污水系統應急安全保障能力提升的規劃策略探討

蘇邑設計集團有限公司 張靜

一、研究背景

近年來水環境的要求越來越高，同時隨著城鎮化進程加快，城市治理面臨的不確定因素和未知風險不斷增加，以“耐災”為核心的“韌性城市”治理思路被提出。此外，面對當前智能化、信息化的發展趨勢，城市管理也逐步向精細化管理發展[1]，通過大數據整合與分析，逐步實現協同治理。

城鎮排水管網是重要的城鎮基礎設施，是衡量城鎮現代化水平的重要標志，要樹立系統思維理念，高度重視城鎮排水管網的規劃、建設和管理[2]。隨著我國城市化進程的推進，污水系統的建成度已相對較高，目前污水系統的建設與發展已經開始進入“從有到優”的階段，污水收集處理的目標也逐步發展為污水收集、處理動態全過程的管控，即對一些突發情況或者不正常運行狀態的應對、包容能力。但目前大多污水系統還無法實現動態全過程的安全管控，污水事故排放等還是偶有發生，對水環境質量依然存在一定的風險。因此，面對當前水環境要求不斷提升的要求，以及韌性城市、精細化管理等發展需求，需系統性提升污水系統應急安全保障能力。本文以南京市污水系統為例，系統分析污水系統應急安全保障能力提升的規劃策略。

二、污水系統現狀及問題

（一）污水系統及干管相互獨立

南京市污水系統大多在流域、豎向的基礎上，結合城市的發展、建設需求等因素構建而成，污水處理廠布局相對分散。由于污水的“重力流”特征，污水管網基本呈“枝狀”布置，單個污水系統內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，不同污水系統之間的主干管網也互不連通，相互獨立，污水系統內以及污水系統之間的聯系比較薄弱。

（二）檢修、事故調度不便，應對突發性事故風險能力較弱

1.主干管年久失修，難以停水檢修

目前老城區部分污水管道建成時間已接近40年，已接近《城鎮給水排水技術規范》GB5078-2012中規定的地下干管結構設計使用年限。管道內部逐步出現淤積、內部結構損壞等缺陷，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，難以實現調排，因此難以進行清淤、檢修，管道問題難以解決，污水系統運行風險越來越大。

2.主干管輸送水量大，事故排放對水環境影響大

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狀規模基本為20—67萬m3/d，以江心洲污水系統主干管—應天大街箱涵為例，其尺寸為2800x2800mm，其設計過流能力約40萬m3/d，現狀長期處于高水位運行狀態，且該箱涵建成已超過30年，一旦發生運行事故，其泄流的污水量將會對周邊河道水環境造成非常大的影響。

（三）運行調度不便，難以統籌、協調各片區污水處理能力

由于現狀污水管網存在諸多功能性、結構性缺陷以及雨污水管網混接等問題，導致現狀有較多外水進入污水系統，帶來污水系統高水位運行。此外，老城區還存在部分截流系統，雨天截流一部分雨水進入污水系統，分流制過渡期內、污水管網提質增效完成之前，污水系統內的外水難以徹底“擠出”。根據南京市主城區各污水系統近年來實際運行數據，大部分污水廠已趨于滿負荷運行，少數長期超負荷運行。其中，服務于老城區的污水廠基本已建成，且處于超負荷運行狀態，同時現狀污水處理廠周邊難以找到擴建用地；而服務于新城的污水廠還有擴建條件且近期規模有一定富余。因此，在分流制過渡期內、污水管網提質增效完成之前，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，而現有污水系統之間相互獨立，難以進行水量調配、實現協同處理、最大化發揮污水系統運行效率。

（四）小結

綜上，以南京市污水系統現狀情況為例進行分析，當前各污水系統之間相互獨立，系統內的主干系統也是相互獨立的，污水系統的運行依然存在一定的“脆弱性”，對一些應急、事故狀況的應對能力相對較弱，抗風險能力也較弱，一方面對水環境的進一步提升形成制約，另一方面也難以實現污水系統協同運行，系統運行效率較低。

三、其他地區案例分析

（一）上海市

新一輪《上海市污水處理系統及污泥處理處置規劃（2017-2035年）》提出了提升污水系統安全保障的發展思路，通過增設區域污水輸送干線之間的聯絡管、建立健全應急調度和處理處置的管理機制及技術儲備，實現污水流量調配和事故時跨區域輸送，提高污水系統安全保障水平。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絡，發揮片區事故應急、水量調配等多重功能，以提高污水輸送和處理的安全保障程度。[1]

（二）廣州市

為預防應急事故情況，提高污水系統保障率，廣州市污水規劃提出將大坦沙、西朗、獵德、瀝滘四大污水系統總管連通，提高污水系統運行的可靠性、安全性。將瀝滘系統洪德分區調水至西朗污水處理廠。西朗污水處理廠建成后污水量較少，為了使工程投資發揮應有的效益，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的洪德分區所收集的污水輸送到西朗污水處理廠處理，即“東水西調”。

