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智慧排水之乱弹3:排水现有问题识别
2019-07-23 16:35       来源:清环智慧水务       作者:罗子翔       分享:

小编按:小罗作为90后的海龟,投身到轰轰烈烈的下水道监测咨询研究工作,抬得起井盖、扛得起设备、写的了文档、算的了模型、编的了报告,这说明什么?这说明是真爱啊!!且看帅哥小罗对智慧排水的看法。

 

不知道从什么开始,智慧、智能一词开始风靡各个行业。人工智能、智慧地产,智慧医疗、智慧教育、智慧交通,智慧排水,彷佛不管什么行业都能跟智慧扯上关系。作为一个并不是很资深的排水人,想谈谈自己对智慧排水的看法。

搞运动是中国特色,干什么事情都是一阵风,不想错过任何一个风口,不管自己有没有条件,能不能,口号都要赶紧喊出来,旗子要赶紧竖起来,形象工程最短时间建设好。排水行业真的已经具备了发展智慧排水的基本条件了吗?笔者曾参与某经济发达地区智慧排水综合信息管理系统的建设,子功能模块很多,系统建好了,大屏竖起来了,领导来参观完,宣传视频拍完,基本没再用过。

排水管网是城市的“静脉”,城市的“良心”,本应先于城市发展,但却明显滞后。城市内涝,水体溢流污染等屡见不鲜,我们脚下的管网生病了,而发展智慧的前提是健康。作为排水行业技术咨询人士,我们的首要任务应当是做一个诊断医生,找出问题所在,对症下药,而不是学着做一个阳春白雪的老师去教它如何发展夸夸其谈的“智慧”。

排水管网得了什么病?

在我们排水领域,似乎只有暴雨淹城才会受到很多人关注,接下来我想讲一下我理解的我国雨水排水及污水排水现状。

 

一. 为什么很多城市一下暴雨就淹?

1. 规划、设计标准

我国建国后规划、设计的大部分城镇排水系统是1-3年的暴雨重现期,重现期决定了设计的排水管道的管径和坡度。提到暴雨重现期这个概念,想起之前听过朋友说我今年二十六,在我们武汉五十年一遇甚至百年一遇的暴雨遇过好几次了,也算是见了世面了。嗯,这样的理解其实存在误区。各位看官可以理解为某一事件重复出的时间间隔的平均数。需要特别指出的是所谓“重现期”并不是像天狗食日或者七龙珠召唤神龙一样正好多少年出现一次,它带有统计平均的意义。我国建国也才不到70年,具有40年以上自记雨量资料的城市地区五个手指都能数的过来,比如北京721暴雨,79人因此次暴雨死亡,160万人受灾,直接经济损失116亿。那是我国有完整气象资料以来(建国后)最大的暴雨,也就是说,在六十多年中没有遇到过等量或更大的暴雨,那都没法定义成几年一遇。即使这些年我国《室外给排水设计规范》中雨水管渠设计重现期标准逐步提升,已经接近美国、日本等在城镇内涝防治设施上投入较大的发达国家,设计暴雨强度公式也由早期的年多个样法改为采用年最大值法,但对于这样的特大暴雨,也还是会存在一定程度的积水,当然程度会轻很多。

2.  低洼地势、受纳水体顶托作用

为了说清楚这个问题我决定画一张图。


不许说我字丑,也不许说我图画的丑。

好吧,说就说吧,字丑的人一般长的好看。言归正传,一个雨污分流的雨水排水系统大概就是这样了,雨水到地面之后,一部分下渗,一部分通过雨水篦子收集进管网排入下游水体。管道中间视情况可能还有提升设备。

《室外给排水设计规范》中4.1.10中规定管渠出水口的设计水位应高于或等于排放水体的设计洪水位,但实际上对于很多地区这点很难做到,笔者最近在某沿海发达城市调研其现状管网及其相应受纳水体,开了大几十个雨水井盖,为此手还负过伤,发现绝大多数排水口在旱季晴天时处于完全淹没状态,受河水顶托作用,雨水无法有效的排出到受纳水体,滞留充满在上游管道以及检查井内。就像那个经典的小学问题,一个水池,每分钟进水5L,出水2L,问多久能把水池的水排完。答:排不完,除非雨小了,每分钟进1L的水。雨水排水是靠重力流,不像自来水是有压力的,想输送到哪里就送到哪里,对于一些低洼地势,周围的水在排不出去的情况下,会汇集到洼地中来。本身排水能力就不够,再汇水,自然就“看海”了。即使发达的那些沿海城市,城市面积都扩到这么大了,绝大部分地方不可能直接入海,还是得先入河、入江,这就会遇到河道排水能力的问题。如果暴雨太大,河道涨上来了,管网系统再好也没用。

3.管网养护不到位的问题

维护没跟上造成雨水篦子大量被堵塞也是一大问题,在一定程度上降低了排水能力(此处省略500字)。

4.气候变化

另外近年来,气候变化确定比较敏感,和往年相比有的地区确实雨量加大了,这个不可否认,而设计人员的设计依据是往年雨量数据(此处又省略500字)。


二、为什么当初不能做成不淹的水平

当初的规划、设计标准我们现在来看明显是偏低了,至于为什么做的这么低,我认为主要有两方面原因,一是刚建国没经验,二是刚建国没钱(此处又双省略500字)。

 

