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唐建国:对比德国排水管道建设,促进我国排水事业的发展

时间: 2021-05-19 11:52

来源: 中国水网

作者: 刘彤整理

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331-41日,“2021(第十九届)水业战略论坛在北京举办,上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司(以下简称上海城建设计总院”)总工程师唐建国做了题为“德国排水系统管道情况介绍及若干问题讨论”的报告。

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  德国排水管网情况

  一、调查范围

  从1984-1985年起德国水协就开始对德国排水管网状况进行定期调查(平均三~四年进行一次)。本次论坛所谈内容是基于2018年的调查数据。本次调查对象是德国各地众多的排水管网运营商,共随机调查了423家排水管网运营商。涉及服务人口2860万人,相当于德国总人口的34.7%。按照人口规模,此次调查将城镇规模分为5级。从表中可以看出5万人口以下城镇其排水管网长度要占德国排水管网总长度的75%以上,可见德国小城镇的排水管网十分完善。

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  本次调查的排水管网总长为126161km,约占德国排水管网总长的21.2%。其中G4级和G5级城镇的代表性很强,但规模较小的城镇代表性较低。各州排水管道调查情况详见表2,柏林和不莱梅两个城镇调查比例数值很高。“柏林这个城市把管网全部做到100%,不莱梅作为一个直辖市,也能做到75%,很不容易。”唐建国说道。

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二、纳管率

  德国采用纳管率污水的收集和处理情况,据联邦统计局报告,德国城镇排水系统纳管率97.1%,与2013年相比,提高了0.2个百分点。本次调查的纳管率为98.2%,其与此次调查G4级和G5级的小城镇调查占比较高有关。“德国污水纳管率是按污水管网服务范围的居民人口数计算,即纳管人口数占总人口数的百分数。德国的户口管理也是非常严格的,所以统计计算的纳管率也是非常精准的。我国污水处理率的统计方法相对存在较多的不确定性。”唐建国介绍得到。

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  德国污水纳管率:用当量人口衡量是个好方法。准确、公平。

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三、排水体制

  德国基本上是北部以分流制为主,南部以合流制为主。合流制占比最高的是萨尔州,合流制占比92.1%,其次是巴登州80.8%。因原东德地区新建分流制较多,故排水体制全国排水体制分界线,德国人称其为排水体制的“赤道线”逐步南移。

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德国排水体制分布情况

  四、排水管道长度

  据联邦统计局报告,德国2016年城镇排水管网的总长度为59.43万km。自1995年以来,城镇排水管道长度增加了19.5万km,即每年约增加9200km。

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  据2015年调查,合流管总长占排水管道总长42.2%,污水管道占35.8%,雨水管道占22%。按照居民人口计算,平均每人7.14m排水管道,平均40.23m一座检查井。

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五、管龄

  德国的平均管龄为36.9年。按照各年龄段的长度比例,排水管道的平均管龄为45.3年。人口低于5万的城镇中,60%的排水管道的管龄在50年以下。人口超过25万的大城镇中,超过15%的排水管道年龄在100年以上。平均管龄为55.4年。

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  按照经验分析,德国的这些管道平均可使用时间为80年,剩余使用年限平均为47.1年。调查认为,为了确保排水管道能够实现应有的使用期限,在使用期内进行维修、修缮等整治是非常必要的。整治需求与管龄,或者使用年限没有直接关系。唐建国说:“管龄不应该作为是否需要修复的指标,这对我国的管道评估很有意义。”

  德国排水管道平均可使用时间及剩余时间一览表(经验)

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六、管材

  排水管道的管材分布几乎没有任何变化。陶土管和混凝土管的比例仍然在增加;塑料管在私人小区小口径排水管道比较常见。

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德国管材使用情况

  七、管网缺陷状况

  通过数据显示,德国目前49.9%的排水管道已进行过检测,35.8%的排水管道做过多次检测。尚未检测的排水管道比例为14.3%,其中压力管道居多。管网缺陷包括结构性缺陷和功能性缺陷两个方面。德国将“入渗”和“外渗”作为功能性缺陷。

  唐建国说:“影响排水管道结构安全的问题就是结构性缺陷,影响排水管道正常工作问题的就是功能性缺陷。支管和主管连接处损坏(27.3%)、裂缝(25.7%)等是结构性缺陷的主要问题,行道树和粘附物(20.5%)等功能性缺陷对排水管道的影响也很大。德国把地下水入渗或者污水外渗作为结构性缺陷,我国作为功能性缺陷。”

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八、检查井缺陷状况

  排水检查井的结爬梯损坏是检查井最常见缺陷(19.6%)。而在上次调查中最常见的井盖和井框的损坏则下降了6%。第三种最常见的检查井结构损坏原因是连接处的突出或损坏(10.7%),爬梯究竟要设还是不设,是需要去思考。

