下水道是如何工作的？如何才能让下水管道更加通畅？

污水收集系统不仅是现代化的便利设施，更是城市公共卫生，最重要的支柱之一。

不过 ，人类的破坏力也是够强的，我们源源不断地制造着垃圾，然后按下按钮，它们便会流入地下，进入到下水管道中，从我们的视野中 完全消失。

这期让我们看看，下水管道是如何工作的。

在地上放一根管子，再把它指向最近的污水处理厂，这听起来十分容易。可是 ，要真正设计出合理的生活污水管道，要比我们想象的复杂得多。

铺设地下管道，是一项即具有破坏性，又十分昂贵的工作。它们经常要跟道路，以及地下的其他管线紧密相连。为了节约成本和减少不必要的麻烦，这些管道的服役年限一定要尽量长些，而且 ，我们不仅要为眼前的情况设计，还要考虑到 未来城市的发展变化。

毕竟伴随人口的增长，会产生更多的废水，对下水道来说 也是一种考验。

约瑟夫 巴塞尔是伦敦下水道设计之父，他主张将伦敦下水道的尺寸增加一倍。他认为 ，虽然扩大尺寸会带来经济上的负担，但这可以有效避免污水污染饮用水。

通常来说，这两条管道距离是很近的。

设计污水处理系统的第一步，先要了解预期的污水量。我们可以根据这个地区的人口和土地使用情况，估算出一个平均值和峰值。

这还远远不够，我们还要考虑到排水沟壑，虽然它们跟下水管道是分开的，但是 这部分水 还是会进入污水系统。如果遇到了暴雨天气，大量雨水涌入污水系统，必定会超过系统的设计容量。造成的后果可能是，未经处理的污水， 倒流回城市，造成严重的污染。所以 工程师在设计管道前，一定要选择合适的系统容量。

下一步 就是设计管道了，有人说 ，管道工程师最关心的就是重力和摩擦力。事实上，几乎所有的污水系统，都是通过重力来收集和运输废物。

虽然重力唾手可得，可免费的并不一定是最好用的，它也存在一个严重的问题，那就是重力只在竖直方向上起作用，这比其他任何因素，都更能制约现代下水系统的设计和建造。

假如我们用这些沙子代表污物，影响它们从管道排出的因素有哪些呢？

首先 ，就是下水管道的流量。如果流速太快，有可能损坏管道的接头或管壁。如果流速太慢，固体会从悬浮物中脱离，随着时间的推移， 出现阻塞的风险。

我们无法控制重力的大小，也无法控制废水的流动，我们能控制的是管道的粗细和坡度。如果管道的坡度太小，水流就会变慢，随着时间的推移，一些固体就会在底部沉淀并降低管道的容量，最终甚至可以将管道完全堵塞。

如果 在不改变流速的情况下，加大管道的坡度，很明显 ，不仅水的流速增加了，还会冲走一部分沉淀的固体，保持了管道的清洁。

这个速度 ，也被称为自我清洁速度，城市下水管道的自我清洁速度，大约是1米/秒。

除此之外，还要考虑到下水道坡度，与地面之间的关系。如果坡度与地面太近，水管就不能很好地被土壤保护，如果坡度太大与地面太远，水管的挖掘与安装又会变得十分困难。

挖掘沟壑的过程也十分危险，最好安装这种临时支架确保施工安全，或者使用非开挖的形式，比如隧道挖掘法，我们在以后的视频中会讲到。

即便是找到了坡度的平衡点，如果这根管道要穿越一条河流或街道，该怎么办呢？

通常来说，降低或增加整个管道的坡度，是不划算的。这种情况 ，我们一般会采用一种叫倒虹吸管的结构，它允许管道的一部分，可以下降到受压地形以下，然后从河流的另一边流出。

水力坡度线是流体表面的假想线，它高于地面，但管道却输送了低于地面的水流。

倒虹吸管的问题也在于此，水会在这里沉积 ，流速也相对较小，所以很容易形成固体沉淀。

这跟我们家里水槽下面的反水弯很像，拐弯的地方很容易被堵住，即便是加长弯管的长度，问题依旧存在。

我们可以采用分流多条小管的方法，解决这个问题。虽然较小的管道会减少容量，但是可以有效地提高流速，高流速足以冲走这些固体沉淀。

除此之外 ，还有一个关键的因素，就是我们自己。我们每天都会把什么东西扔进下水道，油脂类食物在室温下会凝结成固体。

消毒湿巾也变得越来越流行，如果是这两种东西混合在一起，再强大的下水系统，也会消化不良。

我们来比较下普通纸巾和湿巾，在水中搅拌后分解的速度，差距一目了然。

所以 ，还是把这些固体垃圾，潇洒地扔进你的垃圾桶吧。

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