關于深層調蓄管道在排水系統中應用的若干思考 同濟大學環境科學與工程學院 劉遂慶 教授

來源 ： 北極星環保網   給水排水

筆者認為深隧工程技術確實存在投資巨大，建設和運行管理技術復雜，對自然生態環境和地質環境影響深遠，一旦出現失誤，將造成不可逆轉的嚴重后果和重大損失，應當引起高度重視。

同濟大學環境科學與工程學院 劉遂慶

近年來，為了提高城市防洪排澇能力和減少初期雨水污染，國內多個城市排水主管部門提出了采用深層排水調蓄管道系統(以下簡稱“深隧”)作為城市排水的重要工程技術方案，其中若干城市的深隧排水工程方案已經得到當地市政府批準，先后開始試驗段工程施工建設。

通過查閱和分析國內外多個城市的深隧排水工程技術發展和應用現狀及其部分相關資料及數據，可以看出，在全球范圍內已有多個城市采用深隧工程技術進行城市雨水或污水的收集、輸送或流量調節，為當地城市排水系統的內澇防治、初期雨水污染防治及雨水綜合利用發揮了重要作用。國內多個城市通過學習和參考國外和中國香港特別行政區等城市排水深隧工程技術經驗，提出了在當地城市排水系統中建設深層調蓄管道的方案，以期實現提高城市排水設計標準、城市內澇防治和初期雨水污染控制多個目標國內。國內深隧規劃方案一般為埋設深度為30~60 m，直徑6~10 m，長度達數十公里，空間容積達數十萬至數百萬立方米，工程投資達數百億元人民幣，堪稱為城市排水系統建設的史無前例的大規模投資和超常規技術應用。

對于國內城市的深隧工程規劃設計方案，在專業技術領域內呈現了比較普遍的贊同意見和全面樂觀的目標預期，認為深隧是一項成熟的工程技術，是城市排水系統提高設計標準、減少城市內澇災害和初期雨水污染防治的最佳工程技術方案。與此同時，也有來自不同方面的不同意見，認為深隧設施不利于自然生態環境保護，建設和運行費用高，工程必要性論證的科學依據不夠充分等等。筆者認為深隧工程技術確實存在投資巨大，建設和運行管理技術復雜，對自然生態環境和地質環境影響深遠，一旦出現失誤，將造成不可逆轉的嚴重后果和重大損失，應當引起高度重視。非常有必要開展深入論證，廣泛聽取不同意見，以期得出更加科學合理的技術方案，避免出現城市安全和生態環境風險。本文對深隧工程技術在城市排水系統中的應用提出一些問題和思考，以期與專業同行共同探討。

1 深隧工程技術缺乏自然生態保護和綠色發展理念

黨的十八大以來，以習近平總書記為核心的黨中央高度重視生態文明建設和環境保護工作，將生態文明建設列入國家總體布局，把綠色發展上升為國家發展理念。特別是，黨的“十九大”報告提出“我們要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化。必須堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主的方針，形成節約資源和保護環境的空間格局、產業結構、生產方式、生活方式，還自然以寧靜、和諧、美麗。”在城市發展和建設中，我們必須正確處理好經濟發展同生態環境保護的關系，牢固樹立保護生態環境就是保護生產力、改善生態環境就是發展生產力的理念，更加自覺地推動綠色發展、循環發展、低碳發展，決不以犧牲環境為代價去換取一時的經濟增長。針對城市排水系統建設，習近平總書記在《中央城鎮化工作會議》的講話中特別強調：“提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市。”

城市建設和發展應該遵循自然規律，降雨是地球水循環的重要形式，是保持地球自然生態環境的重要保障。城市雨水管理應盡可能優先考慮利用自然力量排水，滿足地面水環境的自然補水需求，也是城市自然生態環境保護的必要條件。然而，排水深隧設施工程規模宏大，工藝技術復雜，輸送距離遠，空間資源占用多，運行能源消耗高，增大了城市排水工程建設和運行的成本，增加了城市的二氧化碳排放量。特別是，有些城市將雨水匯集到地下30～60 m甚至百米深度的調蓄隧道中，再用水泵提升到地面高度后輸送到幾十公里外的初期雨水處理廠，明顯減少了當地地面水體及地下水的補充來源，對區域環境質量及地下自然生態及地質環境狀態產生損害，帶來巨大的生態環境損失和資源浪費，對城市原始生態環境和地質環境造成重大的結構性改變。

