苏邑设计集团有限公司 张静

一、研究背景

近年来水环境的要求越来越高，同时随着城镇化进程加快，城市治理面临的不确定因素和未知风险不断增加，以“耐灾”为核心的“韧性城市”治理思路被提出。此外，面对当前智能化、信息化的发展趋势，城市管理也逐步向精细化管理发展[1]，通过大数据整合与分析，逐步实现协同治理。

城镇排水管网是重要的城镇基础设施，是衡量城镇现代化水平的重要标志，要树立系统思维理念，高度重视城镇排水管网的规划、建设和管理[2]。随着我国城市化进程的推进，污水系统的建成度已相对较高，目前污水系统的建设与发展已经开始进入“从有到优”的阶段，污水收集处理的目标也逐步发展为污水收集、处理动态全过程的管控，即对一些突发情况或者不正常运行状态的应对、包容能力。但目前大多污水系统还无法实现动态全过程的安全管控，污水事故排放等还是偶有发生，对水环境质量依然存在一定的风险。因此，面对当前水环境要求不断提升的要求，以及韧性城市、精细化管理等发展需求，需系统性提升污水系统应急安全保障能力。本文以南京市污水系统为例，系统分析污水系统应急安全保障能力提升的规划策略。

二、污水系统现状及问题

（一）污水系统及干管相互独立

南京市污水系统大多在流域、竖向的基础上，结合城市的发展、建设需求等因素构建而成，污水处理厂布局相对分散。由于污水的“重力流”特征，污水管网基本呈“枝状”布置，单个污水系统内部的主干管往往仅有一根或者多根主干管之间互不相通，没有备用管道，不同污水系统之间的主干管网也互不连通，相互独立，污水系统内以及污水系统之间的联系比较薄弱。

（二）检修、事故调度不便，应对突发性事故风险能力较弱

1.主干管年久失修，难以停水检修

目前老城区部分污水管道建成时间已接近40年，已接近《城镇给水排水技术规范》GB5078-2012中规定的地下干管结构设计使用年限。管道内部逐步出现淤积、内部结构损坏等缺陷，影响主干管的正常使用。但由于大部分主干管管径大、埋深大，长期满负荷运行，运行输送水量大，难以实现调排，因此难以进行清淤、检修，管道问题难以解决，污水系统运行风险越来越大。

2.主干管输送水量大，事故排放对水环境影响大

由于主干管处于污水输送的下游，其输送的污水量较大，南京主城污水处理厂现状规模基本为20—67万m³/d，以江心洲污水系统主干管—应天大街箱涵为例，其尺寸为2800x2800mm，其设计过流能力约40万m³/d，现状长期处于高水位运行状态，且该箱涵建成已超过30年，一旦发生运行事故，其泄流的污水量将会对周边河道水环境造成非常大的影响。

（三）运行调度不便，难以统筹、协调各片区污水处理能力

由于现状污水管网存在诸多功能性、结构性缺陷以及雨污水管网混接等问题，导致现状有较多外水进入污水系统，带来污水系统高水位运行。此外，老城区还存在部分截流系统，雨天截流一部分雨水进入污水系统，分流制过渡期内、污水管网提质增效完成之前，污水系统内的外水难以彻底“挤出”。根据南京市主城区各污水系统近年来实际运行数据，大部分污水厂已趋于满负荷运行，少数长期超负荷运行。其中，服务于老城区的污水厂基本已建成，且处于超负荷运行状态，同时现状污水处理厂周边难以找到扩建用地；而服务于新城的污水厂还有扩建条件且近期规模有一定富余。因此，在分流制过渡期内、污水管网提质增效完成之前，污水厂需处理部分外水的前提下，污水厂的处理能力存在时空分布不均，而现有污水系统之间相互独立，难以进行水量调配、实现协同处理、最大化发挥污水系统运行效率。

（四）小结

综上，以南京市污水系统现状情况为例进行分析，当前各污水系统之间相互独立，系统内的主干系统也是相互独立的，污水系统的运行依然存在一定的“脆弱性”，对一些应急、事故状况的应对能力相对较弱，抗风险能力也较弱，一方面对水环境的进一步提升形成制约，另一方面也难以实现污水系统协同运行，系统运行效率较低。

三、其他地区案例分析

（一）上海市

新一轮《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划（2017-2035年）》提出了提升污水系统安全保障的发展思路，通过增设区域污水输送干线之间的联络管、建立健全应急调度和处理处置的管理机制及技术储备，实现污水流量调配和事故时跨区域输送，提高污水系统安全保障水平。2021年上海市实施了竹园、白龙港连通管，着力加强竹园、白龙港两座超大型污水处理厂之间的沟通与联络，发挥片区事故应急、水量调配等多重功能，以提高污水输送和处理的安全保障程度。[1]

（二）广州市

为预防应急事故情况，提高污水系统保障率，广州市污水规划提出将大坦沙、西朗、猎德、沥滘四大污水系统总管连通，提高污水系统运行的可靠性、安全性。将沥滘系统洪德分区调水至西朗污水处理厂。西朗污水处理厂建成后污水量较少，为了使工程投资发挥应有的效益，保证西朗污水处理厂建成后的正常运行，将原沥滘污水处理系统的洪德分区所收集的污水输送到西朗污水处理厂处理，即“东水西调”。

将大坦沙系统8#泵站调水至石井污水处理厂。大坦沙污水系统8#泵站，出水管既可向大坦沙污水厂提升污水，又可向石井污水厂提升污水。

四、污水系统应急安全保障能力提升策略

从提升污水系统的“韧性”角度出发，应当重点加强污水系统的应急备用、协同运行调度能力，保障污水系统在应急检修、事故状态下，依然能够实现污水全收集、全处理，同时通过调度实现污水处理效率的提升，协调污水在时间、空间上的分布，最终实现污水系统应急安全保障能力的提升。本次研究主要从以下几个方面考虑来提升污水系统的弹性与安全保障能力。

