蘇邑設(shè)計集團有限公司 張靜

一、研究背景

近年來水環(huán)境的要求越來越高，同時隨著城鎮(zhèn)化進程加快，城市治理面臨的不確定因素和未知風(fēng)險不斷增加，以“耐災(zāi)”為核心的“韌性城市”治理思路被提出。此外，面對當(dāng)前智能化、信息化的發(fā)展趨勢，城市管理也逐步向精細化管理發(fā)展[1]，通過大數(shù)據(jù)整合與分析，逐步實現(xiàn)協(xié)同治理。

城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)是重要的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施，是衡量城鎮(zhèn)現(xiàn)代化水平的重要標志，要樹立系統(tǒng)思維理念，高度重視城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和管理[2]。隨著我國城市化進程的推進，污水系統(tǒng)的建成度已相對較高，目前污水系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展已經(jīng)開始進入“從有到優(yōu)”的階段，污水收集處理的目標也逐步發(fā)展為污水收集、處理動態(tài)全過程的管控，即對一些突發(fā)情況或者不正常運行狀態(tài)的應(yīng)對、包容能力。但目前大多污水系統(tǒng)還無法實現(xiàn)動態(tài)全過程的安全管控，污水事故排放等還是偶有發(fā)生，對水環(huán)境質(zhì)量依然存在一定的風(fēng)險。因此，面對當(dāng)前水環(huán)境要求不斷提升的要求，以及韌性城市、精細化管理等發(fā)展需求，需系統(tǒng)性提升污水系統(tǒng)應(yīng)急安全保障能力。本文以南京市污水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)分析污水系統(tǒng)應(yīng)急安全保障能力提升的規(guī)劃策略。

二、污水系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題

（一）污水系統(tǒng)及干管相互獨立

南京市污水系統(tǒng)大多在流域、豎向的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市的發(fā)展、建設(shè)需求等因素構(gòu)建而成，污水處理廠布局相對分散。由于污水的“重力流”特征，污水管網(wǎng)基本呈“枝狀”布置，單個污水系統(tǒng)內(nèi)部的主干管往往僅有一根或者多根主干管之間互不相通，沒有備用管道，不同污水系統(tǒng)之間的主干管網(wǎng)也互不連通，相互獨立，污水系統(tǒng)內(nèi)以及污水系統(tǒng)之間的聯(lián)系比較薄弱。

（二）檢修、事故調(diào)度不便，應(yīng)對突發(fā)性事故風(fēng)險能力較弱

1.主干管年久失修，難以停水檢修

目前老城區(qū)部分污水管道建成時間已接近40年，已接近《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》GB5078-2012中規(guī)定的地下干管結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限。管道內(nèi)部逐步出現(xiàn)淤積、內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞等缺陷，影響主干管的正常使用。但由于大部分主干管管徑大、埋深大，長期滿負荷運行，運行輸送水量大，難以實現(xiàn)調(diào)排，因此難以進行清淤、檢修，管道問題難以解決，污水系統(tǒng)運行風(fēng)險越來越大。

2.主干管輸送水量大，事故排放對水環(huán)境影響大

由于主干管處于污水輸送的下游，其輸送的污水量較大，南京主城污水處理廠現(xiàn)狀規(guī)?；緸?0—67萬m3/d，以江心洲污水系統(tǒng)主干管—應(yīng)天大街箱涵為例，其尺寸為2800x2800mm，其設(shè)計過流能力約40萬m3/d，現(xiàn)狀長期處于高水位運行狀態(tài)，且該箱涵建成已超過30年，一旦發(fā)生運行事故，其泄流的污水量將會對周邊河道水環(huán)境造成非常大的影響。

（三）運行調(diào)度不便，難以統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)各片區(qū)污水處理能力

