城市给排水系统的设计现状及问题分析
“城市水系统”主要包括水源系统、用水系统、给水系统、排水系统、回用系统和雨水系统，但现阶段由于缺乏城市给排水系统的整体规划和设计，从而导致现有水资源消耗过大，规划中出现的一些问题已经严重威胁了城市给排水系统，乃至城市系统的可持续发展。学术之士一再说明，给排水系统如何的又进了一步，可是每年各地出现的“海景城市”不得不让我们认清事实，我做的还远远不够，还有很多问题等着我们去解决。这要求我们在新的历史条件下做好城市市政给排水规划设计，认真思考与解决现存的问题，寻求城市水资源的合理利用。
在城市经济建设发展的过程中，城市给排水系统对于居民生活以及工业生产对于给排水的需求是不可缺少的，一个良好的城市给排水系统能够促进城市经济建设与社会环境的可持续发展，相反，则必然会导致一切生活、生产的秩序混乱。目前，随着城市化率的提高，城市给排水工程滞后，给水不足、排水不畅还困扰着许多城市的发展以及城市功能的发挥。去年夏秋之交，北京、武汉、成都等地暴雨后排水不畅暴露了我国城市给排水系统建设和管理中所存在的深层次问题，从而引起了理论界的广泛探讨。因此，对于城市给排水管网的优化配置、新建，包括对现有设施的改建、扩建及完善的要求已日益迫切。
一、城市给排水系统现阶段存在的问题
（1）市政给排水工程规划设计滞后，应对突发事件能力不足：城市给排水系统面临的突发事件主要有爆管、污染和泄洪三种情况。在这三种突发事件中，发生频率最高的是爆管，爆管之所以会频繁发生，除了前述的材质特性、管道老化和管道上方压力过大等原因外，给排水系统档案资料不全，道路和建筑物施工方无法准确掌握地下管线情况，随时可能会发生施工爆管和施工机械辗轧爆管安全事故。在市政道路排水工程设计过程中，给排水工种处于配合地位，影响了城市给排水规划科学化的发展。往往出现道路要求快速建设，造成了排水工程规划没有编制，一些排水工程往往不能与道路工程同期施工；有的虽然设计完成后，排水工程规划由于相关原因需要修改，许多工程项目未能按照规划进行建设，规划的指导意义也没有得到真正体现，造成了工程需要再次改造。
（2）规划的科学依据不足：城市水系统规划的基础性工作主要包括各类指标、标准、基础数据和分析工具，其中水量预测和水平衡分析是核心工作。目前，我国的水量预测工作主要是参照《城市给水工程规划规范》(GB50282-98)中有关规定，但我国不论在国家还是在区域层次上都缺乏对用水工艺、各种用水器具和用水行为的详实系统监测，缺乏对新型用水技术替代规律和扩散规律的基础研究，缺乏对多种用水信息的综合性和结构性分析。
（3）排水体制规划混乱、排水体制的不合理：表现在重城镇建筑物规划城市工程管线规划，重道路工程建设轻工程管线配套；在工程管线设计中往往缺乏战略规划。管理人员责任不清，加之相关法律法规不够健全，对排水设施存在的问题以及发生的新问题都不能及时解决。另外传统的防洪和排水设施设计中，强调采用分流制排水体制将雨水和污水尽快排出城市，但忽视了城市径流面源污染的控制和雨水资源的利用。随着流域整体水质的逐步改善，城市随机性暴雨径流和突发排放事件引起的对水体生态系统的冲击，已日益成为流域污染控制的主要内容。
（4）传统的给排水专业不能满足市场的需要由于城市给排水规划设计技术参数多、不定因素多，且具有交叉学科的特点，这使城市给排水规划的难度大大增加，刚从传统的给排水专业毕业的学生，因受知识结构的限制，不能进行宏观的分析论证，不适应城市规划多学科、多层次的分析论证要求，远不能满足城市给排水规划设计的需要。