深隧調蓄設施是城市內澇防治和城市河道水污染控制末端治理的工程措施，存在工程量巨大，投資費用昂貴，能源消耗和運行費用高，空間資源占用多等明顯缺陷。在城市建設和發展中積極貫徹自然生態保護和綠色發展新理念，改變傳統工程技術方法，創新海綿城市建設和智慧城市管理，優先采用綠色城市發展理念和現代化城市排水的最佳技術方案，才能實現美麗中國建設愿景。實際上，在城市雨洪管理和水污染防治方面，近年來在國內實施的黑臭河道治理和河長制河道管理已經取得了顯著的成效，已經成為自然生態保護和綠色發展的創新性經驗，為城市內澇防治和水污染控制發揮了重要作用。海綿城市建設和城市排水綠色發展理念就是從源頭上控制城市內澇和河道污染，是城市排水系統綠色發展、循環發展和低碳發展的新方向，體現了節約優先、保護優先、自然恢復為主的中國發展新理念，創新了城市建設和發展的新理論和新方法。

2 國外城市深隧調蓄技術觀念正在發生改變

美國是深隧調蓄工程技術的發源地，美國國家環保局(USEPA)曾經全面推崇深隧調蓄作為城市雨洪管理基礎設施。然而，深隧工程設施造價高、工期長、影響面廣、運行維護費用高等問題已經成為其在美國推廣應用和技術發展的障礙，促使人們不斷提高可持續發展理念，采用人與自然和諧的新技術和新方法。近年來，美國各地在深隧工程技術的基礎上，開發自然生態的綠色雨洪管理設施，已經形成了新型的城市雨洪可持續管理體系，并不斷得到完善和推廣應用，進而取代深隧工程技術方案。

美國芝加哥市的深隧水庫工程(Tunnel and Reservoir Plan，TARP)是世界上第一個大型深隧調蓄工程，施工期規劃為1975~1985年。在建設過程中，先后遇到過建設資金不足，環境影響質疑和其他技術問題，TARP的施工建設多次延期，一期工程先后耗時30余年，到2006年才全部完工，工期為原計劃工期的3倍，工程建設總投資也從初期預算的19億美元增至23.38億美元。二期工程原定工期為1983~2003年，工程造價約9億美元，由于一些不可預見的因素，也使其工期一再拖延，目前預定2029年全部完工。關于TARP的工程造價，上述造價數據只包括了TARP工程建設費用本身。根據美國土木工程師協會(USACE)提供的數據，截至2014年，TARP工程與其所有配套附屬設施的全部建設投資金額高達84.902 4億美元。可以看出，排水深隧的附屬設施建設投資可能遠大于深隧設施建設投資本身。

在20世紀末的30年間，USEPA認為排水深隧是解決城市雨污溢流的首選技術方案，美國許多大中城市先后規劃或準備修建排水深隧調蓄工程。然而，隨著USEPA對雨污排放管理范圍的擴大，美國許多地方政府出現了建設投資負擔加重，財政緊張等問題，污水超標排放的地區和城市數量不斷增加，給美國各級政府帶來巨大壓力。因此，2007年USEPA通過調查研究，首次提出雨洪管理綠色基礎設施理念，開始改變了對深隧設施的依賴。下面是幾個典型實例。

辛辛那提市于2002年提出計劃，至2018年底將雨污溢流總量減少85%，制定了雨洪管理工程規劃，其中包括修建長度為25.5 km、容積為757萬m3 的深隧調蓄設施。2010年，該市提出采用雨洪管理綠色基礎設施規劃，決定放棄修建深隧，改為林克閏溪河道治理，恢復河道自然狀態，修建濕地公園和調蓄綠地等綠色設施。與排水深隧調蓄方案比較，工程造價減少了1.5億美元，節約了大量土地資源。

