1、新型市政真空排水系统简介摘要：提出了一种用于解决城市低洼道路雨季积水问题的真空排水系统，并将其与传统雨水排水系统做了比较。从理论上分析了市政真空排水系统的排水能力。给出了该系统的实施要点。 关键词：城市低洼道路； 应急排水； 雨水； 积水； 真空排水系统 中图分类号： S276.3 文献标识码： A 文章编号： 1 概述 随着全球气候变暖的趋势进一步加剧，强降雨、暴雨、台风等突发灾害性气候频繁出现。尤其城市建筑密集的省市，低洼道路道路积水问题更为突出，严重影响了市民日常生活。 积水产生的最直接原因是由于排水设施的排水能力不足，在一定时间内，实际产生的径流量大于排水设施容许的排泄量，形成积水。间
2、接原因是市区排水设施配套落后，排水管网极易淤塞；部分建设项目排水体系建设滞后，部分排水设施防洪除涝标准偏低，雨水污水混流等多种原因最终导致流域界限被打破，产生高水低排，雨水向城区低洼处过分集中；大量建筑物和道路的建设导致不透水地面面积迅速增长，雨水口密度不足，入口处又极易被树叶、垃圾堵塞，导致管道易被堵塞等，最终造成城区的内涝问题。 目前多数城市采用的雨水排水泵站为潜水泵泵站，但存在较多的问题：其泵站房、集水池、重力管路较深，前期施工量较大；积水只靠重力管路流入集水池，即排积水流速只与重力管路的直径有关，与污水泵流量无任何关系，重力管路中容易积聚了淤泥和污物，排水效率较低；潜水泵机组管道一般需
3、添加检查井，并定期人工清理，维护较难；污水泵故障率较高，维修时需要将整体从排污管道上拆卸下来，部分工况需要从泵站房吊装到地面上进行维护。 针对上述情况，提出采用真空排水系统解决城市低洼处积水问题，该系统具有效果良好，作用迅速，基本无需改变现有市政雨水管道，仅需较小的开挖，预埋直径相对较小的真空管路，对城市的运行影响很小，具有实用价值和推广价值。 2 市政真空排水系统的特点 2.1 系统原理 传统排水系统：目前各大中城市除常规排水工程设施外，在积水严重的立交桥、铁路桥下，普遍采用设立排水泵站，作为应急使用。其排水原理是：桥下积水通过雨水管流入集水池中，当集水池中积水达到一定液位时，泵站房中的污水
4、泵将其排入市政排水管渠中（图 1） 。 真空排水系统：真空排水系统1作应急排水，原理是：利用真空机组的自吸，正排的工作原理，即在真空机组入口处形成负压，出口处形成正压，直接抽吸积水下方的雨水井（乃至雨水管）内积水，并加压排至后续管渠或水体中。其中真空系统具有较高的自吸能力，可以同时吸水和吸气，低洼处只要有积水倾向即可开启真空机组，排放积水（图 2） 。同时，对集水井作适当密闭处理，真空系统产生的负压也能加速与集水井相连的管线中的雨（污）水流速，加快雨（污）水收集。 图 1 传统应急排水系统原理 图 2 市政真空排水系统原理图 2.2 排水能力比较 现对真空排水系统和重力系统作为应急排水时的排水
5、能力的作一粗略估算。以室外常见的 300mm 塑料管为例，取坡度 i=0.3%，管长L=100m，管道的排水能力可按下列方法近似计算： 式中，Q雨水流量，m3；v雨水流速，m/s；A管道过流面积，m2。 式中，i管道坡度，本例取 0.3%； ?i负压造成的等效水力坡度，且?i=?P/gL。 式中，n管壁粗糙系数，塑料管取 0.009；R水力半径，m；I水力坡度。 由此得到不同充满度及负压差时，管道的排水能力如图 3a，可知在降雨初期非满管流或中期满管流的下，管道两端的负压差均可显著提升管道的排水能力，且充满度越大，负压的加速作用越明显。如在负压差10kPa 时，管道的排水能力约为重力管道的 2
6、 倍，可满足应急排水需要。而该负压差对于典型的在线式凸轮泵等真空设备（吸程可达 57m）也是易于达到的。 （a）负压差?P 对排水能力 Q 的影响 （b）负压差?P 对流速 V 的影响 图 3 负压差?P 对管道排水能力 Q、V 的影响 相应地，得到不同充满度及负压差时管道流速（图 3b） ，可知：尽管负压差对雨水流动加速明显，但仍基本满足规范中对于非金属管最大设计流速 5.0m/s 的规定，不会对管壁造成过度冲刷。 2.3 系统比较 真空排水系统可广泛用于下穿式桥梁等低洼道路排水。系统的排水负荷需根据实际工程和业主要求确定。市政真空排水系统与既有排水系统比较见表 1。 表 1 市政真空排水系
7、统与既有排水系统比较 3 系统实施要点 根据实际工况，系统的实施需考虑以下关键问题： 3.1 机组布置 排水管路的铺设必须满足：能使任何一台泵及阀门停用检修而不影响其他泵组的工作；每台泵必须设有相应的输水管。 在节约成本、节约占地面积等工况需求下，判断机组是否采用并联方式，水泵采用一条管路，还是多条并联管路，需要具体设计。 3.2 管道水锤 排水管道中，由于机组的突然停电及其他原因，容易造成管路水速递变和压力递变， 引起管路系统的水锤影响。际大流量排水系统中，突然停泵后，流量 Q、压头 H、转速 n 和转矩 M 的停泵暂态曲线，反应出水锤增压较大，最高压力几乎是正常压力的 200%,因此具体管
8、路设计需考虑。3.3 管道铺设 在管径大于 DN500mm 以上的水管铺设中，需严格计算管道水力损失，不宜过多的安装弯头，尽量避免管路的起伏，管路铺设的坡度需满足水、气、液三相混流的排水工况。 3.4 附属功能 需考虑机组的运行安全性，在机组的入口设置格栅粗滤设施；由于用于紧急排水工况，便于清理杂物的同时，需考虑在线维护的时间，最大程度的降低故障率。SCADA 系统-监控与数据采集系统的建立，包括液位检测方式、管路流速实时监测、管路压力波动的监测等问题需同时给予考虑。 4 结语 市政真空排水系统有益于提升市政服务水平，可用于城市低洼地区路面、隧道、需重点保护区域等的雨洪排水。目前，采用了真空排水技术的应急排水系统已在某市市政工程中实施，现已完成真空管路的铺设。参考文献： 1 CECS316:2012,室外真空排水系统工程技术规程S.
