓力，直接造成管道損壞。除此以外，在一些老城區(qū)的常見雨污合流管段，常常存在管段破損、污水滲漏的問題，對城市環(huán)境造成極其不良的影響。

3 市政給排水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用策略（如圖1所示）

圖1 市政給排水系統(tǒng)

3.1 進(jìn)行科學(xué)的給排水設(shè)計規(guī)劃

每個城市發(fā)展的情況不同，在市政給排水設(shè)計中也需要因地制宜，采取科學(xué)合理的設(shè)計方案。在規(guī)劃設(shè)計過程當(dāng)中，為了踐行可持續(xù)發(fā)展理念，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，就必須在不違背城市整體規(guī)劃的情況下進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。具體而言，可以采取以下幾方面策略：首先，對水系統(tǒng)必須進(jìn)行全面科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計。充分利用好水管道中的水，如果管道壓力足夠，那么就不需要進(jìn)行加壓；其次，可采取加壓供水和直接供水的分區(qū)供水模式；再次，對污水量必須進(jìn)行科學(xué)的預(yù)估。在當(dāng)前城市快速發(fā)展的背景下，城市人口的規(guī)模不斷增加，與之相對應(yīng)的是排水量規(guī)模的不斷擴(kuò)大，因此，在給排水設(shè)計過程中，應(yīng)該科學(xué)預(yù)估污水排放量，合理規(guī)劃管道敷設(shè)，以避免因污水排放量過大，而導(dǎo)致管道負(fù)荷超限引發(fā)破裂等情況。最后，針對洪澇災(zāi)害要提出預(yù)處理措施。具體可根據(jù)城市多年來的規(guī)劃以及洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)，對城市汛期進(jìn)行提前合理預(yù)估，并設(shè)計好災(zāi)害預(yù)處理方案，以確保在洪澇災(zāi)害發(fā)生時，城市排水系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，從而避免內(nèi)澇現(xiàn)象。

3.2 有效降低管道漏損率

管道是市政給排水設(shè)計中使用量非常大的一種材料，管道出現(xiàn)漏損現(xiàn)象，不但會影響其功能的正常發(fā)揮，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，同時還可能埋下一定的安全隱患，因此必須要引起足夠的重視。為有效降低管道漏損率，融入節(jié)能設(shè)計理念，就必須做好以下幾方面工作：首先，在給排水設(shè)計過程中，對于管材以及接口應(yīng)該進(jìn)行合理選擇，確保管網(wǎng)壓力以及水量分配能夠得到優(yōu)化，從而使管道不會承受過載壓力，能夠有效降低管道發(fā)生破損等的幾率。另外，在市政給排水設(shè)計中，在新建給水管道時，應(yīng)該選擇品質(zhì)達(dá)標(biāo)、符合國家相關(guān)要求的管材，采用高度較好且不易生銹的管道材料，例如球墨鑄鐵管、聚乙烯管材等。除此以外，設(shè)計人員還要注意，對供水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，水源一旦發(fā)生改變，要根據(jù)平差等手段來對供水管道的壓力以及管徑進(jìn)行合理化設(shè)計，以避免管道長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，從而導(dǎo)致管道漏損，影響其正常使用。除此以外，在市政給排水設(shè)計當(dāng)中還可以積極建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧水務(wù)”平臺等，針對供水管網(wǎng)進(jìn)行更加有針對性的管理，通過在不同管理區(qū)域的進(jìn)出水管上安裝流量計，就可以對管道漏損情況有較為全面的把握和監(jiān)測。比如，當(dāng)在某次檢測中出現(xiàn)流量同平時流量相比差距比較大的情況，就可以快速發(fā)現(xiàn)管道漏損問題，并查找相應(yīng)部位，及時進(jìn)行堵截維修。

3.3 合理應(yīng)用中水系統(tǒng)

我國水資源總量儲備豐富，但由于人口基數(shù)龐大，城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，因而水資源消耗量巨大，再加上水資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，因此貫徹落實可持續(xù)發(fā)展理念，使水資源節(jié)約深入人心非常重要。所謂中水指的并不是受到嚴(yán)重污染的水資源，這類水資源雖然不是純凈水資源，但仍然可以進(jìn)行合理化利用。例如，廁所用水量比較大，如果使用純凈水資源，必然會造成極大的資源浪費(fèi)，而應(yīng)用中水就能夠一定程度上實現(xiàn)資源節(jié)約。所謂中水回用系統(tǒng)，實際上就是將城市生活污水或者是工業(yè)廢水經(jīng)過，深層次的技術(shù)處理之后，使其中的一些有害有毒物質(zhì)被很好地去除，凈化之后，從而滿足國家相應(yīng)的“雜用水”標(biāo)準(zhǔn)，在生活中同樣能夠發(fā)揮其利用價值。在城市給排水設(shè)計中，合理應(yīng)用中水回用系統(tǒng)，不但能夠解決污水排放的問題，同時能夠通過水資源的循環(huán)利用，極大減少水資源的浪費(fèi)。中水系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢在于水資源的循環(huán)利用，這對于減少水資源浪費(fèi)，踐行水資源節(jié)約理念至關(guān)重要。

