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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