摘 要：市政排水系統(tǒng)在城市基礎(chǔ)設(shè)施中，既是確保城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是保障環(huán)境健康的守護(hù)者。然而隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，市政排水系統(tǒng)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，日益嚴(yán)峻的氣候變化、城市擴(kuò)張帶來的用地壓力以及老舊設(shè)施的逐漸失效，都使得排水系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)極端降雨、水質(zhì)污染等方面面臨著愈發(fā)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。本文從市政排水系統(tǒng)的重要性與面臨的挑戰(zhàn)出發(fā)，深入探討雨污分流改造的必要性與迫切性，通過對(duì)該改造方案在提升系統(tǒng)性能、保障環(huán)境健康、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益提升等方面的關(guān)鍵作用進(jìn)行專業(yè)闡述，旨在為城市排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化與可持續(xù)發(fā)展提供助力。

關(guān)鍵詞：市政排水；基礎(chǔ)設(shè)施；雨污分流；改造文章編號(hào)：2095-4085（2024）08-0055-03

0 引言

雨污分流改造成為解決市政排水系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)的迫切需求，雨污分流不僅僅是對(duì)傳統(tǒng)排水模式的一種技術(shù)升級(jí)，更是一項(xiàng)必要的生態(tài)工程，旨在應(yīng)對(duì)雨污合流帶來的環(huán)境問題，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)城市排水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，這種改造關(guān)乎城市水環(huán)境的健康，也直接影響到城市居民的生活質(zhì)量和城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 市政排水基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)有排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特點(diǎn)

市政排水系統(tǒng)在城市化進(jìn)程中普遍存在雨污合流的問題，其結(jié)構(gòu)主要由雨水管道和污水管道組成，雨水管道負(fù)責(zé)收集并排放雨水，而污水管道則負(fù)責(zé)收集生活污水和工業(yè)廢水。目前大多數(shù)城市的排水系統(tǒng)采用雨污合流的設(shè)計(jì)，即將雨水和生活污水混合運(yùn)輸至污水處理廠進(jìn)行處理，這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)行特點(diǎn)表現(xiàn)為雨季時(shí)雨水量增加，導(dǎo)致排水系統(tǒng)容量超負(fù)荷，使得污水處理廠難以有效處理大量雨水沖刷的污染物［1］。在運(yùn)行過程中，雨污合流導(dǎo)致了排水系統(tǒng)的頻繁堵塞和內(nèi)澇事件的發(fā)生，不僅對(duì)城市環(huán)境造成嚴(yán)重影響，還給市民的生活和交通帶來了極大的不便。此外，由于雨水中的非點(diǎn)源污染物增加，污水處理廠的處理負(fù)擔(dān)加大，處理效果降低，甚至可能造成污水溢流，對(duì)水體質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響?，F(xiàn)有排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)的分析表明，雨污合流的模式已經(jīng)難以適應(yīng)城市化快速發(fā)展的需求，亟需采取雨污分流的改造措施，以提高排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 現(xiàn)有問題對(duì)城市環(huán)境的影響

市政排水系統(tǒng)的雨污合流問題對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，雨污合流導(dǎo)致了大量雨水中的污染物與污水混合，加劇了排水系統(tǒng)中的有害物質(zhì)含量，這不僅增加了污水處理廠的負(fù)荷，使得水質(zhì)處理難度加大，也直接影響了排水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，頻繁的系統(tǒng)堵塞和內(nèi)澇事件成為城市運(yùn)行的突出問題［2］。雨污合流也會(huì)對(duì)城市水體質(zhì)量產(chǎn)生直接的負(fù)面影響，雨季期間大量雨水帶走了城市道路、建筑物表面的污染物，如油脂、重金屬等，將這些污染物直接排放到自然水體中，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化、富營(yíng)養(yǎng)化水體藍(lán)藻水華爆發(fā)等環(huán)境問題的加劇，這不僅損害了水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還對(duì)人類的飲用水源和水生生物的健康構(gòu)成潛在威脅。

2 雨污分流改造的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 雨水收集與處理技術(shù)