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九、排水管道修复

  对于排水管道修复方面,德国与我国不同的是评价等级越低,修复迫切性越强。24.7%的排水管道状态等级为0至2级,是需要在中短期内进行修复的。完整的排水管网管理体系,应包括修复计划和策略。

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  欧盟标准的DIN EN752《建筑物外排水系统-第五部分:整治工艺分类》将整治措施分为三个类:

  1)修理:局部小范围的病害排除;

  2)修缮:在完全或者部分利用包括其原始管渠材料的情况下,改善排水管道当前的状态;CIPP在此类中。

  3)更新:在原管位(内部)或者另外的位置实施新的排水管渠,替代原有排水管渠的功能。

  管道修理呈增加趋势,占51.1%,说明缺陷不严重。修缮中,非开挖内衬翻新的比例在幅增加。管道管材翻新则持续降低。在调查中,71.4%受访者是结合几种修复方式,进行综合修复;28.6%受访者是只采用一种修复方式。

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十、管道修复费用

  唐建国介绍道:“德国排水管道缺陷是可以通过修理的方法解决,说明大部分缺陷是局部的、微小的缺陷,另外通过修缮方法治理的缺陷,大部分采用的是CIPP这种方法。目前CIPP方法使用越来越多,技术改进、材料更新和公司间的竞争,使用内衬修复(翻新)的单位修复费用则逐年下降,该修复方式的改进、优化、使用频率的提高,以及供应商之间竞争加剧等原因。但是管材翻新费用略有上升。”

  十一、德国雨水池

  在合流制溢流口处建设湿地设施,也是德国推行的措施。但是,这种设施没有出水标准,也不对其进行监督考核。

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  雨水池已成为排水系统的重要组成部分。德国、日本将具有各种功能的这些构筑物统称为“雨水池”。雨水池是对雨水、合流水截流,和/或者处理池子的综合概念(如:雨水沉淀池、雨水截流池、雨水溢流池)德国工业标准DIN4045。我国则一律称为“雨水调蓄池”。为什么我们加上“调蓄”二字?“调蓄”说明不了功能的内涵,也没有与所应用场所相对应,更与对应的设计方法不协调。“德国现在的趋势是溢流池越来越少,截流池越来越多,包括运行中的溢流池也在改造成截流池。”唐建国介绍道。

  唐建国说:“这张图(下图)可以很清楚的看出净化雨水截流池和溢流池区别,最大的区别是前者没有溢流,后者溢流水的得到沉淀的出水。”

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雨水沉淀池

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  图示是雨水截流池与溢流池合并的案例。该处排水口位于水源保护区,且排水区域(39hr)为工业区,采用分流制;雨天该分流制区域雨水先进绿地下部的截流池,再进入污水处理厂;超过截流池能力时,就进入雨水溢流池(图中绿地),再从溢流口排出。

  十二、地块排水

  德国发现了约有三分之二的排水管网的连接管有问题,这些问题主要出现在合流污水管中,或者是含有合流污水管在内的组合系统。唐建国说:“如为了解决地下室潮湿问题,居民抽排地下水至合流管网中。对污水处理系统运营商来说,这一问题会导致外来水的增加,导致相关污水处理厂的计费困难。”

  13.4%的城镇在现行法规中要求连接管道需经过批准,另外46.5%的城镇只有在特殊情况下才批准连接管。地块排水系统46.3%由当地城镇主管当局进行验收,21.7%地块排水系统由市民提交相关证书进行验收,32.0%地块系统没有进行验收。78.4%的受访者称被要求提供相关证明、例如排水系统现状、功能、防水测试等。

  大约有同样比例的地块排水运营商被要求提供符合当地废水法规的资质证明,以及符合RAL GZ968或RAL GZ961的专业公司认证。德国水协指出,今后,与公共部门通过选择有质量保证的管道建设公司一样,地块建设的私营部门也应选择有质量保证的管道建设公司。

  德国排水管网背景下对我国发展的讨论

  对于管道的橡胶圈是预设还是后加?O型的橡胶圈合适吗?

  我国的管道使用寿命是50年,但如果橡胶圈出现问题,那管道寿命就不是50年。德国的管道橡胶圈都是预设的情况,但出厂时橡胶圈不是预设的状态则导致部分没有安装橡胶圈,最后就会出现漏洞的状态。O型橡胶圈安装时会扭曲变形,扭曲变形后是不能使用的。

  检查井井距如何确定?

  所有管道的顺序一定是先做井、后安装。

  我国排水管道该用什么断面形式?