三、为什么现在不能改成不淹的水平

1.影响太大

比如说一个基建比较完整的城市,想象一下把河道全部挖深,再把全部道路刨开一遍,换管子,搞不好还要影响其他的电力、通信、天然气等等管子,在部分地方还要把这些管子刨了重铺,搞不好还要影响地铁...我要是政府拿主意的我就不干,一年淹一次就淹一次吧,影响比这个小多了。实在不行,还可以学习大城市治标不治本的先进经验:人海战术,下暴雨的时候就派工作人员开着防汛抽水车到立交桥之类容易积水的地方去抽水。这个多少还是有一点效果的,而且建设成本低,只是幸苦了工作人员。

2.钱

全球公认排水体系最好的城市东京,排水管道总长约1.58万公里,最大管径8.5m。东京著名的江户川工程,6.3公里管子,加上5个调蓄池,92年开工,06年完工,总投资约合180亿人民币。举个例子,我国目前高速公路造价为1.5亿每公里(笔者为桥三代,自幼在工地长大,对修高速、高铁、地铁要花多少钱相当了解),假设算上开路、建设、更换管材以及对街道和交通的影响,粗略估算翻修现有排水管道的造价为4000万每公里(实际上设计重现期、管径越大,投资预算呈指数型增加)。那么以武汉为例,武汉中心城区排水管道超过6300公里,翻修总造价2520亿,京沪高铁总投资也不过2209亿,应该没人会觉得这是笔小数目吧?可以感受一下把一个如北京上海之类的一线城市排水系统换一遍(想提高标准,就是相当于换一遍,没什么可废旧利用的地方)需要多少投资。一个市政府要是拿得出这笔钱,我国离共产主义怕都不远了。

3. 不要盲目崇洋

很多城市一“看海”,必有人要提巴黎、东京甚至德国修建的青岛排水系统。诚然,一些发达国家的排水系统确实做的比我们好,东京的检查井盖上面还有卡通图案,精致又可爱;巴黎的地下排水管大到可以给流浪汉安家。好是好,可是贵啊,好的后面难道不是经常会接个贵字吗?要好也得结合下我国国情和基本法吧。再说,笔者有同学在美国湾区,一场我国长三角地区普通中雨的量就淹了,美帝尚且如此。德国人修的青岛的排水系统又真的有那么的屌炸天吗?青岛德制下水道区域,面积很小,并且是在几乎三面环海的排水条件最好的区域,再看看青岛地形,小村修的排水沟坡度都是百分之几(一般雨水管坡度是千分之三甚至更小),下雨天雨水哗哗往海里流,想被淹都难。

 

四. 为什么污水厂越建越多,水质改善却不明显?

污水厂在过去十年中确实带来了水质的改善,但这一点改善尚不足以说我们的江河湖泊变成了一个干净的状态。排水管网生病了,我们花了10000亿建了四千多座污水处理厂,就好比你治好了感冒,鼻炎还在,一样还是会打喷嚏。

1.1.  雨污混接

在分流制排水管道下,雨水管跟污水管本应像机动车道与人行道一样,你走你的阳关道,我走我的独木桥,互不相干。然而现实却是你说的“雨”不是“雨”,眼前的“污”是什么“污”。下面几张图片为笔者在某城市调研发现的存在明显雨污混接导致污水直排的情况。




雨污混接的情况是普遍而长期存在的,不仅仅是老城区的老旧排水管道。在新城区新建排水系统,雨污混接、雨水管里套污水管也屡见不鲜,图纸分流实际混流的情况比比皆是,而这种现象也是缺乏实测流量数据的定量化评估。想起了之前微信上很火的小游戏跳一跳,玩过的朋友都知道有一格是个井盖,上面写了“污”字,停留两秒还能听到马桶冲水的声音,突发奇想如果我是程序设计者的话我会把“污”字改成“雨”,发挥一下恶搞精神。



2. 入流入渗


降雨时,污水管道中水流主要由以下三部分组成,即基本入流量(base wastewater flow,简称BWF)、地下水渗透量(groundwater infiltration,简称GWI)和降雨导致的入流入渗量(rainfall dependent inflow andinfiltration,简称RDII),其中BWF和GWI为旱天污水管道的流量,BWF主要为住宅区、商业、工业等生活污水和生产废水,RDII指降雨带来的城市污水管道或雨污合流制管道内的雨水,包括入流和入渗两部分。

人们逐渐认识到,
入流和入渗是城市污水管道普遍存在的问题,是城市污水管和合流制管道雨天发生过载及溢流的主要原因之一,对污水管网运行危害较大。大量入流入渗不但会造成检查井溢流,水量超出污水处理厂最大处理能力溢流到受纳水体,同时还增加了污水处理厂运行费用。另外,渗漏也会造成管路周围土地空洞化,引起塌陷损坏管道和路面。