二、城市给排水系统设计规划问题的原则
（1）城市水系统规划要与城市规划的协调：城市水系统规划是对一定时期内城市的水源、供水、用水、排水、污水处理等子系统及其各项要素的综合布置。城市用水规划的总量平衡非常重要，必须优化组合各种可行的节水、水回用等方案。要做到这些，首先要了解城市水利用规划，加强城市总体规划中的水专项规划，按照水的可持续发展观念编制城市水利用规划，内容应包括：地面水、地下水、雨水和海水等水资源平衡；供水、排水和污水再生利用等总量平衡；供水节水规划和污水处理与再生利用规划；水的生态循环规划；各类水工程设施的规模和布局等。对当前我国的城市水系统建设中普遍出现的规划不协调、建设不配套、管理不统一等问题，规划中要特别注意管网配套和供水、排水及污水处理能力的协调增长，确定规划期内水系统及其网络设施建设的规模、详细布局和运行管理方案。
随着城市化的发展，给排水系统已经不是一个孤立的城市建设系统，成为了城市建设和规划的一个重要组成部分，并在促进城市的可持续发展和民生福祉等多方面有着重要的意义。因此，城市给排水系统设计人员要深入了解城市整体发展规划，使设计方案与城市整体规划相协调。随着城市的发展，景观建设已经成为了城市基础建设不可分割的一部分，这就要求在进行给排水设施设计和安排时，也必须考虑排水设施与道路景观的兼容性。例如，对于人行道上的井盖可考虑采用与人行道景观协调装饰井盖。
（2）加强水量规模预算：水量预测是给水规划的基础，水量规模预测是否符合发展趋势和实际需要，对水资源的工程总体布局、合理利用、实施步骤和工程费用产生重大影响。国家标准《城市给水工程规划规范》是测算城市总用水量规模的主要依据，具体包括：总体规划阶段给水水量预测；总体规划阶段污水水量预测；分区规划阶段及专业规划给水、污水量预测；详细规划阶段给水、污水量预测。改革开发以来，工业生产、城市建设、住宅建设、第三产业迅速发展，使供水量也不断增长。作为城市基础设施之一的供水量的增长规律也将与过去不同，水量预测就不能仅按历史的发展计算，还要根据具体的城市规划对不同类型用水量分别进行预测分析。
（3）城市给排水系统应当向可持续性方向发展：自然界的水是循环的，给水和排水是统一的，人类社会对水的使用应服从这一过程。在用水之后，必须对水进行再生处理，使水质达到自然界自净能力所能承受的程度，否则累积的大量污染物将超过水环境的容量，从而导致水资源危机和水污染现象，最后破坏水的良性循环，不利于城市的可持续发展。控制城市给排水系统向可持续性方向发展的途径有：
①在城市水系统中增加节水子系统；
②在城市水系统中增加治污子系统；
③在城市水系统中增加再生水回用子系统。加强节水、治污和再生水回用力度，重视再生水、中水等非传统水资源利用，是促进城市给排水系统良性循环，实现城市水资源可持续发展的关键。
④完善各项法规根据我国当今给排水体制规划混乱的现状，应通过行政立法，完善相关法规，建立明确的给排水工程建设及管理职责制度和相关体系，明确管理权限，形成规划、建设、维护、监督各部门明确的权利、职责和监管机制。
三、针对我国城市给排水系统的优化措施
城市给排水是一个系统工程，在给水方面，主要体现在水源及其保护，区域水资源平衡及区域供水规划：在排水方面主要是防洪排涝规划设计以及河网区域污染控制，它要求系统设计必须有开阔的眼界与系统创新的思维。
1、给排水管线布局的优化