在市政排水基礎(chǔ)設(shè)施雨污分流改造中，雨水收集與處理技術(shù)是一項(xiàng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，該技術(shù)的核心目標(biāo)在于有效地收集、儲(chǔ)存和處理雨水，以減輕雨季排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，并最終提高城市排水系統(tǒng)的效能［3］。首先，雨水的收集需要通過合理設(shè)計(jì)的雨水收集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這包括設(shè)置雨水收集設(shè)施，如雨水口、雨水桶和雨水管道網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵在于確保雨水能夠迅速而有效地被引導(dǎo)到收集系統(tǒng)中，以避免地表徑流的過多進(jìn)入排水系統(tǒng)。技術(shù)層面上，應(yīng)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的雨水口和流量調(diào)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)雨水的迅速引導(dǎo)，并確保在大雨時(shí)能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)的排水需求。其次，雨水的處理是雨污分流改造中的重要步驟，處理雨水主要包括過濾、沉淀和消毒等工藝。過濾設(shè)備能夠有效去除雨水中的懸浮顆粒物，從而防止這些顆粒物進(jìn)入排水管網(wǎng)，沉淀池則能夠沉淀雨水中的重金屬和懸浮物，進(jìn)一步提高雨水的水質(zhì)。在消毒方面，采用紫外線消毒等先進(jìn)技術(shù)，可以有效地殺滅雨水中的微生物，確保雨水的處理達(dá)到環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。雨水處理技術(shù)的專業(yè)性要求工程師具備對(duì)流體力學(xué)、環(huán)境工程學(xué)和水處理技術(shù)等領(lǐng)域的深入理解，實(shí)際操作中需要精密的計(jì)算和模擬，以確保雨水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

2.2 污水處理與分流技術(shù)

污水處理與分流技術(shù)旨在有效地將雨水與污水分離，提高城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行效能，此技術(shù)涉及流體力學(xué)、水質(zhì)分析和環(huán)境工程等多個(gè)領(lǐng)域，以確保分流和處理過程的高效性和環(huán)保性。首先，污水處理技術(shù)涉及到先進(jìn)的物理、化學(xué)和生物處理過程。物理處理通常包括初級(jí)沉淀和機(jī)械過濾，用于去除大顆粒物和懸浮物，減輕后續(xù)處理負(fù)擔(dān)；化學(xué)處理階段通過添加混凝劑和絮凝劑，有效地沉淀懸浮物和去除溶解性污染物；生物處理則采用生物反應(yīng)器，利用微生物降解有機(jī)廢物，使污水得到有效凈化。這一系列工藝協(xié)同作用，確保排入水體的污水符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。其次，污水分流技術(shù)涉及到智能化管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，先進(jìn)的傳感器技術(shù)和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)污水流量和水質(zhì)參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析確定雨水和污水的比例，并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的分流。采用自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和實(shí)時(shí)降雨情況，合理調(diào)整分流比例，避免雨水過多進(jìn)入污水系統(tǒng)，從而提高排水效率。此外，通過設(shè)置閘門和流速控制設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分流，確保系統(tǒng)在不同雨量條件下的高效運(yùn)行。

3 雨污分流改造的重點(diǎn)內(nèi)容

3.1 智能監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

智能監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析在市政排水基礎(chǔ)設(shè)施雨污分流改造中扮演著重要角色，通過先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有針對(duì)性地收集雨水和污水的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析則能夠深入挖掘這些信息，為改造方案的制定和系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。以某城市的雨污分流改造項(xiàng)目為例，該城市利用智能監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝水位、流速、水質(zhì)等傳感器，系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)降雨事件，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水和污水的快速分流。此外，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，可預(yù)測(cè)雨水峰值，有助于提前調(diào)整排水系統(tǒng)的運(yùn)行策略，降低內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)分析方面，城市利用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)獲得的信息進(jìn)行深度分析，通過建立數(shù)學(xué)模型，城市管理者能夠預(yù)測(cè)雨污分流改造對(duì)排水系統(tǒng)性能的影響，為改造方案的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)分析還能識(shí)別排水系統(tǒng)中的瓶頸，有助于優(yōu)化管網(wǎng)布局和設(shè)備配置，提高系統(tǒng)的整體效率。智能監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析的綜合應(yīng)用，使得雨污分流改造更加精準(zhǔn)和可控，為城市排水系統(tǒng)的智能化管理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)整與優(yōu)化