由于現(xiàn)狀污水管網(wǎng)存在諸多功能性、結(jié)構(gòu)性缺陷以及雨污水管網(wǎng)混接等問題，導(dǎo)致現(xiàn)狀有較多外水進入污水系統(tǒng)，帶來污水系統(tǒng)高水位運行。此外，老城區(qū)還存在部分截流系統(tǒng)，雨天截流一部分雨水進入污水系統(tǒng)，分流制過渡期內(nèi)、污水管網(wǎng)提質(zhì)增效完成之前，污水系統(tǒng)內(nèi)的外水難以徹底“擠出”。根據(jù)南京市主城區(qū)各污水系統(tǒng)近年來實際運行數(shù)據(jù)，大部分污水廠已趨于滿負荷運行，少數(shù)長期超負荷運行。其中，服務(wù)于老城區(qū)的污水廠基本已建成，且處于超負荷運行狀態(tài)，同時現(xiàn)狀污水處理廠周邊難以找到擴建用地；而服務(wù)于新城的污水廠還有擴建條件且近期規(guī)模有一定富余。因此，在分流制過渡期內(nèi)、污水管網(wǎng)提質(zhì)增效完成之前，污水廠需處理部分外水的前提下，污水廠的處理能力存在時空分布不均，而現(xiàn)有污水系統(tǒng)之間相互獨立，難以進行水量調(diào)配、實現(xiàn)協(xié)同處理、最大化發(fā)揮污水系統(tǒng)運行效率。

（四）小結(jié)

綜上，以南京市污水系統(tǒng)現(xiàn)狀情況為例進行分析，當(dāng)前各污水系統(tǒng)之間相互獨立，系統(tǒng)內(nèi)的主干系統(tǒng)也是相互獨立的，污水系統(tǒng)的運行依然存在一定的“脆弱性”，對一些應(yīng)急、事故狀況的應(yīng)對能力相對較弱，抗風(fēng)險能力也較弱，一方面對水環(huán)境的進一步提升形成制約，另一方面也難以實現(xiàn)污水系統(tǒng)協(xié)同運行，系統(tǒng)運行效率較低。

三、其他地區(qū)案例分析

（一）上海市

新一輪《上海市污水處理系統(tǒng)及污泥處理處置規(guī)劃（2017-2035年）》提出了提升污水系統(tǒng)安全保障的發(fā)展思路，通過增設(shè)區(qū)域污水輸送干線之間的聯(lián)絡(luò)管、建立健全應(yīng)急調(diào)度和處理處置的管理機制及技術(shù)儲備，實現(xiàn)污水流量調(diào)配和事故時跨區(qū)域輸送，提高污水系統(tǒng)安全保障水平。2021年上海市實施了竹園、白龍港連通管，著力加強竹園、白龍港兩座超大型污水處理廠之間的溝通與聯(lián)絡(luò)，發(fā)揮片區(qū)事故應(yīng)急、水量調(diào)配等多重功能，以提高污水輸送和處理的安全保障程度。[1]

（二）廣州市

為預(yù)防應(yīng)急事故情況，提高污水系統(tǒng)保障率，廣州市污水規(guī)劃提出將大坦沙、西朗、獵德、瀝滘四大污水系統(tǒng)總管連通，提高污水系統(tǒng)運行的可靠性、安全性。將瀝滘系統(tǒng)洪德分區(qū)調(diào)水至西朗污水處理廠。西朗污水處理廠建成后污水量較少，為了使工程投資發(fā)揮應(yīng)有的效益，保證西朗污水處理廠建成后的正常運行，將原瀝滘污水處理系統(tǒng)的洪德分區(qū)所收集的污水輸送到西朗污水處理廠處理，即“東水西調(diào)”。

將大坦沙系統(tǒng)8#泵站調(diào)水至石井污水處理廠。大坦沙污水系統(tǒng)8#泵站，出水管既可向大坦沙污水廠提升污水，又可向石井污水廠提升污水。

四、污水系統(tǒng)應(yīng)急安全保障能力提升策略

從提升污水系統(tǒng)的“韌性”角度出發(fā)，應(yīng)當(dāng)重點加強污水系統(tǒng)的應(yīng)急備用、協(xié)同運行調(diào)度能力，保障污水系統(tǒng)在應(yīng)急檢修、事故狀態(tài)下，依然能夠?qū)崿F(xiàn)污水全收集、全處理，同時通過調(diào)度實現(xiàn)污水處理效率的提升，協(xié)調(diào)污水在時間、空間上的分布，最終實現(xiàn)污水系統(tǒng)應(yīng)急安全保障能力的提升。本次研究主要從以下幾個方面考慮來提升污水系統(tǒng)的彈性與安全保障能力。