  旱天、雨天有不同的截面,保证不淤流速是排水管道畅通的前提,保证不淤流速是排水管道设计的核心。我国污水管、合流管,由于计算污水量往往是按照远期水量,近期有流速吗?如下图2、5、6、7、8断面就能够适应近远期。降雨大小、在地形平坦的地区,同样上述断面有较好的适用性。对于合流和雨水干管则宜采用9和4的断面形式。带有平底座的排水管道突出的优点是:可以很好地解决回填中45°区域不易填实的问题。

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  排水管道建设要注意什么?

  如何把建设有功能、有质量和能发挥作用排水管道的理念贯穿到排水管道建设中,唐建国结合多年实践经验,总结了排水管道建设“六讲”。“六讲”简单、明了,有道理,也是做好排水管道规划、设计、施工和管理的基本要求。

  第一讲范围:

  道路排水管道工程的设计范围与道路工程的设计范围是不完全一致的。除了沿道路长度范围就有可能不一致外,排水管道的设计范围更要讲道路红线外的所要服务的范围,目的就是要能够把这些所服务范围的污水、雨水有效接进来。相关规划文件、设计文件在描述排水管道建设范围时,一定要把道路两侧的服务范围在文件上说清楚,在图纸上画清楚。这也是为今后排水户排水纳管管理提供重要依据。

  第二讲对象:

  把服务范围内的各类排水对象真正弄清楚,如居住小区、学校、医院、工厂、机关、公园等。根据不同的对象确定相应的污水量、径流系数,并统筹、合理考虑其依照规划的发展变化。不分对象特征,采用综合污水量、综合径流系数在一定程度上都是规划、设计工作不深入、不扎实的具体表现。弄清服务范围和服务对象是现场踏勘的重要工作,真不能“走马观花”。设计文件说不清服务对象,排水纳管管理与运维管理可真就要“无所适从”了。

  第三讲出口:

  排水管道建设一定是从末端向起端设计的,污水、雨水管道要与下游道路污水、雨水管相接、与泵站相接,雨水管甚至要直接接入水体。一定要搞清楚相接点基本设计要素,管径、坡度、管底高程,更要对下游系统可否接入所设计管道的设计水量进行必要的验算和复核,可不能够把管子“一捅了之”。能否把大学排水工程课本里的“管顶平接”、“水面平接”应用到实际情景中,就是基本功的体现。雨水直接排入水体,就一定要说清楚所排入的水体基本情况,如常水位、多年平均高水位、最高水位等。保证“不淤流速”是排水管道设计的灵魂,一定要慎用“最小坡度”,特别是在按照远期流量设计时,否则就要考虑冲淤措施。自流雨水排水口一定要露出来。雨水排水口露出来是保证雨水排水的畅通,是对污水混接治理工作有效性的检验。

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  Pforzheim市一条污水处理厂2200进水总管,过ENZ河。深度15米,总长500米。2013年建成,是全世界巴黎、苏黎世、伦敦等城市第五个“压力空气垫”倒虹管。采用的方法是旱天向倒虹管“加注”压力空气,在倒虹管上部形成“压力空气垫层”,从而实现倒虹管内非满流和高流速,避免了污泥淤积。该工程十分精细,反冲洗、压力、水位等检测齐全,旱流污水管和倒虹井底冲洗底防淤冲洗齐备;倒虹井设计精细巧妙。倒虹井井盖与地表铺装一致,打开栏杆和防坠措施齐全完整、内部环境整洁有序。

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第四讲进口:

  道路排水管道要为将服务范围内排水对象的污水、雨水有效接入创造条件。自2006年,上海市政府实施第三轮环保行动计划时,提出了二级管网(沿道路敷设,服务于道路两侧排水户的排水管道)包括伸出道路红线一米的支管和支管末端检查井,以便于三级管网(街坊、小区、企事业单位内)排水管道的接入。现在看来,无疑是对实现污水全收集是正确和合理的做法。

  另外为了应对雨水排水标准提高,有两个做法,一是做“加法”,二是做“减法”。“加法”不单是按照新的标准加大道路雨水管管径,更重要的是要按照新的雨水标准把雨水篦子和连管设置好,要让雨水系统能够做到(雨水口)“嘴巴喝得进”、(连管)“嗓子进得去”、(道路雨水管)“肠子不梗阻”、(雨水排口)“排口排得出”。

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  雨水口间距、数量、形式和连管口径是根据其能够保证将其收集范围雨水。被有效“喝下去”确定的,还得做好雨水口周边的“三个坡”,更不能被“堵了”。

  脱离雨水收集口的雨水排水设计是不完整的雨水排水设计。“减法”就是做好LID,利用“海绵措施”把径流量减下来,“减法”实际上也是对“进口”一种创新设计。将道路绿化隔离带、人行道、小区内部、屋顶进行海绵化改造和设计,这就是创建“海绵城市”的具体行动,这就是城市工程海绵化。

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图中美国费城的“绿色英亩计划”案例就证明,“减法”是雨水排水提标的重要手段。做好“减法”还会收到一个非常好的效果,那就是有效减少了“径流污染”,这是实现城市水体“下雨不黑”的最有效措施。“减法”体现的是“绿、灰”相结合,体现的是“优先考虑更多利用自然力量排水”。一英亩地表改造后所减少的径流量,不就是雨水标准提标要增加的雨量吗?减的不就是灰色吗?

