第六节 小城镇合流制排水规划
一、合流制排水系统的使用条件和布置特点（一）合流制的工作情况与特点
合流制管渠是在同一管渠内排除生活污水、工业废水及雨水的管渠系统。合流制分为直泄式合流制排水系统和截流式合流制排水系统，直泄式合流制一般直接将污水排放进河流；截流式合流制排水系统是在直泄式的基础上增加了截流干管，并在截流管上设置溢流井。晴天时，截流管以非满流将生活污水和工业废水送至污水厂处理。雨天时，随着雨水量的增加，截流管以满流将生活污水、工业废水和雨水的混合污水送往污水厂处理。当雨水径流量继续增加，溢流井开始溢流，当降雨时间继续延长，由于降雨强度的减弱，雨水溢流井处的流量减少，溢流量减少。最后，混合污水量又重新等于或小于截流管的设计输水能力，溢流停止。合流制管渠系统因在同一管渠内排除所有的污水，所以管线单一，管渠的总长度减少。但合流制截流管、提升泵站以及污水厂都较分流制大，截流管埋深也因为同时排除生活污水和工业废水而比单设的雨水管渠的埋深大。在暴雨天，有一部分带有生活污水和工业废水的混合污水溢入水体，使水体受到一定程度的污染。因此，排水体制的选择，应根据城镇和工业企业的规划、环境保护要求、污水利用情况、原有排水设施、水质水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发，通过技术经济比较，综合确定考虑。
（二）合流制排水系统的使用条件
一般而言，在下述情形下采用合流制排水系统。
（1）排水区域内有一处或多处水量充沛的水体，其流量和流速都较大，一定量的混合污水排入后对水体造成的污染危害程度在允许的范围内。
（2）街坊和街道的建设比较完善，必须采用暗管（渠）排除雨水，而街道狭窄，地下管线较多，管渠的设置位置受到限制时，可考虑选用合流制。
（3）雨水稀少的地区。
（4）地面有一定的坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没。（三）截流式合流制管渠系统的布置特点
（1）管渠布置应使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理的排入管渠，并能以可能的最短距离坡向水体。
（2）沿水体岸边布置与水体平行的截流干管，在截流干管的适当位置上设置溢流井，使超过截流干管设计输水能力的那部分混合污水能顺利地通过溢流井就近排水水体。
（3）溢流井的数目不宜过多，且应适当集中。从环境保护方面上讲，溢流井的数目宜少，且尽量集中，并尽可能设置在水体的下游。从经济上讲，为了减小截流干管的尺寸，溢流井的数目多一些好，这可使混合污水及早溢入水体，降低截流干管下游的设计流量。但溢流井过多，会增加溢流井和排放渠道的造价，尤其在溢流井远离水体，施工条件困难时更是如此。溢流井的位置通常设在合流干管和截流干管的交汇处。但为了节省投资及减少对水体的污染，并不是在每个交汇点都设置溢流井，其数目和设置位置应根据当地的实际条件，结合管渠布置进行比较确定。
（4）在合流制管渠系统的上游排水区域内，如果雨水可沿地面的街道边沟排泄，则只需要设置污水管。当雨水不能沿地面排泄时，应考虑布置河流管渠。
城镇排水工程一般随城镇建设的发展而逐渐完善。在我国许多城镇尚未兴建排水管渠，污水沿街漫流，严重地影响了环境卫生；另外，虽然一些城镇兴建了排水管渠，由于条件的限制，通常采用明渠直接排除雨水和污水到附近的水体。这类排水系统往往断面偏小，排泄能力不足，出水口各自分散，部分工业废水未加处理直接排入水体，不同程度地污染了水资源，使人民的健康受到威胁。为了改善环境卫生，保护水体，在进行规划时要对旧的排水体制进行改造。截流式合流制排水系统在改建中往往起着重要的作用，这也是常用的一种排水方式。
二、截流式合流制排水管渠水力计算
污水在管道内的流动，是靠水的重力从高处流向低处，在此过程中，管径由小变大。污水中含有一定数量的悬浮物，但水分一般在99%以上，可以认为城镇污水的流动是遵循一般水流规律的，在设计中采用水力学公式进行计算。
1.设计流量的确定
合流管渠的设计流量由综合生活污水量、工业废水量和雨水量三部分组成，生活污水量按平均流量计算，即总变化系数为1。工业废水量用最大班内的平均流量计算。雨水量按上一节的方法计算。截流式合流制排水设计流量，在溢流井上游和下游是不同的。
（1）第一个溢流井上游管渠的设计流量（如图
4 21中1—2管段）。
Q=Qd+Qm+Qy=Qh+Qy
（4 20）