基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)整與優(yōu)化在市政排水基礎(chǔ)設(shè)施雨污分流改造中具有關(guān)鍵性作用，合理的管網(wǎng)布局和設(shè)備優(yōu)化，可以有效提高排水系統(tǒng)的適應(yīng)性和運(yùn)行效率。以某城市的雨污分流改造項(xiàng)目為例，該城市通過基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)整與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了排水系統(tǒng)的整體性能提升。首先，在管網(wǎng)布局方面，該城市對(duì)原有排水管道進(jìn)行了調(diào)整，增設(shè)了雨水管道網(wǎng)絡(luò)，使其與污水管道形成獨(dú)立的系統(tǒng)，通過合理的分流設(shè)計(jì)，雨水能夠迅速、有序地流入雨水管道，避免了雨污合流引發(fā)的內(nèi)澇問題。同時(shí)，對(duì)城市不同區(qū)域進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化，增加管道容量，提高了排水系統(tǒng)的整體處理能力。其次，設(shè)備的優(yōu)化也是該項(xiàng)目的重要組成部分，城市引入了先進(jìn)的泵站和智能控制設(shè)備，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道流量和水位等數(shù)據(jù)，調(diào)整泵站的運(yùn)行模式，確保排水系統(tǒng)在不同雨情下能夠高效運(yùn)行。此外，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，城市管理者能夠隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況，迅速響應(yīng)異常情況，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.3 綠色雨水管理

綠色雨水管理是市政排水基礎(chǔ)設(shè)施雨污分流改造中的重要組成部分，旨在通過自然化手段減緩雨水徑流、改善水體質(zhì)量、提升城市生態(tài)環(huán)境。以某城市的綠色雨水管理項(xiàng)目為例，該城市在雨污分流改造中采用了多項(xiàng)綠色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雨水的可持續(xù)利用。該城市在城市規(guī)劃中引入了雨水花園、雨水濕地等綠色雨水設(shè)施，通過設(shè)置透水鋪裝、雨水收集槽和生態(tài)濕地等，將城市雨水引導(dǎo)到綠色空間進(jìn)行滲透和凈化，減緩了雨水徑流速度，促進(jìn)了雨水中污染物的沉淀和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，這樣的綠色雨水管理手段有助于提高城市的水資源利用效率，減輕了排水系統(tǒng)的負(fù)荷。其次，城市采用了屋面綠化和雨水收集利用系統(tǒng)，通過在建筑屋頂設(shè)置綠化層，不僅能夠吸收雨水并減緩雨水徑流，還能改善城市的微氣候，減少熱島效應(yīng)。同時(shí)，引入雨水收集利用系統(tǒng)，將雨水收集用于景觀灌溉、公共綠地沖洗等，實(shí)現(xiàn)了雨水的多功能利用，為城市提供了一種可持續(xù)的水資源管理模式。