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  在唐建国发表的《排水管道建设要做到“六讲”》文章中,也谈到了对广州项目的介绍。广州利用绿色措施实现“排水单元达标”就是对雨污混接改造工作的创造性发展。很多城市雨水排水规划、设计文件为体现海绵城市创建和提标,不谈绿色措施,而简单地将“综合径流系数”调整0.6是不科学、不现实和不负责任的做法。

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  第五讲系统

  “讲范围、讲对象、讲出口、讲进口”就是“讲系统”的具体表现。在此基础上,设计计算书还要包括:在最小水量时,如按照远期水量设计的管道,近期最小流速不满足要求的对策措施,包括倒虹管;在水体高水位时,排水管道高水位时,道路积水时等的排水条件的复核与验算。当然,降雨前能够实现城市水体低水位,是保证雨水安全排水的前提,这也是“蓝色措施”。“蓝色”措施是解决内涝最有效的手段之一。在新建排水管道的同时,不要忘了对“满身是病”的现状排水管道进行整治(这就是“管”的内容)。上海中心城区雨水排水规划方案提出的“管、绿、蓝、灰”有机结合的理念是支持排水标准与内涝标准提升和雨天出流污染削减多目标同时实现的基础,是系统规划的体现,也是正确的路径。仅依靠按照若干毫米设计的所谓雨水调蓄池解决不了雨水排水提标,也解决不了城市水体“下雨就黑”。

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  上海中心城区雨水排水规划方案提出的“管、绿、蓝、灰”有机结合的理念是支持排水标准与内涝标准提升和雨天出流污染削减多目标同时实现的基础,是系统规划的体现,也是正确的路径。

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第六讲质量:

  “排水管道、排水管道”是指能够发挥正常排水功能的管道,其质量是不可忽视的,没有质量,就不能够保证排水功能的发挥。49字箴言全面概括了对排水管道质量保证的要求。

  管材质量要牢靠——管材现场一定要抽检,特别是环柔度(挠曲性)

  管道基础要托底——基础在承口处做槽,即托底,又限位

  管道接口要到位——插口末端画条线;先做井,后装管

  沟槽回填要密实——原土回填,重视密实度。实现“管土一体”

  严密检查要保证——提倡闭气试验,雨水管也要做

  窨井质量要重视——窨井井体要与管道材质一致,也不能漏水

  运维管理要扎实——巡视、清通、检查、修理要跟上

  如果还要提一个质量标准,那就是“两张图、两句话”:污水管道非满流、有浓度、水畅流;雨水管道:旱天无积泥、无水流。

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  唐建国在论坛上结合实际考察对德国一污水管道工地进行了介绍分析:

  1、采用D400陶土管(3米节,每节约300欧元),注意插口橡胶圈是出厂前已被固定在上面了。

  2、与用户接口是直接连接的,德国允许直接连接;在现场用专门工具在管上开洞,并用专门连接件做好密封。

  3、敷设好若干长度后采用“气密法”进行严密性检查,合格则开始回填。

  4、回填采用“液态回填材料”;不需振动捣实,就可达到回填要求;没有尘土、不要黄沙、没有噪音、原土利用、基础与管一体,且沟槽可很窄。

  5、支座上有一用软木“填塞”的缝,这就是用于管道安装时高程误差的调节。

  6、为了防止地下水把木支座泡胀,影响管道高程,在使用前必须先把支座泡24小时。

  7、综合造价800欧元/米。

  唐建国介绍道近期住房建设部发布的《2019年城市建设统计年鉴》,《2019年城市建设统计年鉴》中称:我国城市排水管道总长约为74万km。与德国排水管道总长近602万km相比少很多。

  无论是为解决污水管网全覆盖、污水全收集、全处理,还是为提升雨水排水标准,解决城市内涝问题,排水管道建设一定是我国今后城市建设重中之重的任务。而且一定要把所建设的排水管道建成为:有相应功能、有质量、能正常发挥作用的排水管道。在演讲的最后唐建国呼吁在做排水管网建设和维护时要讲规矩、讲科学、讲道理、讲质量!

编辑:赵凡

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