式中：Q为设计流量，L/s；Qd为设计综合生活污水设计流量；Qm为设计工业废水量，L/s；Qy为雨水设计流量，L/s；Qh为截流井以前的旱流污水量，
图421 设有溢流井的合流管渠
L/s。
（2）溢流井下游管渠的设计流量（如图315所示2—3管段）。合流管渠溢流井下游管渠的设计流量，对旱流污水量Qh仍按上述方法计算，对未溢流的设计雨水量则按上游旱流污水量的倍数（n0）计。此外，还需计入溢流井后的旱流污水量Q′h和溢流井以后汇水面积的雨水流量Q′y。
Q′=（n0+1）Qh+Q′h+Q′y
（4 21）
式中：n0为截流倍数，即开始溢流时所截流的雨水量与旱流污水量之比；Q′为截流井以后管渠的设计流量；n0为截流倍数，即开始溢流时所截流的雨水量与旱流污水量之比；Q′y为截流井以后汇水面积的雨水设计流量，L/s；Q′h为截流井以后的旱流污水量，L/s。
上游来的混合污水量Q超过（n0+1）Qh的部分从溢流井溢入水体。当截流干管上设几个溢流井时，上述确定设计流量的方法不变。
2.控制数据的规定
以污水管道的设计充满度、设计流速、设计重现期与截流倍数等，作为设计的控制数据。
（1）最大设计充满度。污水管道的设计充满度按满流计算。
（2）设计最小流速。合流管渠设计最小流速为0.75m/s。鉴于合流管渠在晴天时管内充满度很低，流速很小，容易淤积，为改善旱流的水利条件，需校核旱流时管内流速，一
般不宜小于0.2～0.5m/s。
（3）设计重现期。合流管渠的雨水设计重现期一般应比同一情况下雨水管渠的设计重现期适当提高（可以比雨水管渠的设计大20%～30%），以防止混合污水的溢流。
（4）截流倍数。截流倍数根据旱流污水的水质、水量情况、水体条件、卫生方面要求以及降雨情况等综合考虑确定。我国《室外排水设计规范》（GB50014—2011）一般采用1～5，一般较多采用3。见表421。随着对水环境保护要求的提高，采用的n0有逐渐增大的趋势。
表4 21
不同排放条件下的n0值
关于晴天旱流流量的校核，应使旱流时的流速能满足污水管渠最小流速的要求。当不能满足这一要求时，可修改设计管渠的管径和坡度。但由于合流制管渠中旱流流量相对较小，特别在上游管段，旱流校核时往往不能满足最小流速的要求，此时可在管渠底设流槽以保证旱流时的流速，或者加强养护管理，利用雨天流量刷洗管渠，以防淤塞。
3.设计案例
图422为某一区域的截流式合流干管的计算平面图，其计算已知资料如下。（1）设计暴雨流量计算公式。该地区暴雨强度公式为
q=167×（47.17+41.661gP）
t+33+91g（P-0.4）
式中：P为设计重现期，采用1年，t为集水时间，地面集水时间t1按10min计算，管内
流行时间为t2，则t=10+2t2。
（2）设计雨水流量。该设计区域平均径流系数ψ经计算为0.45，则设计雨水量为
Qy=ψqF=16710×+（42t7.21+73+34+19.16g6（11g1-）0.×40.）45·F=41.30529+02t2 ·F（L/s）
式中：F为设计排水面积，104m2。
当t2=0时，单位面积的径流量q0=87.5L/（s·104m2 ）。
（3）污水量计算。设计人口密度按200人/104m2计算，生活污水量标准按100L/
（人·d）计，生活污水平均流量为Qd=0.231L/（s·104m2 ）120
图422 某镇截流式合流干管计算平面图
（4）常见值设置。截流干管的截流倍数n0采用3。街道管网起点埋深1.7m。河流最
高月平均洪水位为12.000m。
（5）计算过程。计算时，先划分各设计管段及其排水面积，计算每块面积的大小，填入图422中；再计算设计流量，包括雨水量、生活污水量及工业废水量；然后根据设计流量查水力计算表（满流）或者根据常见软件计算得出设计管径和坡度，本例中采用的管道粗糙系数n=0.013；最后校核旱流情况。
（6）计算结果说明。表422为管段1～5的水力计算结果，下面对其中部分计算加以说明。1）为简化计算，有些管段如1～2、3～3a、4～4a的生活污水量及工业废水量未计入
总设计流量，因为其数值太小，不影响设计管径及坡度的确定。
2）表422中第17列设计管道输水能力是设计管径在设计坡度下的实际输水能力，该值应接近或略大于第12列的设计总流量。
3）1～2管段因旱流流量太小，未进行旱流校核，在施工设计时或在养护管理中应采取适当措施防止淤塞。
4）3点及4点均设有溢流井。
对于3点来说，由1～3管段流来的旱流流量为21.47L/s。在截流倍数n0=3时，溢流井转输的雨水量为