给排水管网的设计要符合区域及城市总体规划的要求，充分考虑系统的可扩展性。在设计上还要兼顾水系统维护、检修的方便，尽量做到线路简短和高效，管网尽量设计为环状结构，并进行环、枝结合。配水管网宜布置成环状，供水要求不高时，可为树枝状，等到将来城市发展带动用水量增加时，再连接成环状。
2、对现有管网进行优化改造
随着城市规模的不断扩张，对老旧管网有计划地进行改造是城市给排水系统经常面临的课题，当管道上方由人行道变为车行道时，必须重新计算管线的埋藏深度指标，在可能的情况下还可以考虑对管线进行迁移处理，以避开管线上方道路和高层建筑的压力。当前城市给排水工程出现的质量问题绝大多数是由给排水管道材料所导致。这就要求对老旧管网进行改造时，尽可能用承压力强、抗腐蚀的建议选用承压力强的金属管及钢塑复合管替代原有的镀锌钢管及灰口铸铁管等，以减少爆管的可能性。
3、给排水系统应急处理能力的优化
针对频繁发生的爆管现象，应当加强给排水系统信息化建设，为工程施工提供最新的管网信息，及时预警和防范由于施工原因导致的爆管事故的发生。针对泻洪能力不足的问题，要积极采用高技术手段，科学测算本地最大降水量，综合考虑市政管网排水能力，调整排水管道标准系数，提高泄洪能力。针对水污染问题，有必要建立严密的监测系统，准确统计城市污水管道负荷，及时发现管道淤积和渗透泄漏，预防重大污染事故发生。对于给水系统，设置备用取水源。对于人口密集区域，可考虑设置闭合管网。这一设计理念是，当发生严重水质污染事件时，可以关闭外网，以切断受污染的水源，而内网可以正常使用备用水源。
4、给排水系统排污功能的优化
在进行排水管网的规划时，要把雨水、污水的收集、处理和综合利用结合起来，逐步转变目前的雨、污水合流制或不完全分流制系统为完全的分流制系统。雨、污水的分流有利于对不同性质的水采用不同方法处理和控制，有利于雨水的收集、贮存、处理和利用，避免洪涝灾害。在传统规划方法，污水处理厂一般尽可能地安放在各河系下游、城市郊区。但是这种系统布局使污水厂距离再生水用户较远，需铺设的回用水管网费用相应增加。根据长期的实践经验，建设大型的污水处理厂可以发挥规模效益，降低建设费用和日常运行费用。.
5、更新给排水系统设计理念
在系统设计过程中，可以借鉴西方发达国家的系统设计思想，从以排水为主到蓄水利用。例如，德国汉堡市建有大规模的城市地下蓄水库，在汛期蓄集雨水，汛期过后，经过净化又可以用作城市生活用水。德国近些年还推行了一种新型的雨水排水系统，即洼地渗渠系统，通过雨水在低洼草地中的短期储存和在渗渠中的长期储存，让尽可能多的雨水下渗，不仅减少了城市内涝，而且及时补充了地下水，使城市生态系统形成良性循环。
荷兰鹿特丹市位于海平面以下，洼地很多，排涝压力很大。为此，鹿特丹兴建了水广场，即防涝及雨水利用系统。水广场建在鹿特丹市区最低的洼地上，由形状、大小各不相同的水池组成，各水池有渠相连。平时水广场是市民娱乐休闲的场所，暴雨来临时就变成了实用的防涝系统。水量大时，大水池中的水就会流到沟渠里；水量变小时，沟渠里的水又回流到大水池里。如果城市水资源紧张，水广场储存的水还能净化为淡水资源。
日本是一个灾害频繁的国家，其减灾体系是在与自然灾害抗争的过程中建立起来的，并且在实践中不断加以完善。例如，日本台风多发，因而东京地区的地下排水系统主要是为避免受到台风雨水灾害的侵袭而建立进来的。在东京居住着3000万人口，传统的利用天然水路及其在周围开掘的人工水路的排水系统已经远远不能抵御突然降临的暴雨、洪水和台风的袭击。因此，日本不惜花巨资兴建了地下排水系统。例如，日本在琦玉县春日部市国道16号沿线的地下约50米处，兴建了世界上最先进的地下水道排水系统——首都圈外围排水系统。地下水道排水系统的巨额的投资显然不是我国绝大多数城市可以承受的，但是其设计理念值得借鉴。
