淺議蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程的運(yùn)行維護(hù)

蔡 璇，漢京超，周娟娟

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來(lái)伴隨著全球氣候變化、城鎮(zhèn)化率提高、下墊面變化等多重因素的加劇影響，上海市中心城區(qū)內(nèi)澇頻發(fā)，已造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并嚴(yán)重威脅城市安全。與此同時(shí)，蘇州河沿線泵站雨天放江情況仍然較為嚴(yán)重，“逢雨即黑”現(xiàn)象仍較為普遍。此外，根據(jù)國(guó)家最新的排水防澇政策，上海市中心城區(qū)需要將排水標(biāo)準(zhǔn)從現(xiàn)狀的1 a一遇為主提高到5 a一遇。

對(duì)于上海這座國(guó)際化大都市，針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合上海中心城區(qū)地勢(shì)低平、水面率低、建筑密度高、人口密集、地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜和排水防澇壓力大等典型特征，在充分利用現(xiàn)狀排水設(shè)施的基礎(chǔ)上，采取增設(shè)大型深層排水調(diào)蓄隧道來(lái)化解上述矛盾，是一種合理可行的選擇。

為此，本文以蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程（簡(jiǎn)稱蘇州河深隧工程）為主要研究對(duì)象，對(duì)其功能定位、運(yùn)行模式等方面進(jìn)行論述，并針對(duì)運(yùn)行維護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行討論，從而為蘇州河深隧工程的順利推進(jìn)提供參考依據(jù)。

1 深層排水調(diào)蓄隧道技術(shù)概述

深層調(diào)蓄隧道通常是指埋設(shè)在地下空間（一般指地面以下超過(guò)20 m深度）的大型排蓄隧道。美國(guó)于1975年開始建設(shè)的芝加哥深隧工程是世界上第一個(gè)大型深隧調(diào)蓄工程，隧道總長(zhǎng)度達(dá)175 km，調(diào)蓄容積可達(dá)1 000萬(wàn)m3[1]。目前世界上已經(jīng)修建或正在修建的深層排水調(diào)蓄隧道超過(guò)20條，包括美國(guó)、日本、英國(guó)、馬來(lái)西亞、法國(guó)、墨西哥等多個(gè)國(guó)家和中國(guó)香港等地區(qū)[2-4]。深層調(diào)蓄隧道在排水領(lǐng)域中通常主要發(fā)揮污染控制、洪澇控制等功能，個(gè)別多功能隧道還能與市政交通相結(jié)合。

2 蘇州河深隧工程概況

蘇州河深隧工程主隧總長(zhǎng)度約15.3 km，隧道內(nèi)徑約10 m，調(diào)蓄容積不小于74萬(wàn)m3。蘇州河深隧工程的服務(wù)范圍主要為蘇州河流域市區(qū)段，總服務(wù)面積57.92 km2，包括25個(gè)排水系統(tǒng)。在25個(gè)排水系統(tǒng)中，曹豐、苗圃西、云嶺西、北新涇北、北虹北和芙蓉江6個(gè)排水系統(tǒng)是分流制系統(tǒng)，其余19個(gè)排水系統(tǒng)為合流制。

3 蘇州河深隧工程的功能定位

3.1 蘇州河深隧工程的工程目標(biāo)

根據(jù)《蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程規(guī)劃》及該工程的前期研究成果，蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)主要解決蘇州河地區(qū)提標(biāo)、內(nèi)澇防治和初雨污染等問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)包括一級(jí)調(diào)蓄管道及附屬綜合設(shè)施、二三級(jí)管道、初雨提升泵房、合流一期總管和初雨處理廠等。蘇州河段深層排水調(diào)蓄隧道作為上海深層排水調(diào)蓄隧道系統(tǒng)的先行段，主要工程目標(biāo)如下：

（1）蘇州河沿線排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到五年一遇（1 h）。

（2）蘇州河沿線排水系統(tǒng)有效應(yīng)對(duì)百年一遇降雨（1 h，不發(fā)生區(qū)域性城市運(yùn)行癱瘓，路中積水深度不超過(guò)15 cm）。

（3）22.5 mm以內(nèi)降雨泵站不溢流，基本消除工程沿線初期雨水污染。

3.2 蘇州河深隧工程的建設(shè)意義

總體而言，建設(shè)深層調(diào)蓄隧道是保障上海市中心城區(qū)排水、提升區(qū)域除澇安全和改善水環(huán)境質(zhì)量的必然選擇，也是國(guó)外已建區(qū)域提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的通常做法。蘇州河深隧工程的建設(shè)不僅可以貫徹“海綿城市”建設(shè)要求，也集中體現(xiàn)了因水制宜、因地制宜的治水方略，對(duì)于減排削減初期雨水徑流污染負(fù)荷、改善蘇州河水環(huán)境質(zhì)量、緩解城市內(nèi)澇、保障服務(wù)范圍的排水防澇安全具有重要意義。

4 蘇州河深隧工程的運(yùn)行

4.1 規(guī)劃運(yùn)行模式

根據(jù)《蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程規(guī)劃》，蘇州河深隧工程的規(guī)劃運(yùn)行模式主要有雨天運(yùn)行模式和旱天出流調(diào)度模式。

4.1.1 雨天運(yùn)行模式

（1）小雨運(yùn)行方式（不大于5 mm）。在降雨量不大于5 mm的情況下，蘇州河沿岸合流制和分流制地區(qū)的降雨徑流基本可通過(guò)現(xiàn)狀截流設(shè)施進(jìn)行截流。在這種情況下不啟動(dòng)調(diào)蓄入流模式。