Qy=n0Qh=3×21.47=64.41（L/s）
经溢流井转输的总设计流量为
Q=Qy+Qh=（n+1）Qh=（3+1）×21.47=85.88（L/s）
经溢流井溢流入河道的混合废水量为1～3管段的雨水、生活污水及工业废水的总混合废水量减去溢流井转输的总设计流量，即
Q0=838.47-85.88=752.59（L/s）
对于4点来说，由3～4管段流来的旱流流量为
表
算
计
力
水
段
管
2
2
4
表
23.69（2.97+18.5+1.61+0.61）（L/s）
由7～4管段流来的总设计流量为713.10L/s，其中旱流流量为7.10L/s，故到达4点的总旱流流量为
Qh=23.69+7.10=30.79（L/s）
经溢流井转输的雨水量为
Qy=n0Qh=3×30.79=92.37（L/s）
经溢流井转输的总设计流量为
Q=Qy+Qh=（n0+1）Qh=（3+1）×30.79=123.16（L/s）
经溢流井溢入河道的混合污水量为
Q=515.59+713.10-123.16=1105.53（L/s）
5）截流管3～3a、4～4a的设计流量分别为
Q（3～3a）=（n0+1）Qh+Qy（3～3a）+Qs（3～3a）+Qg（3～3a）
=85.88+175+0.46+0.18≈260.88（L/s）
Q（4～4a）=（n0+1）Qh+Qy（4～4a）+Qs（4～4a）+Qg（4～4a）
=123.16+259+0.64+0.13≈382.16（L/s）
由于两管段中的Qs及Qg相对较小，计算中都忽略不计。
6）3点和4点溢流井的堰顶标高按设计计算分别为17.16m和15.220m，均高于河流最高月平均洪水位12.000m，所以河水不会倒流。
三、小城镇旧合流制排水管渠系统改造
我国大多数小城镇原有排水管渠都采用直排式的合流制排水系统，甚至是明渠的形式，或者没有进行排水系统的建设。然而随着社会经济的发展和人们对水环境保护意识的提高，在进行小城镇的旧城区改建规划时，对原有排水管渠进行改建，势在必行。在排水上有两种选择途径
1.改合流制为分流制
一般是将旧合流制管渠局部改建后作为单纯雨水的管渠系统，另外新建污水管渠系统，以解决城镇污水对水体及周边环境的污染问题。这种方案适用于城镇半新建区、成片彻底改造旧区、建筑物不密集的工业区以及其他地形起伏有利改造的地区。
但是把合流制改建为分流制必须满足以下条件：住房内部建设有完善的卫生设备，能够雨、污严格分流；城镇街道横断面有足够的位置，有可能增设污水管渠；施工中对城镇交通不会造成过大影响。针对我国旧区改建的状况，某些地区可以考虑由合流制改为分流制。
一种是在规划中近期采用合流制，埋设污水截流总管，但可以采用较低的截流倍数，以便在较短时期内，使城镇旧区水体污染得以迅速的改善。随着旧区的逐步改造，以及道路的拓宽与道路系统的完善，可以相应的埋设污水管，接通截流总管，并收纳污水管经过地区新建的或改造的房屋的污水，以及收纳原有建筑物（包括工厂）的污染严重的污水，这样便可以逐步地由合流制过渡到合流与分流并存，以至最后做到旧区大部分污染严重的污水分流到污水管中去。
另一种做法是以原有河流管道作污水管道来进行分流，而另建一套简易和雨水排泄系统。通过采用街道暗沟、明渠等排泄雨水，这样可以免去接户管的拆装费用，也可避免破坏道路，增设管道。等有条件时，可以把暗沟、明渠等改为雨水管道。这种方法经济，适用于过渡时期的改造。
2.保留合流制，修建截留干管
将合流制改为分流制几乎要改建所有的污水出户管以及雨水连接管，要破坏很多路面，且需很长时间，投资也巨大。所以目前合流制管渠系统的改造大多保留原有体制，沿河修建截流干管，即将直排式合流制改造为截流式合流制管渠系统。也有城镇为保护重要水源河道，在沿河修建雨污合流的大型合流管渠，将雨污水一同引往远离水源地的其他水体。截流式合流制因混合污水的溢流而造成一定的环境污染，可采取一定措施的补救：
（1）建混合污水贮水池或利用自然河道和洼塘，把溢流的合流污水调蓄起来，然后再把贮存的水送往污水处理厂，能起到沉淀的预处理作用。
（2）在溢流出水口设置简单的处理设施，如对溢流混合污水筛滤、沉淀等。（3）适当提高截流倍数，增加截流干管及扩大污水处理厂容量等。
（4）使降雨尽量多地分散贮留，尽可能向地下渗透，减少溢流的混合污水量。主要手段有依靠公园、运动场、广场、停车场地下贮留雨水，依靠渗井、地下盲沟、渗水性路面渗透雨水，削减洪峰。