6、加强给排水系统管理
如前所述，城市给排水系统管理是整个系统工程的重要组成部分，加强管理是系统正常运行的必要保证。如何管理？日本的经验也值得借鉴。东京下水道局规定，一些不溶于水的洗手间垃圾不允许直接排到下水道，烹饪产生的油污也不允许直接导入下水道中，因为油污会腐蚀排水管道。为此，东京下水道局倡导：用报纸把油污擦干净，再把沾满油污的报纸当做可燃垃圾来处理，并建议市民做菜少用油。
7、推行地下管线共同沟建设模式
随着城市的发展，供电、通信等管线都要埋入地下，由于我国大多数城市缺少整体规划和长远考虑，一条道路往往被多次开挖。建设城市地下管线共同沟可以较好地上述问题的发生。地下管线共同沟是把本来在地上架设或埋入地下的各类公用管线集中安装到地下隧道中，并在地下隧道中预留了宽敞的检修空间。共同沟适用于交通流量大、地下管线多的重要路段，尤其是高速公路和城市主干道。国外大城市都建设了共同沟、地下污水处理场、地下电厂等地下工程，将影响市容和破坏城市环境的各种城市基础设施全部转移到地下。目前，英、法、日等发达国家都兴建了共同沟，巴黎市还把共同沟建设成了观光旅游景点。莫斯科市有130公里长的共同沟；日本在1991年成立了共同沟管理部门，以其推动共同沟的建设工作。目前，我国的共同沟建设问题也应当被提上议事日程。
四、建筑给排水技术几个具体方面的发展现状
（1）建筑给水
供水问题：一些城市供水能力不足，城市水厂发展滞后于住宅和公共建筑发展，加之管道老化、承压能力下降，不少城市不但高层建筑需升压供水，一半多层建筑也不能满足上层水压的要求，使我国两次加压设备广泛使用，增压设施成为建筑给水中比重最大、发展最快的一种装置。我国常用的增压设施是水泵、气压给水设备和变频调速给水设备，后二者技术的运用已日趋成熟。
二次污染问题：设于屋顶的调节贮水水箱是常用的储水装置，但由于其存在二次污染严重等缺点，现在水箱从材料和加工上已有很大改开始向多元化发展。新颖水箱从材质上有镀锌、搪瓷、复合钢板、涂塑、玻璃钢和不锈钢等水箱，其和水接触的内表面不易锈蚀，对水质无污染，并减轻结构重量，解决施工不便等问题。材质改变了，水箱的成型方式和形状也随之改变，组合式水箱、装配式水箱可以提高水箱质量，有利于工厂化生产并缩短现场施工安装时间，同时也减少了水箱内底的死水区范围；球形水箱和槽形水箱是外形变化，用呼吸阀替代浮球阀，解决了因浮球阀关闭不严造成的漏水问题，同时也使水箱从重力供水变为压力或压力与重力复合供水的新工况。钢筋混凝土贮水池也是常用的储水装置，其底部及内壁贴铺白瓷砖。
饮用水水质问题：在营造现代化生活的住宅环境和高质量的生活社区中，人们对饮用水水质提出了更高的要求。为了改善饮用水水质，我国最初是以小型家用净水器的方式来处理饮用水，其主要方式是用活性炭吸附过滤，但是它在使用时滤料更换不易控制。近年来，出现了优质饮用水这一概念。它是指能达到直接生饮水水质标准的水，其中有超纯水、纯水、蒸馏水、矿泉水和深度处理水等。优质饮用水的水源来自城市自来水或地下矿泉水，其处理工艺有离子交换、超滤、膜滤、蒸馏、消毒杀菌等。供水方式由桶装供应和管道分支供应。桶装供应是设置集中的优质水供应站，用桶装送至居民家中或自取，这种方式目前占大多数；管道分支供应系统在上海住宅小区已有建成，工艺采用臭氧氧化、活性炭吸附、预涂膜精滤、微电解和紫外线杀菌等技术，可以去除对人体有害的有机物质，特别是致癌、致畸、致突变物，同时又保留了水中对人体有益的矿物质和微量元素。优质饮用水经净化处理后送至每户厨房，采用变频恒压供水系统，管道末端循环，以保证水质要求。
