一、河网密集区域城市的排水挑战

河网密集区域多位于平原水乡或滨江沿海地带，排水系统与自然河道深度交织，呈现 “河道多、水位波动大、路径复杂” 的特征。城市污水需经管网汇入泵站，再排入河道，但河道水位受季节、潮汐影响显著，枯汛水位差可达数米。此时，排水泵站进出水管道设计至关重要，若不合理易引发 “顶托效应”，导致排水效率下降、内涝频发，甚至破坏河道生态，因此科学设计管道规避顶托，是这类城市排水建设的核心。

二、顶托效应：成因与危害

（一）顶托效应原理剖析

顶托效应本质是 “水位差失衡” 导致的水流受阻。进水管道需将积水引入泵站，出水管道需将处理水排入河道，均依赖合理水位差驱动。当河道水位升高超过出水管道排放口高程，会对管道排水产生反向压力，形成 “出水端顶托”，导致排水困难甚至倒灌；若进水管道连接的河道水位过高或坡度不足，水流速度放缓，积水无法及时汇入，形成 “进水端顶托”，同样影响效率。核心矛盾在于管道设计未适应河道水位动态变化，导致 “排水动力” 与 “河道阻力” 失衡。

（二）带来的危害列举

加剧城市内涝：出水端顶托使泵站无法正常排水，管网积水快速蓄积，易引发道路积水、地下室倒灌。如 2023 年某江南水乡汛期，因泵站顶托，老城区 20 余条街道积水超 1 米，部分小区停水停电 3 天。

恶化河道水质：顶托导致污水滞留管道，滋生细菌、污染地下水；河道水倒灌还会带入泥沙、污染物，堵塞管网并损坏设备，形成 “污染循环”。

损害排水系统：水流速度不稳定导致进水管道泥沙沉积、腐蚀加速；出水管道承受反向压力，易出现接口渗漏、管道破裂，增加维护成本与安全隐患。

三、进水管道设计策略

进水管道设计需围绕 “防淤积、保畅通、抗顶托”，通过参数规划与结构优化保障水流稳定汇入。

（一）合理的管径与坡度规划

管径选择需避免 “小马拉大车” 或 “大马拉小车”：管径过小易磨损管道，过大则水流放缓、泥沙淤积。需结合多年平均排水量与暴雨峰值，选择能容纳最大排水量且水流速度维持在 0.6-1.0 米 / 秒的管径，兼顾防淤积与减冲刷。

坡度需保证 “持续下坡”，依托重力输水。平坦区域坡度控制在 0.3%-0.5%（每 100 米下降 0.3-0.5 米）；起伏区域避开上坡段，无法避开时抬高管道起点，确保整体下坡。

（二）优化进水口位置与形式

位置选择遵循 “远离高水位河道、靠近积水核心区”：避开主河道支流，必须靠近时，进水口高程需高于河道历史最高水位，防止倒灌；同时布置在低洼路段、老城区等易积水区域，缩短积水汇入距离。

形式选择结合水质：格栅式适合落叶多、垃圾多的区域，可过滤杂质但需定期清理；喇叭口式进水面积大、阻力小，适合泥沙少的区域。两种形式均需设置 “防倒灌挡板”，管道内水位低时自动关闭。

（三）设置缓冲与调节设施

前池位于进水管道末端与集水池之间，作用是减速稳流、沉淀泥沙，容积需匹配管道 5-10 分钟最大排水量，底部设坡度方便清淤。

溢流井设置在管道中途或末端，降雨量过大时自动开启，将多余积水引入临时蓄水池或低水位河道，避免管道破裂；河道水位低时关闭，确保积水全汇入泵站。如上海某滨江泵站设 2 座溢流井连接景观蓄水池，实现 “排蓄两用”。

四、出水管道设计要点

出水管道设计围绕 “抗高水位、保排放、强监测”，确保污水不受河道水位反向压制。

（一）提升排放高程的方法

排放口高程是防顶托核心，需高于河道历史最高水位。地形平坦、建筑少的区域，可直接抬高管道敷设高度，如武汉某泵站沿堤岸敷设管道，高程比历史最高水位高 0.8 米；周边高楼密集、无法抬高管道时，设二次加压泵站，通过高功率水泵加压排水，如广州某临江泵站设二次加压泵站，汛期顺利排污水入珠江。

（二）合理选择管材与连接方式

管材选择兼顾强度、密封性与抗腐蚀性：球墨铸铁管强度高、抗压强，适合主干管；PE 管柔韧性好、抗腐蚀，适合分支管或起伏地形；钢筋混凝土管成本低、耐用，适合水位稳定的河道，但需做内壁防腐。如杭州某泵站主干管用水墨铸铁管，分支管用 PE 管，平衡性能与成本。

连接方式确保密封：球墨铸铁管采用承插式连接，橡胶密封圈密封；PE 管采用热熔连接，形成整体无渗漏；钢筋混凝土管采用企口式连接，沥青麻丝与水泥砂浆填充。安装后需做 24 小时水压试验，无渗漏方可使用。

（三）建立智能调控与监测系统

监测系统需在三处装传感器：河道水位传感器监测排放口附近水位，接近警戒值时预警；管道流量传感器监测水流速度与流量，流量骤降提示顶托；集水池水位传感器监测水位，过高时联动调整泵站。

调控系统通过物联网传输数据至控制中心，实现自动调节：河道水位高时提升水泵功率，超单泵能力时启动备用泵；水位下降后降低功率节能；结合天气预报提前降低集水池水位，预留容积迎暴雨。

五、案例分析：成功与失败的实践

（一）成功案例：苏州平江新城排水泵站

改造时针对进出水管道采取三项措施：进水管道管径从 DN800 扩至 DN1200，坡度调为 0.4%，末端设 500 立方米前池；出水管道排放口高程高于历史最高水位 1 米，用球墨铸铁管承插连接，中途设二次加压泵站；装三类传感器实现水泵自动调节。改造后两次特大暴雨均无顶托，排水效率提升 40%，解决内涝。

（二）失败案例：某南方小城滨江泵站

设计忽视潮汐影响，进水口设滨江路低洼处且无防倒灌挡板，汛期江水倒灌淤积管道；出水口高程仅比常水位高 0.3 米，涨潮时水位超排放口，污水倒灌；无监测系统，顶托时未及时发现，泵站停机 2 天，周边积水超 0.8 米。后续调整进水口位置、抬高出水高程、加装监测系统，才解决问题。

六、总结与展望

（一）设计要点回顾

进水管道以 “防淤积、保畅通” 为目标，靠合理管径坡度、优化进水口、设缓冲设施实现；出水管道以 “抗顶托、强排放” 为目标，靠提升高程、选好管材、建智能系统保障；整体需结合潮汐、汛期等水位变化，统筹设计并衔接城市管网与河道生态。

（二）未来技术发展趋势

智能技术上，结合 AI 与数字孪生建 “泵站 - 管道 - 河道” 一体化模型，模拟场景优化参数，传感器实现 “全覆盖、高精度” 监测，从 “被动应对” 转 “主动预防”；生态设计上，排放口设人工湿地或缓冲带，二次净化污水，用可回收管材降碳；系统联动上，泵站与防洪、生态补水系统联动，汛期排水保安全，枯水期排中水补河道，提升水资源利用率。

总之，河网城市排水泵站管道设计需兼顾技术与生态，尊重自然规律、结合先进技术，才能破解顶托困局，实现排水安全与生态保护双赢。