紐約市于2005年計劃修建2條造價分別為13億和8億美元的排水深隧調蓄設施。近年來，該市積極探索綠色發展道路，將2個大型深隧項目推遲實施，首先興建一系列綠色雨洪調節設施，并改建和新建一批雨水管網，吸納蓄滯10%不透水地面的25 mm初雨，每年將雨污溢流總量減少568萬m3 。紐約市政府期望這些新型綠色雨洪調節設施能夠完全替代原計劃的深隧調蓄項目。綠色雨洪調節設施建設費用與原計劃的深隧調蓄方案相比將節省投資14億美元。

首都華盛頓特區于2005年制定計劃，在2005~2025年間投資26億美元，修建3條總長達21 km的排水深隧以及其他設施，將雨污溢流降低96%。2013年初，特區提出將原計劃中的一條蓄水容積為3.6萬m3 的深隧取消，將另一條深隧容積從22萬m3 減至11萬m3 。取而代之的是在部分區域實施雨污分流改造和建設綠色雨洪管理設施。

費城于2009年制定計劃，修建3條排水深隧，總長為45 km，直徑為4.5～10.5 m。隨后，該市開始綠色雨洪基礎設施的研究和探索，將計劃中的深隧工程改為工程造價為16.7億美元的綠色雨洪管理基礎設施，包括河道治理、綠色屋頂、生態花壇、透水路面、城市公園及開放空間綠地，可在今后的25年間，將城市中1/3的不透水地表變為透水鋪面或綠地，能夠吸納儲存25 mm的降雨量。

此外，許多已經修建了深隧的城市，如密爾沃基、印第波利斯、克利夫蘭、奧馬哈、芝加哥等，也在積極探索和實施綠色城市排水系統建設的新型技術方法。

3 深隧設施功能和規模的商榷

國內多數城市在深隧工程規劃設計中，將內澇防治和初期雨水污染控制兩個功能并列，期望“一舉兩得”。但是，我們知道，初期雨水調節池是蓄存初期降雨量，目的是控制初期雨水污染，而內澇防治的雨水調節池是蓄存降雨峰值流量，保證調蓄池下游管渠不產生溢流。顯然，兩者是不同時段產生的流量，水質是不相同的，對調蓄池的功能要求也是不同的。“一舉兩得”的深隧設施能夠發揮初期雨水調節和初期雨水污染控制的功能，但初期雨水之后的降雨量可能根本不是引起溢流和內澇的降雨峰值流量，流入深隧設施可能就是多余了，是極大的建設工程浪費和運行能源浪費。資料表明，我國南方城市中心城區內澇一般只在特大暴雨及江河高潮位等極端條件匯合的情況下發生，而在某些城市的工程論證數據中，城市內澇和道路積水的嚴重程度出現了比較明顯的放大。因為深隧工程是百年大計甚至千年大計，降雨峰值流量的調蓄容積計算應該力求準確無誤。

筆者認為，在初期雨水調蓄容積之后的連續降雨量，一般不會引起管道溢流和城市內澇，應該盡可能排入地面水體，可以明顯減小調節容積，有效節約建設費用和運行成本。如果只考慮初期雨水調蓄功能，根據工程設計標準，計算得出服務區內初期雨水調蓄總容積可以大幅度減小，應該有可能采用分散的地面式調蓄池，而不需要深隧調蓄設施。

4 提高城市排水標準的關鍵在現有排水管網的更新改造

在我國現有城市排水系統中，由于排水管網設計標準較低的原因，近年來頻繁發生的城市內澇和河道污染的問題越來越受到全社會的關注。深入現場觀察可以發現，部分道路發生積水是由路面排水口泄水不暢引起的，通過掀開井蓋，就能排除積水，部分道路積水是低洼積水，應該局部加強排水，部分道路積水是由于管徑偏小所致。因此，現有管網的升級改造仍然是需要首先面對的問題，淺層管網仍然是收集雨水的第一重要環節，是深隧設施不能替代的。如果不進行淺層管網的升級改造和擴建，即使深隧設施已經建設完成，雨污水仍然不能順利流入深隧設施。因此，在深隧調蓄工程規劃設計時，應該首先提出淺層管網的升級改造方案，特別是應用自然生態保護發展理念，綜合論證地區排水系統可持續發展的建設方案，有可能得出比深隧調蓄設施更加科學合理的技術方案。