水污染问题：此外我国水资源缺乏，再加上水污染，使得水资源成为制约我国经济发展的主要因素之一。在建筑给排水中，节水重点在于推广节水配件和建筑中水道。节水配件有液压式冲洗水箱配件、二档冲洗大便器配件、屋顶水箱的配重逆开止回阀、水力控制的多功能阀以及给水的卫生器具配件，可具有限流、温度自动调节、高温限制等功能。改进配件还着重于节省用水量和防止漏水。建筑中水道应用已是建筑给排水的发展趋势。
（2）建筑排水
卫浴洁具问题：生活水平的提高对卫生洁具提出了新的要求，卫生器具更注重舒适、可靠、安静、节能。近年来，具有代表性的卫生洁具有：水力按摩浴盆，用喷嘴产生大量回旋式气泡和冲击水流，可达到康健和休闲的效果；连体式低位冲洗水箱漩涡式大便器，冲洗时噪声低，冲洗效果好，可节省冲洗水量；高标准的全自动坐式大便器可实现正常使用、冲洗污物、清洗人体和吹干等全部过程自动化；休闲卫生器具，包括桑拿浴设备、蒸汽浴设备、热能震荡按摩设备和身体机能调理运动器等。国外很多知名厂家也进入我国生产各类新产品。
排水通气技术的应用：主要目的是提供排水中气体的散溢，达到透气的作用；防止排水系统中出现水封的负压虹吸及正压喷溅现象，确保空气的循环；保持排水迅速通畅、安静。在我国已建立了可适应不同建筑标准、不同要求的五级标准，即伸顶通气管、不伸顶通气管、专业通气管、环形通气管和器具通气管等。在通气系统基础上开发的是通气阀和特制配件单立管排水系统。通气阀是一种减少伸顶通气，替代专用通气管系的阀件，采用优质塑料和橡胶制作。单路进气阀可安装在室内立管顶部或横支管上，既可补气又可防止管道内部气体进入室内；双路通气阀可安装在室外立管顶部代替通气帽，使用时以单路进气阀为主。特制配件单立管排水系统已出台了设计规程，其立管的通水能力增大1/3，减少了立管的数量，但该产品现局限于铸铁制品。
五、我国建筑给排水在建筑施工方面仍有些问题尚需改进和加强
（1）针对地漏水封的设置
《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）规定地漏的顶面标高应低于地面5-10mm。此规定目的就是防止水封被破坏后污水管道内的有害气体窜入内污染室内环境，但是在给排水设计说明中很少有人提及。建设及施工单位为降低造价，往往使用市场上价格低廉的地漏，这种地漏水封一般不大于3厘米，满足不了水封深度要求。另外，居民装修房子时选用装修市场上的不锈钢地漏替代原来的塑料地漏，外表虽光亮美观，内部水封同样很浅。排水时地漏的水封由于正压（较低楼层）或负压（较高楼层）被破坏，臭气进入室内。好多居民反映家中有臭味，而且厨房排油烟机打开时更加严重，就是水封由于压力波动被破坏所致。有的厨房内设置了地漏，由于长时间没有补水，特别是冬季供暖时水封容易干涸。建议采用高水封或新型防返溢地漏。厨房内地面溅水很少，可以不设地漏。
（2）如何解决排水塑料管道噪音较大的问题