（一）污水系统内主干管互备

1.建设污水主干管第二通道

1.2.2 5'缺失表达载体的构建 将各片段TA克隆至pMD19-T载体上，热激法转化大肠杆菌E.coli DH5α，培养12～16 h后挑单克隆，PCR鉴定阳性转化子，测序得到准确的质粒。

对于现状为单一主干管的污水系统、或者重要地区的污水输送主通道，应在规划时考虑设置污水主干管第二通道，以应对污水系统运行过程中可能面对的应急检修等可能的风险，实现污水全收集、全处理，保障水环境。

（1）同一路径双管布置。这种方式适用于竖向高差较大，污水排向较为单一的丘陵地区，此类地区往往污水管道流向与地势标高的关系较为密切，基本顺地形而走，排入地势较低处，对于有河道的片区，可以将两根互为备用的主干管设置于河道两侧道路上，对于没有河道的片区，则可以将两根互为备用的主干管设置于一条道路上，竖向上保持衔接，两根管道之间分段设置联络管，上面设置闸门，单根管道的管径作适度放大，保障在故障或应急条件下，单根管道满管流时能满足片区污水收集排放需求（见图1）。

图1 同一路径双管布置主干管示意图

（2）不同路径新建备用主干管。对于地势较为平坦的片区，可沿不同路径设置主干管第二通道，选取合适的点位对上游污水进行分流，优先在污水主干管的中游设置联通点，为不同片区间污水量调配和调度创造条件[3]。对于新建的污水系统，在系统内污水管网构建之初，就可以考虑将排水分区的尺度适当控制在合理范围之内，相邻排水分区之间的主干管距离设置相对较近，通过连通管构建出一个“环状”管网，打破原有污水“枝状”管网格局，实现主干管连通互备（见图2）

图2 不同路径新建备用主干管示意图

2.将原有距离较近的主干管进行连通

若污水系统内部存在距离较近的污水主干管，则可以通过直接建立短距离联络管，将两根污水主干管进行连通，不过，此种连通方式仅为单向连通，即将埋深较浅的污水主干管内污水应急调入埋深较深的污水主干管，且需要承接主干管的输送能力，并增加流量控制装置。

3.利用原有截流管作为备用通道

（二）污水系统间连通调度

1.泵站调度

借鉴相关经验，可以通过污水泵站的双向调度实现污水系统之间的连通。对于污水泵站较多的区域，选取位于两个相邻污水系统之间区域的污水泵站，通过新建一根污水泵站出水管道至相邻污水系统的主干管，可以实现将该污水泵站收集范围内的污水调入相邻污水系统内，可以实现污水系统之间的水量调配，但这往往只能实现单向连通（见图3）。

图3 污水系统之间泵站调度示意图

2.厂际压力管连通

现状有部分污水厂之间距离较近，比如位于河道两侧；部分污水厂是分期建设的，同时各期之间是相互独立运行，不共用进水泵房。对于此类污水厂，可通过厂前泵站间设置短距离压力管进行相互连通。对于一些与相邻污水厂距离较远，但却有需求的污水厂，比如污水系统内截流系统、雨污水管网混接等问题较严重，且污水厂难以扩建，考虑近期的水环境需求以及远期的系统协同调度，可建设长距离互联互通管道，在污水厂提升泵房或者污水收集系统内较大的中转泵站处建设互联互通压力管至相邻污水系统，实现厂际双向联通。

3.重力管切换

对于少部分竖向上具备条件的区域，即污水主干管刚好位于两个污水系统服务范围分界线附近、且具备自流进入两个污水系统条件的，可以适当延伸该重力管，将其与相邻污水系统管道连接，通过重力管的切换实现污水系统间的联通。

（三）增加调蓄能力

1.污水厂内设置调蓄池

根据《室外排水设计标准》GB 50014-2021，污水厂应通过扩容或增加调蓄设施，保证雨季设计流量下的达标排放[4]。结合最新的标准以及海绵城市的需求，可以在污水厂内设置调蓄池，该调蓄池可作为雨天截流的初期雨水的存放以及旱天污水处理厂应急储存装置，当污水厂需要日常检修或出现事故时，可以作为应急储存污水使用。

2.结合海绵城市设置的初雨调蓄池，综合利用

根据海绵城市建设的相关要求，对于老城区难以建设绿色源头海绵设施的区域，需因地制宜建设灰色调蓄设施。考虑该类调蓄池仅雨天才需使用，可以对其进行综合利用，结合污水管网的布局，考虑将调蓄池附近的污水主干管或污水泵站与之连接，作为污水系统的中途调蓄措施，协同初期雨水调蓄以及污水应急调蓄使用，提高设施综合利用率。同时，对于用地比较紧张的区域，可以将调蓄池的上部空间进行复合利用，建设市政综合体或者公园等。

五、结语

在当前生态文明建设、水环境提升、韧性城市建设的背景下，如何提升污水系统的韧性，保障其安全运行，是一个重要且有意义的课题。本文在对南京市现状污水系统及其问题分析的基础上，结合目前水环境、韧性城市等发展需求，就如何在规划中提升污水系统应急安全保障能力进行了思考与研究。在借鉴国内外其他城市目前的一些做法的基础上，结合南京市污水系统特征，提出了可以从污水系统内主干管互备、污水系统间联通调度、增加调蓄能力三个方面考虑来提升污水系统应急安全保障能力，并探究了具体的实现方式以及适用条件，对提升污水系统安全、健康运行具有积极意义。