При урбанизации большинство трубопроводов систем водоснабжения и канализации в муниципальных дорожных проектах располагаются под землей. Если возникают проблемы, это может нарушить нормальную работу производственного оборудования, а в некоторых случаях даже привести к авариям или взрывам. Кроме того, выявление и устранение этих проблем требуют значительного времени. Поэтому повышение контроля качества проектов водоснабжения и канализации в муниципальных дорожных инженериях становится особенно важным. В статье выделены проблемы, с которыми сталкиваются системы водоснабжения и канализации городов современного Китая, обобщены меры для их решения и рассмотрены способы совершенствования проектирования городских систем водоснабжения и канализации.
Ключевые слова: городское водоснабжение и канализация, решение проблем, меры, метод проектирования 
С ускорением экономического развития страны конфликт между спросом и предложением воды в городах становится всё острее. Причины этого заключаются в следующем:
Во-первых, постоянный рост населения. В настоящее время население китайских городов увеличивается со скоростью 0,2% в год, что приводит к значительному росту потребления воды в городах.
Во-вторых, увеличение потребления воды на душу населения. Благодаря развитию промышленности и повышению уровня жизни потребление воды на душу населения в китайских городах выросло почти в 2 раза по сравнению с прежними периодами.
В-третьих, рост промышленного потребления воды.
В-четвертых, проблема дефицита воды из-за загрязнения. По данным исследования, среди более чем 670 городов страны почти половина сталкивается с дефицитом воды, при этом 60–70% случаев дефицита обусловлены загрязнением. Это становится дополнительным ударом для уже ограниченных водных ресурсов страны.
С ускорением ритма жизни и изменениями образа жизни людей потребность в питьевой воде постоянно растет. Однако углубление загрязнения водных ресурсов, а также устаревшие технологии очистки воды приводят к снижению качества питьевой воды, поэтому безопасность качества подаваемой воды всё больше становится фокусом внимания населения. Поскольку в Китае ещё не создана система обновления норм контроля качества воды, невозможно точно отслеживать текущее состояние и перспективы развития качества питьевой воды в городах, а также эффективно использовать современные международные исследования о влиянии качества питьевой воды на здоровье человека. В результате текущие нормы контроля качества питьевой воды в стране устарели и не соответствуют современным требованиям.
В настоящее время проблема загрязнения воды распространена в большинстве китайских городов, что приводит к разрушению водных экосистем, расширению зон дефицита воды и дисбалансу между спросом и предложением водных ресурсов. Эта проблема уже представляет угрозу повседневной жизни и здоровью горожан, а также процессу урбанизации городов.
Инфраструктура канализации китайских городов не соответствует острой необходимости по очистке сточных вод, что проявляется в следующем:
Низкий уровень проектирования. Канализационные системы большинства китайских городов всё ещё являются смешанными (объединяют сточные и дождевые воды). Даже в новых районах городов преимущественно используют смешанные канализационные трубопроводы. Проектирование и строительство канализационных коллекторов не системно, они не образуют единую сеть. Кроме того, наличие утечек в канализационных трубах или проникновение грунтовых вод приводит к тому, что сточные воды не могут быть полностью собраны на станциях очистки, в результате чего проектная мощность оборудования для очистки сточных вод не используется в полной мере.
Неясные отношения между проектированием, строительством, обслуживанием и управлением городских канализационных систем. Рост долгов по строительству канализационной инфраструктуры ограничивает развитие проектов городского дорожного строительства.
Несовпадение между строительством канализационной инфраструктуры и скоростью развития города, а также планированием территории. В процессе урбанизации Китая долгое время приоритетом было получение быстрых промышленных выгод и ускорение темпов развития, что привело к быстрому расширению городского пространства. На поверхности строятся современные дороги с использованием новых материалов и технологий, но подземные коммуникации, особенно канализационная инфраструктура, не соответствуют им. В результате новые дороги часто разрываются для ремонта или реконструкции подземных труб, что приводит к огромным потерям и повреждениям.