（一）污水系統(tǒng)內(nèi)主干管互備

1.建設(shè)污水主干管第二通道

1.2.2 5'缺失表達載體的構(gòu)建 將各片段TA克隆至pMD19-T載體上，熱激法轉(zhuǎn)化大腸桿菌E.coli DH5α，培養(yǎng)12～16 h后挑單克隆，PCR鑒定陽性轉(zhuǎn)化子，測序得到準確的質(zhì)粒。

對于現(xiàn)狀為單一主干管的污水系統(tǒng)、或者重要地區(qū)的污水輸送主通道，應(yīng)在規(guī)劃時考慮設(shè)置污水主干管第二通道，以應(yīng)對污水系統(tǒng)運行過程中可能面對的應(yīng)急檢修等可能的風(fēng)險，實現(xiàn)污水全收集、全處理，保障水環(huán)境。

（1）同一路徑雙管布置。這種方式適用于豎向高差較大，污水排向較為單一的丘陵地區(qū)，此類地區(qū)往往污水管道流向與地勢標高的關(guān)系較為密切，基本順地形而走，排入地勢較低處，對于有河道的片區(qū)，可以將兩根互為備用的主干管設(shè)置于河道兩側(cè)道路上，對于沒有河道的片區(qū)，則可以將兩根互為備用的主干管設(shè)置于一條道路上，豎向上保持銜接，兩根管道之間分段設(shè)置聯(lián)絡(luò)管，上面設(shè)置閘門，單根管道的管徑作適度放大，保障在故障或應(yīng)急條件下，單根管道滿管流時能滿足片區(qū)污水收集排放需求（見圖1）。

圖1 同一路徑雙管布置主干管示意圖

（2）不同路徑新建備用主干管。對于地勢較為平坦的片區(qū)，可沿不同路徑設(shè)置主干管第二通道，選取合適的點位對上游污水進行分流，優(yōu)先在污水主干管的中游設(shè)置聯(lián)通點，為不同片區(qū)間污水量調(diào)配和調(diào)度創(chuàng)造條件[3]。對于新建的污水系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)污水管網(wǎng)構(gòu)建之初，就可以考慮將排水分區(qū)的尺度適當(dāng)控制在合理范圍之內(nèi)，相鄰排水分區(qū)之間的主干管距離設(shè)置相對較近，通過連通管構(gòu)建出一個“環(huán)狀”管網(wǎng)，打破原有污水“枝狀”管網(wǎng)格局，實現(xiàn)主干管連通互備（見圖2）

圖2 不同路徑新建備用主干管示意圖

2.將原有距離較近的主干管進行連通

若污水系統(tǒng)內(nèi)部存在距離較近的污水主干管，則可以通過直接建立短距離聯(lián)絡(luò)管，將兩根污水主干管進行連通，不過，此種連通方式僅為單向連通，即將埋深較淺的污水主干管內(nèi)污水應(yīng)急調(diào)入埋深較深的污水主干管，且需要承接主干管的輸送能力，并增加流量控制裝置。

3.利用原有截流管作為備用通道

（二）污水系統(tǒng)間連通調(diào)度

1.泵站調(diào)度

借鑒相關(guān)經(jīng)驗，可以通過污水泵站的雙向調(diào)度實現(xiàn)污水系統(tǒng)之間的連通。對于污水泵站較多的區(qū)域，選取位于兩個相鄰污水系統(tǒng)之間區(qū)域的污水泵站，通過新建一根污水泵站出水管道至相鄰污水系統(tǒng)的主干管，可以實現(xiàn)將該污水泵站收集范圍內(nèi)的污水調(diào)入相鄰污水系統(tǒng)內(nèi)，可以實現(xiàn)污水系統(tǒng)之間的水量調(diào)配，但這往往只能實現(xiàn)單向連通（見圖3）。