3.4 做好積水管道壓力管控

在給排水管道中，水的流動存在著一定的壓力，如果這種壓力在適宜范圍內(nèi)，那么對于給排水管道的影響并不大，如果這種壓力超過了管道所能夠承載的負(fù)荷，那么便很容易造成管道破損。因此，在市政給排水設(shè)計中，關(guān)注積水管的壓力管控也是非常必要的。對于水量壓力比較小的情況，可以不用做特殊處理，直接供水即可。而對于城市高層用戶，由于水壓比較大，因此往往要采用二次加壓方式進(jìn)行供水，以盡可能降低水壓對管道造成的不良影響。

3.5 科學(xué)敷設(shè)管網(wǎng)

從影響給排水工程造價的各種因素來看，管道管材以及埋深是其中的重要影響因素。一般情況下，要盡可能避免進(jìn)行雨水以及污水管道的長距離敷設(shè)，并要控制好其埋設(shè)深度，以此才能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排，貫徹節(jié)能理念。在進(jìn)行污水以及雨水的管道布置時，可盡量將其布置在非機(jī)動車道下方，進(jìn)行單側(cè)或者雙側(cè)平行布置。在市政給排水污水設(shè)計中，對于比較偏遠(yuǎn)的城市郊區(qū)周圍缺乏污水處理設(shè)備的情況下，可以考慮增加小型污水處理設(shè)備，以避免污水進(jìn)行長距離輸送造成成本增加。處理設(shè)備的選用既要考慮到其應(yīng)用質(zhì)量，同時也要考慮到能耗問題，盡可能選用低耗能的設(shè)備。此外，還可以充分運(yùn)用先進(jìn)的人工智能技術(shù)，對進(jìn)出水水量以及水質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，精細(xì)化控制加藥系統(tǒng)，以盡可能減少能源損耗以及藥耗，達(dá)到污水處理低碳運(yùn)行的目的。在市政雨水排水設(shè)計中，應(yīng)該積極引進(jìn)“海綿城市”理念，“海綿城市”具有良好的適應(yīng)彈性，下雨時能夠?qū)崿F(xiàn)吸水、蓄水以及凈水，在需要時又可以將蓄水“釋放”利用，對于保護(hù)城市生態(tài)平衡而言具有重要意義。通過統(tǒng)籌設(shè)計雨水花園、景觀水池、生態(tài)樹池、生物滯留池、下沉廣場等LID設(shè)施，充分利用截留、下滲的方式，來降低城市汛期雨水徑流，以避免出現(xiàn)城市內(nèi)澇問題，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目的。

3.6 合理利用可再生能源

市政給排水工程是一個系統(tǒng)化、綜合化的大型工程，在工程設(shè)計的過程當(dāng)中，貫徹落實節(jié)能減排理念，不僅僅要控制好水資源能耗，同時還要盡可能實現(xiàn)對其他可再生資源的高效利用。太陽能作為一種可再生能源，同時也是一種清潔能源，不會對生態(tài)環(huán)境造成污染。因此，在市政給排水設(shè)計過程中也可以考慮利用太陽能，來為給排水工程運(yùn)轉(zhuǎn)提供相關(guān)的能源支持。當(dāng)然，還有其他很多新型能源，同樣也可以應(yīng)用到市政給排水工程建設(shè)中。隨著相關(guān)技術(shù)不斷成熟，未來將會有更多可再生能源用于市政給排水工程建設(shè)，能夠大力促進(jìn)節(jié)能減排工作的開展。

3.7 應(yīng)用雨污分流制系統(tǒng)

在市政給排水設(shè)計過程中，可應(yīng)用雨污分流制系統(tǒng)，也就是將雨水以及污水進(jìn)行分門別類的收集輸送以及排放，雨水主要排放的城市河流以及其他城市水體中，而污水則要集中運(yùn)輸?shù)奈鬯幚韽S站。進(jìn)行雨污分流設(shè)計，其主要目的在于降低城市污水處理廠的處理壓力，確保污水處理效率和污水處理量，以實現(xiàn)污水處理的碳排放控制目的。同時這樣做也有利于降低污水處理廠的處理成本，實現(xiàn)節(jié)能目的。針對市政工程中的雨水管道，可根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式，劃分徑流分區(qū)并進(jìn)行科學(xué)的計算設(shè)計。在道路兩側(cè)可預(yù)留用戶井，其目的是為周邊用戶支管集中接入提供便利。此外，要注意，市政污水管道的檢查井間距不能設(shè)置過長，否則便不利于進(jìn)行清淤，增大相關(guān)工作負(fù)擔(dān)和成本。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然從整體上看我國資源總量比較豐富，但是不可再生資源的總量是有限的，而在長時間的開發(fā)利用中，資源總量會不斷減少，人均資源占有量越來越少，這必然不利于社會的可持續(xù)發(fā)展，也不利于現(xiàn)代化城市建設(shè)。當(dāng)前我國能源緊缺問題越來越突出，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了不良影響，因此，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程當(dāng)中，必須要積極融入新的理念。市政給排水設(shè)計應(yīng)該充分關(guān)注節(jié)能因素，應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，只有這樣才能夠盡可能減少水資源浪費(fèi)，提高水資源利用率，以使市政給排水工程創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。從市政給排水設(shè)計的現(xiàn)狀來看，還存在資源節(jié)約意識不足、欠缺系統(tǒng)化規(guī)劃的問題，對此，有必要針對相關(guān)問題引進(jìn)節(jié)能技術(shù)，盡可能提高市政給排水設(shè)計的合理性和科學(xué)性，減少市政給排水工程的能源消耗與建設(shè)成本，推動我國城市健康可持續(xù)發(fā)展。