讲到这里,我想应该有人又要开始骂施工方豆腐渣工程了。诚然,我国排水管道特别是一些老旧城区的确实存在很大质量问题,这是一个体系问题,很多地方你剖析起细节:规划方案是某某规划大师做的,他们很忙很多事情不会去操心某某排水管道标高怎么算,管径怎么取,坡度如何。一般来说规划大师出完方案,业主找了一家低价中标的设计院做设计,设计院为了中标极大压缩成本,很可能是一些经验比较浅的设计师套图出的,审图的总工事情一大堆,不可能面面俱到,抽重点审一审,到了业主代建方那里,一个人负责好几个项目,也忙的不要不要的,图纸核对也只能抓重点;工程招标也是低价中标,施工方为了保证利润肯定能省就省,再加上施工管理不到位,就出现了垫层厚度不足、管材以次充好、标高误差大等问题,到了验收环节,虽然国家有明确且详尽的《给水排水管道工程施工及验收规范》,但排水管道“地下隐蔽工程”的性质决定了验收不可能像修高铁、高速一样一根桩接一根桩的去检验强度,很简答的道理:路跟桥修垮了造成重大人员伤亡,第二天国务院都能知道,排水管道它躲在地下不会说话,生病了受伤了破损了谁能知道呢?这里要打一波广告了,诊断是治病的第一步,我们作为专业的城市静脉诊断医生,通过专业监测设备获得高质量管网监测数据,分析管网的“心电图”,找出症结,对症开方。另外,想为施工方洗一下地,这是一个大的体系问题,并不是单单施工方的责任。就我所知,我所见的市政排水管施工还是不敢偷工减料的,因为一旦发生质量问题,现在都是终身责任制,施工单位是责任方,那么维修起来的花费远大于实际施工,经济账谁都会算,没人会为了芝麻而丢西瓜。所以,也请您下次在马路上游泳的时候,别光骂豆腐渣工程了,施工方也很冤。

 

治病的三大药方

1)完善的在线监测数据

排水管网好比地下的城市道路,随着近几年自动驾驶、车联网以及共享出行模式的越来越普及,这些趋势将会彻底变革我们未来的交通系统与出行模式。来自MIT的研究团队在Nature中发表了一篇文章,提出了一个“乌托邦式”的交通系统,整个交通系统由统一算法所管理,算法可以调度每一部车辆,从而让系统在整体的运行效率达到最高,并能最大化的实现绿色环保。实际上,智慧排水也有类似的构想:预警预报、动态决策、厂网联动的相关研究一直在进行。而算法的前提是有代表性的、足够实用的、可定量化评估的排水管网在线监测动态数据。

 

2)海绵城市、综合管廊、管网提标

基础设施建设的重要性不言而喻,二十年前从武汉到北京坐火车要一天一夜,如今五小时。我们国家也有了像港珠澳大桥、京沪高铁等国家名片工程。地上的路越修越好,是不是也该轮到地下的排水管网了?

虽然海绵城市跟综合管廊看似是政府画了个大饼,各家努力瓜分的这样一种状况,但总的来说,海绵城市和综合管廊不是一朝一夕的工程,效果也不是立竿见影的,但远期的作用肯定是巨大的,就好比你现在只有十件衣服你放进衣柜叠整齐了,跟你乱丢进衣柜好像没太大区别,但当你有一百件衣服的时候,你肯定会感谢自己曾经叠好了之前的十件衣服,才让自己又可以放这么多衣服。

3)科学治理、系统诊断

治病不能陷入头疼医头脚疼医脚的误区,城市排水系统是一个由众多元素构成的复杂系统,排水管道、泵站、调蓄池、阀门、溢流设施、污水处理厂等众多元素相互独立却又相互关联。我们在规划设计或者翻修排水系统中某个设施时,应当从系统的角度全局出发考虑其他元素的关联影响。而不是当我们甚至不知道城镇污水处理厂和收集系统到底有没有用或者有多大用的时候,就玩命的建,以为建的越多效果就越好。但事实上怎么样,这些钱花的到底值不值得,设计目标和实际运行情况的差距有多大,我们并不是很清楚。我们答题的时候,不知道要点,你就玩命地往上写,总有几个是对的。中国的城镇污水处理厂突然也成了这个局势。提到这里,想到了一些关于环境污染的问题,与排水系统没有关系,是关于我们自己的。去年我去了一趟新疆的赛里木湖,有“大西洋最后一滴眼泪”的说法,景色很美,因此也有各种各样的游人,游人没有办法把所有的垃圾都带走,因此有一些塑料袋就在湖边随遇而安了。我的一个感概就是,我们在花大力气在建各种污水处理厂,然后去治理哪些已经被污染了的黑臭水体,但同时我们又在努力搞脏那些还比较干净的湖泊,这是个很复杂的社会问题。其实我们以为环境污染离我们很遥远,以为我们的抽水马桶一按,水一冲,就跟我们没有关系了,但问题并没有走远。我觉得用五月天的一句歌词来形容哪些比较清澈的湖泊,就是:不打扰,不打扰是最后的温柔。


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