圖3 污水系統(tǒng)之間泵站調(diào)度示意圖

2.廠際壓力管連通

現(xiàn)狀有部分污水廠之間距離較近，比如位于河道兩側(cè)；部分污水廠是分期建設(shè)的，同時各期之間是相互獨立運行，不共用進水泵房。對于此類污水廠，可通過廠前泵站間設(shè)置短距離壓力管進行相互連通。對于一些與相鄰污水廠距離較遠，但卻有需求的污水廠，比如污水系統(tǒng)內(nèi)截流系統(tǒng)、雨污水管網(wǎng)混接等問題較嚴重，且污水廠難以擴建，考慮近期的水環(huán)境需求以及遠期的系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度，可建設(shè)長距離互聯(lián)互通管道，在污水廠提升泵房或者污水收集系統(tǒng)內(nèi)較大的中轉(zhuǎn)泵站處建設(shè)互聯(lián)互通壓力管至相鄰污水系統(tǒng)，實現(xiàn)廠際雙向聯(lián)通。

3.重力管切換

對于少部分豎向上具備條件的區(qū)域，即污水主干管剛好位于兩個污水系統(tǒng)服務(wù)范圍分界線附近、且具備自流進入兩個污水系統(tǒng)條件的，可以適當(dāng)延伸該重力管，將其與相鄰污水系統(tǒng)管道連接，通過重力管的切換實現(xiàn)污水系統(tǒng)間的聯(lián)通。

（三）增加調(diào)蓄能力

1.污水廠內(nèi)設(shè)置調(diào)蓄池

根據(jù)《室外排水設(shè)計標準》GB 50014-2021，污水廠應(yīng)通過擴容或增加調(diào)蓄設(shè)施，保證雨季設(shè)計流量下的達標排放[4]。結(jié)合最新的標準以及海綿城市的需求，可以在污水廠內(nèi)設(shè)置調(diào)蓄池，該調(diào)蓄池可作為雨天截流的初期雨水的存放以及旱天污水處理廠應(yīng)急儲存裝置，當(dāng)污水廠需要日常檢修或出現(xiàn)事故時，可以作為應(yīng)急儲存污水使用。

2.結(jié)合海綿城市設(shè)置的初雨調(diào)蓄池，綜合利用

根據(jù)海綿城市建設(shè)的相關(guān)要求，對于老城區(qū)難以建設(shè)綠色源頭海綿設(shè)施的區(qū)域，需因地制宜建設(shè)灰色調(diào)蓄設(shè)施?？紤]該類調(diào)蓄池僅雨天才需使用，可以對其進行綜合利用，結(jié)合污水管網(wǎng)的布局，考慮將調(diào)蓄池附近的污水主干管或污水泵站與之連接，作為污水系統(tǒng)的中途調(diào)蓄措施，協(xié)同初期雨水調(diào)蓄以及污水應(yīng)急調(diào)蓄使用，提高設(shè)施綜合利用率。同時，對于用地比較緊張的區(qū)域，可以將調(diào)蓄池的上部空間進行復(fù)合利用，建設(shè)市政綜合體或者公園等。

五、結(jié)語

在當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)、水環(huán)境提升、韌性城市建設(shè)的背景下，如何提升污水系統(tǒng)的韌性，保障其安全運行，是一個重要且有意義的課題。本文在對南京市現(xiàn)狀污水系統(tǒng)及其問題分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前水環(huán)境、韌性城市等發(fā)展需求，就如何在規(guī)劃中提升污水系統(tǒng)應(yīng)急安全保障能力進行了思考與研究。在借鑒國內(nèi)外其他城市目前的一些做法的基礎(chǔ)上，結(jié)合南京市污水系統(tǒng)特征，提出了可以從污水系統(tǒng)內(nèi)主干管互備、污水系統(tǒng)間聯(lián)通調(diào)度、增加調(diào)蓄能力三個方面考慮來提升污水系統(tǒng)應(yīng)急安全保障能力，并探究了具體的實現(xiàn)方式以及適用條件，對提升污水系統(tǒng)安全、健康運行具有積極意義。