随着普通排水铸铁管道的淘汰，排水管道普遍使用塑料管道，但是普通UPVC管道的排水噪音要比铸铁管高约10分贝，若排水立管靠近卧室，加上现浇楼板的隔音效果较差，住户能明显听到排水管的噪音，降低了生活质量。卫生器具布置时要考虑使排水立管远离卧室和客厅，管材考虑新型降噪产品。芯层发泡UPVC管道和UPVC螺旋管则能明显降低噪音，市场上新出现了一种超级静音排水管则加入了特殊吸声材料，噪音低于铸铁管。各种（Ф110mm）排水管噪声水平比较：UPVC管58分贝；铁管46.5分贝；超级静音管45分贝。（测试地点位于距离管道一米处，排水量为2.7L/S，环境噪声42分贝。）
（3）排水支管户内检修
由于卫生间漏水引起上下层邻居间纠纷的现象越来越多，漏水主要原因在于排水横管敷设于楼板下，居民装修时破坏管道及防水层。因此，卫生间应设计成下沉式，下沉350-400毫米，将排水横管布置在本层内，防水层设在管道下方，发生堵塞及漏水均在本层解决。为了减少下沉空间，可以选用后排水坐便器及多通道地漏，卫生间吊顶后的高度能保证2.4米左右。
（4）确定坐便器排水口位置
目前坐便器的型号规格较多，下排水口的位置要求不同，设计施工中应选择合理的位置以便适应多数居民的要求，否则完工后很难改变。大多数居民抱怨坐便器排水口距墙面距离不够，选择便器时颇费周折。有的工程由于设计没有注明洁具间距，施工人员将排水口偏向中间甩口，导致住户无法安装淋浴房。综合多个厂家的产品样本，排水口距墙面的距离为305毫米，考虑装修前的墙面的距离宜为340毫米，住户反映较好。另外，施工图纸应有各种卫生洁具的定位尺寸。
（5）空调凝结水的处理
随着生活水平的提高，家庭安装多台空调比较普遍，无组织排放凝结水容易引起上下楼层居民纠纷，设计时应充分考虑多数住户的生活习惯，预留空调板并设计凝结水排水管。排水管应设专用管道并散流至附近雨水口，不宜直接接入雨水井。曾经发生过雨水井堵塞造成合用管道内雨水沿凝结水管倒灌进入底层住户的现象。
（6）二次供水的水质
二次供水的传统做法是水池和水箱联合供水，在水箱出水管前设消毒装置，生活水池或水箱一般与消防水池或水箱合用。实际运行中，有的物业公司疏于管理，消毒设备的运行不能达到设计效果。由于消防管道系统内水为死水，每月消防水泵巡检时，部分死水流入贮水池，消防管道与生活水箱及水池均连通，水体中细菌会交叉感染。设计中将生活与消防水池（箱）分开设置，根据市政供水情况区别对待：供水不可靠的工程，底层设置大容量不锈钢水箱，出水消毒后由变频供水设备分区减压供水；双路供水的工程底层仅设置小容量不锈钢水箱贮存2小时生活用水量，由恒压变频供水设备分减压。若建筑物要求稳定的水压，则在屋顶设置小容量水箱（1-2小时用水量）进行稳压，由于水滞留时间短，可以不设消毒设备。这样大大降低了水质污染的几率，运行效果良好。
（7）中水回用
目前，缺水已成为一个世界性问题，而中水回用是一条有效的节水途径。采用建筑中水道系统，使污水处理后回用，有着双重意义。既可减少污染，又可使污水资源化。在逐步迈向绿色生态建筑的同时，建设中水系统成为建筑给排水的一个发展方向。近年来，国内外已有许多应用中水回用技术的成功先例。建议从立法、政策、宣传等方面加大力度，促进中水道技术在我国得到普遍推广应用。
最后总结：
市政排水系统是一个复杂的工程，是城市道路设计的重要组成部分，市政道路排水工程规划与设计占有重要的地位。在规划与设计城市给排水规划时要善于发现问题，并妥善处理好城市发展中可能面临的水资源、水环境、水灾害问题。高质量地编制好城市给排水规划，不仅是排水工程规划与设计自身的需要，而且是城市面向未来，走上可持续发展之路的保障。