Необходимо усилить научные исследования в области строительства проектов водоснабжения и канализации городов, активно внедрять передовые мировые научные достижения и практические опыт, особенно современные высокие технологии, чтобы обеспечить прочность и стандартизацию строительства проектов водоснабжения и канализации в процессе урбанизации страны. Увеличить инвестиции в научные исследования и бюджет на эти цели, а также быстро трансформировать научные результаты в практические приложения, обеспечивая надежную техническую поддержку для строительства проектов водоснабжения и канализации.
Перейти от «закрытого режима эксплуатации» к режиму «государственное руководство с участием рынка». При сохранении объёма государственных инвестиций и бюджетных средств создать благоприятную политическую среду для инвестиций, привлекать капитал через разнообразные каналы финансирования, устранить монополию на рынке. В соответствии с принципом «кто инвестирует, тот получает прибыль и несёт ответственность» определить систему инвестиционных интересов и механизм риск-менеджмента, обеспечить эффективное развитие системы финансирования и способствовать всестороннему развитию отрасли водоснабжения и канализации городов.
Создать нормативы, соответствующие международным стандартам, совершенствовать законодательство посредством законодательной деятельности, установить чёткую систему обязанностей по строительству и управлению проектами водоснабжения и канализации, определить компетенции органов. Сформировать чёткую систему прав, обязанностей и надзора для органов планирования, строительства, обслуживания и контроля.
В практическом процессе некоторые трубопроводы оказывают мало влияния друг на друга, поэтому расстояние между ними можно уменьшить по усмотрению. Например, по нормам горизонтальное расстояние между трубопроводом для отопления и канализационной трубой составляет 1,5 м, но при современном повышении качества труб этого расстояния можно уменьшить в зависимости от конкретных условий без влияния на нормальную эксплуатацию труб. Проектировщикам необходимо усилить маркировку и описание основания труб, встроенных элементов, диаметра труб, отметок высот и т.д., а также привлекать максимальное количество типовых или рабочых чертежей для избежания ненужных потерь. При общей планировке необходимо осуществлять разметку в соответствии с следующими нормами: обеспечить устойчивость труб при нагрузке (чтобы они не были повреждены); в холодных регионах или зимой гарантировать отсутствие замерзания среды в трубах и соответствие требованиям вертикальной планировки; осуществлять разметку вертикальных расстояний между трубами в соответствии с стандартами. Разные виды труб имеют разную прочность на давление, поэтому минимальная толщина наполнения грунта над трубами определяется конкретными характеристиками выбранных труб.
Оптимизация проектирования структуры трубопроводных сетей водоснабжения и канализации — это поиск оптимального сочетания диаметра труб и параметров насосов при заданных условиях эксплуатации. Прианных трубопроводах необходимо рационально распределять расход воды по сети, применять алгоритмы муравьиного алгоритма для оптимизации диаметра труб при строительстве, рационально планировать и размещать зоны водоснабжения в соответствии с рельефом города, а также применять режимы водоснабжения с разными диапазонами давления для минимизации эксплуатационных издержек всей системы. В настоящее время широко используемые алгоритмы муравьиного алгоритма в области водоснабжения и канализации включают: метод линейного программирования, метод нелинейного программирования, метод динамического программирования и эволюционные алгоритмы. При решении задач по оптимизации проектирования крупных и средних трубопроводных сетей можно выбрать эволюционные алгоритмы для поиска оптимального проектного решения. Комплексно применять технологию прямого накопления давления в трубопроводных сетях и оборудование для водоснабжения с регулировкой давления и предотвращением отрицательного давления: при достаточном расходе воды и относительно стабильном давлении в муниципальных трубопроводных сетях водоснабжения можно использовать оборудование для водоснабжения с регулировкой давления и предотвращением отрицательного давления; в районах с высокой концентрацией потребителей питьевой воды и пиковыми расходами необходимо применять технологию прямого накопления давления в трубопроводных сетях для уменьшения влияния пиковых расходов на сеть и обеспечения нормальной работы оборудования, предотвращающего отрицательное давление.