4 雨污分流改造的實(shí)施方案

4.1 分區(qū)劃分與優(yōu)先級(jí)確定

分區(qū)劃分與優(yōu)先級(jí)確定是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的任務(wù)，直接影響改造的效果和資源利用的合理性，實(shí)施方法需要綜合考慮地理、氣象、土地利用等多個(gè)因素，以確保改造計(jì)劃的科學(xué)性和可行性。分區(qū)劃分的方法應(yīng)基于城市的地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)和降雨模型，通過對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的分析，將城市劃分為具有相似雨水排放特征的區(qū)域，以便更有針對(duì)性地制定分流策略，降雨模型的引入能夠模擬不同地區(qū)的雨水徑流情況，進(jìn)而識(shí)別出雨水與污水混合最為顯著的區(qū)域，從而確定改造的緊迫性［4］。優(yōu)先級(jí)的確定需要綜合考慮環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素，基于城市的環(huán)境脆弱性評(píng)估，確定雨污分流改造對(duì)環(huán)境質(zhì)量提升的潛在貢獻(xiàn)。其次，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素（包括區(qū)域的人口密度、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生態(tài)敏感區(qū)域等），確定改造的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，這些綜合評(píng)估的結(jié)果可用于建立改造的優(yōu)先級(jí)排序，確保資源投入更符合城市可持續(xù)發(fā)展的整體目標(biāo)。在技術(shù)上，可以采用水文模型和水質(zhì)模型進(jìn)行仿真與優(yōu)化分析。水文模型可以模擬雨水徑流的時(shí)空分布，幫助確定雨污分流的關(guān)鍵區(qū)域；水質(zhì)模型則能夠評(píng)估不同分流策略對(duì)水質(zhì)的影響，從而為優(yōu)先級(jí)的確定提供科學(xué)依據(jù)。這些模型可以結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，提高模擬的準(zhǔn)確性與可信度。

4.2 智能管網(wǎng)管理技術(shù)方法

智能管網(wǎng)管理技術(shù)是提高系統(tǒng)運(yùn)行效能和實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)施這一技術(shù)方法需要綜合運(yùn)用先進(jìn)的感知技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及智能決策系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)排水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷和控制。首先，感知技術(shù)的應(yīng)用是智能管網(wǎng)管理的基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括液位傳感器、流速傳感器、水質(zhì)傳感器等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)排水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，這些傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與中央數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相連，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，為決策提供了豐富的信息基礎(chǔ)［5］。其次，通過采用大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，識(shí)別出潛在問題和系統(tǒng)異常，基于歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，智能算法可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并提出優(yōu)化建議，這一過程為管網(wǎng)管理者提供了更為全面、準(zhǔn)確的信息支持，有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題并制定相應(yīng)的解決方案。同時(shí)，采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)的智能調(diào)控。例如，根據(jù)雨量預(yù)測(cè)信息和實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整分流閥門的開度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分流；通過控制污水泵站的運(yùn)行，合理調(diào)整排水流量，避免排水系統(tǒng)過載。

4.3 分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于城市的地理特征和降雨模型，通過對(duì)城市地形、土地利用、雨量等因素的綜合分析，將城市劃分為具有相似雨水徑流特征的區(qū)域。降雨模型的引入可用于模擬不同降雨條件下的雨水徑流過程，幫助確定各區(qū)域的分流方案，這些地理信息系統(tǒng)和降雨模型的結(jié)合，為分流系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需要考慮流量調(diào)控設(shè)備的布置和調(diào)節(jié)，通過設(shè)置流量控制閥門、調(diào)節(jié)污水泵站的運(yùn)行參數(shù)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水和污水流量的動(dòng)態(tài)調(diào)控，這涉及到流體力學(xué)的原理，確保在不同降雨條件下，分流系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)作，避免雨水過度進(jìn)入污水系統(tǒng)，提高排水系統(tǒng)的負(fù)載能力。其中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在分流系統(tǒng)中的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)智能管理的關(guān)鍵。通過采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，如液位傳感器、流速傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨水和污水的流量。這些數(shù)據(jù)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)傳輸至中央控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)分流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的分流策略，靈活調(diào)整閥門的開合程度，實(shí)現(xiàn)雨水和污水的準(zhǔn)確分流。

5 總結(jié)

在城市排水系統(tǒng)的演進(jìn)中，雨污分流改造展現(xiàn)了獨(dú)特而重要的價(jià)值，通過科技創(chuàng)新和生態(tài)理念的融合，改造不僅使得排水系統(tǒng)更加高效、靈活，也有助力城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。雨污分流的成功實(shí)施，標(biāo)志著城市在面臨挑戰(zhàn)時(shí)選擇了前瞻性的解決方案，這一改革不僅提高了水資源的利用效率，降低了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，還推動(dòng)了城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)。

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