將大坦沙系統8#泵站調水至石井污水處理廠。大坦沙污水系統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、污水系統應急安全保障能力提升策略

從提升污水系統的“韌性”角度出發，應當重點加強污水系統的應急備用、協同運行調度能力，保障污水系統在應急檢修、事故狀態下，依然能夠實現污水全收集、全處理，同時通過調度實現污水處理效率的提升，協調污水在時間、空間上的分布，最終實現污水系統應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的彈性與安全保障能力。

（一）污水系統內主干管互備

1.建設污水主干管第二通道

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

對于現狀為單一主干管的污水系統、或者重要地區的污水輸送主通道，應在規劃時考慮設置污水主干管第二通道，以應對污水系統運行過程中可能面對的應急檢修等可能的風險，實現污水全收集、全處理，保障水環境。

（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，此類地區往往污水管道流向與地勢標高的關系較為密切，基本順地形而走，排入地勢較低處，對于有河道的片區，可以將兩根互為備用的主干管設置于河道兩側道路上，對于沒有河道的片區，則可以將兩根互為備用的主干管設置于一條道路上，豎向上保持銜接，兩根管道之間分段設置聯絡管，上面設置閘門，單根管道的管徑作適度放大，保障在故障或應急條件下，單根管道滿管流時能滿足片區污水收集排放需求（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，可沿不同路徑設置主干管第二通道，選取合適的點位對上游污水進行分流，優先在污水主干管的中游設置聯通點，為不同片區間污水量調配和調度創造條件[3]。對于新建的污水系統，在系統內污水管網構建之初，就可以考慮將排水分區的尺度適當控制在合理范圍之內，相鄰排水分區之間的主干管距離設置相對較近，通過連通管構建出一個“環狀”管網，打破原有污水“枝狀”管網格局，實現主干管連通互備（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

若污水系統內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絡管，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污水應急調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）污水系統間連通調度

1.泵站調度

借鑒相關經驗，可以通過污水泵站的雙向調度實現污水系統之間的連通。對于污水泵站較多的區域，選取位于兩個相鄰污水系統之間區域的污水泵站，通過新建一根污水泵站出水管道至相鄰污水系統的主干管，可以實現將該污水泵站收集范圍內的污水調入相鄰污水系統內，可以實現污水系統之間的水量調配，但這往往只能實現單向連通（見圖3）。

圖3 污水系統之間泵站調度示意圖

2.廠際壓力管連通

現狀有部分污水廠之間距離較近，比如位于河道兩側；部分污水廠是分期建設的，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，比如污水系統內截流系統、雨污水管網混接等問題較嚴重，且污水廠難以擴建，考慮近期的水環境需求以及遠期的系統協同調度，可建設長距離互聯互通管道，在污水廠提升泵房或者污水收集系統內較大的中轉泵站處建設互聯互通壓力管至相鄰污水系統，實現廠際雙向聯通。

3.重力管切換

對于少部分豎向上具備條件的區域，即污水主干管剛好位于兩個污水系統服務范圍分界線附近、且具備自流進入兩個污水系統條件的，可以適當延伸該重力管，將其與相鄰污水系統管道連接，通過重力管的切換實現污水系統間的聯通。

（三）增加調蓄能力

1.污水廠內設置調蓄池

根據《室外排水設計標準》GB 50014-2021，污水廠應通過擴容或增加調蓄設施，保證雨季設計流量下的達標排放[4]。結合最新的標準以及海綿城市的需求，可以在污水廠內設置調蓄池，該調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急儲存裝置，當污水廠需要日常檢修或出現事故時，可以作為應急儲存污水使用。

2.結合海綿城市設置的初雨調蓄池，綜合利用

根據海綿城市建設的相關要求，對于老城區難以建設綠色源頭海綿設施的區域，需因地制宜建設灰色調蓄設施。考慮該類調蓄池僅雨天才需使用，可以對其進行綜合利用，結合污水管網的布局，考慮將調蓄池附近的污水主干管或污水泵站與之連接，作為污水系統的中途調蓄措施，協同初期雨水調蓄以及污水應急調蓄使用，提高設施綜合利用率。同時，對于用地比較緊張的區域，可以將調蓄池的上部空間進行復合利用，建設市政綜合體或者公園等。

五、結語

在當前生態文明建設、水環境提升、韌性城市建設的背景下，如何提升污水系統的韌性，保障其安全運行，是一個重要且有意義的課題。本文在對南京市現狀污水系統及其問題分析的基礎上，結合目前水環境、韌性城市等發展需求，就如何在規劃中提升污水系統應急安全保障能力進行了思考與研究。在借鑒國內外其他城市目前的一些做法的基礎上，結合南京市污水系統特征，提出了可以從污水系統內主干管互備、污水系統間聯通調度、增加調蓄能力三個方面考慮來提升污水系統應急安全保障能力，并探究了具體的實現方式以及適用條件，對提升污水系統安全、健康運行具有積極意義。