При прогнозировании объёма дождевых вод период восстановления (частота повторения) для проектирования канализационных коллекторов для стока дождевых вод определяется на основе характеристик бассейна сбора, рельефа и климатических условий. Традиционные методы не позволяют обеспечить оперативную оптимизацию многих параметров в формуле расчёта интенсивности сильных дождей. Эволюционные алгоритмы с использованием технологии глобального случайного поиска и прямого воздействия на целевую функцию позволяют избежать сложностей с использованием производных высоких порядков, прямых вычислений и уравнений высоких степеней, повышают точность расчётов и оптимизируют параметры в формуле расчёта интенсивности сильных дождей. Период восстановления для главных магистралей, важных районов или районов, где застаивание воды за короткое время может привести к серьёзным последствиям (особенно перекрестков в низинах рельефа) следует увеличить по усмотрению. В центральных районах городов или на заводах из-за высокой плотности зданий и большой интенсивности движения транспорта канализационные коллекторы для стока дождевых вод обычно выполняют в виде подземных труб; в районах с ровным рельефом можно применять способ установки плиток для стока дождевых вод — этот метод более экономически эффективен и удобен в обслуживании и управлении. В пригородных районах или районах с низкой плотностью зданий можно рассматривать использование открытых канав для стока дождевых вод, что позволяет сэкономить инвестиции в проект и снизить затраты на строительство трубопроводов. При этом сток дождевых вод с поверхности дорог должен осуществляться преимущественно через наземные канавы, а начальные участки магистральных труб должны использовать наземные канавы для стока дождевых вод — обычно это позволяет сократить длину подземных труб на 100–150 м.
Магистральные канализационные трубы под улицами часто планируются до окончательного утверждения проекта планирования жилых комплексов, то есть места подключения сточных вод не определены окончательно. Для лучшего подключения канализационных труб и вертикальных стоков в проектировании магистральных канализационных труб через определённые интервалы оборудуют соединительные трубы, которые выводятся за границы застройки и заходят в тротуары. Это позволяет избежать разрушения дорожного полотна при последующем подключении вертикальных стоков, уменьшить объём строительных работ и сэкономить инвестиции. Для удобства подключения сточных вод из зданий в районе расстояние между соединительными трубами должно определяться в зависимости от потребностей, быть разумным и избежать расточительства. Необходимо избежать конфликтов с другими подземными коммуникациями. Меры для решения таких конфликтов включают: использование ступенчатых колодцев для регулировки уровня в канализационных трубах; расширение поперечного сечения труб в отдельных участках для обеспечения сохранения сечения для прохода воды и отсутствия влияния на сток; в особых случаях использование обратных сифонных труб. При проектировании городских систем водоснабжения и канализации необходимо проводить детальный анализ на основе уникальности, специфики и конкретных условий каждого проекта, а при обеспечении надежности и рациональности продвигать выбор более экономически эффективных решений для водоснабжения и канализации. Особенно в процессе создания новых районов городов, реконструкции старых районов и строительства городских дорог всё чаще возникают задачи по научному планированию и проектированию трубопроводных сетей водоснабжения и канализации. Необходимо устранить недостатки в проектировании, адаптироваться к потребностям развития городского строительства на основе практических условий и оптимизировать проектную структуру.
В процессе реализации стратегии устойчивого развития Китая устойчивое развитие водных ресурсов занимает особенно важное положение, а водные ресурсы стали важным фактором, ограничивающим экономическое и социальное развитие страны. Поэтому создание новых подходов к организации городских систем водоснабжения и канализации становится исторической обязанностью соответствующих инженеров.