另外一個被忽視的問題，就是合流制排水管網中存在地下水滲入現象，分流制排水管網中同時存在地下水滲入和雨污混接現象。在降雨之前，管網中可能存在大量地下水，同時存在污染物沉積。這樣，在降雨量比較小時，首先進入深隧的是污染物濃度相對較低的地下水;當降雨量增大時，管網流速加大，管底沉積污染物泛起，污染物濃度達到最高值，但深隧可能已經充滿，需要開啟水泵排入江河水體，反而加重了河道污染，還浪費了能源。這種情況的發生，應該引起高度重視，在規劃設計中需要詳細論證和計算。可以認為，排水管網中污染物的主要來源是排水管網中的污染物沉積，應當建立經常性管網清淤和管理制度，在不降雨的時候盡可能清理和沖洗排水管網中的污染沉積物，能夠有效減少污染排放，達到減少雨水污染物排放和提高污水處理廠處理效率等多重效果。

5 深隧工程規劃應加強環境影響評價

《中華人民共和國環境影響評價法》第八條規定“工業、農業、畜牧業、林業、能源、水利、交通、城市建設、旅游、自然資源開發的有關專項規劃(以下簡稱專項規劃)，應當在該專項規劃草案上報審批前，組織進行環境影響評價，并向審批該專項規劃的機關提出環境影響報告書”。

環境影響報告書應當包括下列內容：①實施該規劃對環境可能造成影響的分析、預測和評估。②預防或者減輕不良環境影響的對策和措施。③環境影響評價的結論。

深隧技術方案可能對生態環境產生下列負面影響：

(1)深隧工程將服務區域內很大部分年降雨量匯入地下深隧，再經過提升后遠距離輸送及處理后排放，有可能減少區域內生態環境補水量，損害區域地面及地下自然生態及地質環境。

(2)深隧的建設和運行耗用大量材料和能源，如果折算成CO2排放量，可能遠遠超過水污染造成的損害，違背節能減排的可持續發展目標。應當進行材料、能源的碳排放量計算和環境影響評價。

(3)深隧設施的埋設深度可能穿越地下水承壓含水層，存在地下水污染隱患。

(4)城市地下空間資源寶貴，如此大面積和大規模地用于雨水調蓄設施，成為橫跨城市中心區域的地下屏障，對城市未來的環境保護和可持續發展具有嚴重影響，代價可能非常高昂。

(5)深隧是一項生命周期長久的工程設施，運行可靠性和安全性評價和安全隱患估計十分重要。

(6)深隧中座和排出的氣體對區域內空氣質量、居民生活和健康應當進行嚴格的環境影響評價，廣泛聽取意見。

深隧作為城市排水規劃的重要內容，應該進行規劃階段的環境影響評價。然而，某些城市采用環境影響評價表對深隧進行的環境影響評價，好像是將深隧當做排水管道一樣，認為影響不大，評價程序簡單膚淺。建議給予深入科學分析和全面環境影響評價。

6 結語

深隧設施是城市內澇防治和水污染控制的新型工程技術，工程量巨大，投資費用昂貴，能源消耗和運行費用高，空間資源占用多。應當積極貫徹實施“十九大”報告精神，樹立生態文明建設綠色發展的國家發展理念，形成我國新時期發展和建設的創新模式，并應進一步全面論證和科學決策，得出更加科學合理的工程方案，為子孫后代造福。建議廣泛開拓思路，開發和應用智慧城市排水系統和城市設施精細化管理技術，建立常態化管網清淤和清洗維護制度，使城市內澇和初期雨水污染得到有效降低和控制，實現節約資源，保護生態環境的可持續發展目標。

原標題:關于深層調蓄管道在排水系統中應用的若干思考