（2）中雨運(yùn)行方式（大于5mm且不大于22.5mm）。充分利用合流一期總管的富余量。當(dāng)降雨量超過(guò)合流污水一期總管負(fù)荷，切換至深層調(diào)蓄隧道的調(diào)蓄入流模式，將雨水引入調(diào)蓄管道。

（3）大雨運(yùn)行方式（大于22.5 mm）。該運(yùn)行方式以防汛安全為主，兼顧水環(huán)境治理。降雨時(shí)應(yīng)首先利用原有合流一期總管，在超過(guò)河流一期總管負(fù)荷后切換至深隧調(diào)蓄入流模式，將雨水引入調(diào)蓄管道。當(dāng)調(diào)蓄管道充滿后停止調(diào)蓄入流，啟動(dòng)市政雨水或合流泵站，將雨水抽送入河，直至雨停。大暴雨時(shí)應(yīng)同時(shí)啟動(dòng)深隧和雨水泵站。

4.1.2 旱天出流調(diào)度模式

旱天出流調(diào)度模式主要根據(jù)未來(lái)48 h天氣預(yù)報(bào)確定。如未來(lái)48h無(wú)降雨，盡量利用凌晨低峰流量時(shí)段污水廠的空余能力來(lái)處理合流污水。如未來(lái)48 h有雨且調(diào)蓄管道內(nèi)雨水不能及時(shí)排空，應(yīng)啟動(dòng)合流污水處理廠，經(jīng)一級(jí)加強(qiáng)處理后排放。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行中需注意的問(wèn)題探討

由于蘇州河深隧工程的復(fù)雜性，不僅涉及現(xiàn)狀的市政排水系統(tǒng)和泵站，還涉及新建的二三級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)以及深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)蘇州河段深層調(diào)蓄隧道的功能定位，蘇州河深隧工程必須將原有淺層排水系統(tǒng)、中層二三級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)以及深層排水調(diào)蓄隧道系統(tǒng)緊密結(jié)合，共同發(fā)揮作用。同時(shí)還需要充分考慮以下方面的因素。

4.2.1 需要統(tǒng)籌考慮整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度

蘇州河深隧工程的運(yùn)行模式除了與現(xiàn)狀淺層管網(wǎng)充分銜接外，還需要統(tǒng)籌考慮整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度，包括合流一期管道的水量分配以及竹園初期雨水處理廠的運(yùn)行工況。目前水務(wù)部門正在進(jìn)行竹園初期雨水處理廠規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)的前期研究工作，建議后續(xù)根據(jù)竹園初期雨水處理廠的最新工程方案進(jìn)一步深化和細(xì)化旱天出流調(diào)度模式。

4.2.2 需要復(fù)核合流一期管道的可靠性

合流一期管道自建成以來(lái)已運(yùn)行三十余年，雖然在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)部分管段進(jìn)行過(guò)檢修維護(hù)，但對(duì)于管道整體而言，存在使用年限較長(zhǎng)、管道老化、缺乏系統(tǒng)檢修等問(wèn)題。一旦管道發(fā)生故障，蘇州河深隧放空出路存在較大隱患。

4.2.3 如何有效控制入流水量

為確保蘇州河深隧工程功能的有效發(fā)揮，需要合理分配調(diào)蓄庫(kù)容，這中間很重要的一點(diǎn)是入流水量控制。常用的流量控制措施一般包括堰、閘、水泵等。針對(duì)不同的控制節(jié)點(diǎn)應(yīng)具體情況具體分析，采用可行和有效的控制措施來(lái)達(dá)到流量控制的目標(biāo)。此外如要蘇州河深隧工程達(dá)到最大工程效益，25個(gè)排水系統(tǒng)的入流點(diǎn)應(yīng)該按照其特有的地理位置情況，采用不同的控制水位，這也是需要進(jìn)一步細(xì)化研究的重要內(nèi)容。

4.2.4 極端工況的沖擊和影響

當(dāng)遇到極端工況時(shí)，例如一級(jí)調(diào)蓄管道或綜合設(shè)施出現(xiàn)事故，或者一級(jí)調(diào)蓄管道已充滿又面臨繼續(xù)降雨，則不得不關(guān)閉一級(jí)調(diào)蓄管道入流，開啟市政雨水泵，外排蘇州河。該情況下，服務(wù)范圍內(nèi)的排水防澇安全將難以保障。因此蘇州河深隧工程還應(yīng)適當(dāng)考慮在極端工況下的應(yīng)急排水措施。

4.2.5 節(jié)能減排方面的考量

在蘇州河深層調(diào)蓄隧道的調(diào)度運(yùn)行中，不僅要滿足緩解內(nèi)澇和削減溢流污染的要求，還要結(jié)合實(shí)際情況尋求滿足節(jié)能減排需求的優(yōu)化調(diào)度方案。例如旱天放空時(shí)間可盡量選擇在凌晨時(shí)段，不僅可以減少耗電費(fèi)用，合流一期總管也處于低峰流量時(shí)期，能更好地輸送和處理已調(diào)蓄的雨污水。此外還應(yīng)權(quán)衡深隧的啟用條件，在具備條件的前提下，如果降雨量不大，可考慮優(yōu)先利用淺層排水管網(wǎng)和中層二三級(jí)管道的調(diào)蓄容量，適當(dāng)減少深隧使用頻率，從而延長(zhǎng)設(shè)施的使用壽命，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

5 蘇州河深隧工程的維護(hù)

借鑒國(guó)際上成功的深隧工程經(jīng)驗(yàn)，深隧系統(tǒng)的正常運(yùn)行在很大程度上取決于深隧系統(tǒng)的管理與維護(hù)。深隧系統(tǒng)的維護(hù)主要是指通過(guò)一系列的專業(yè)技術(shù)手段定期對(duì)深隧系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)，以確保深隧系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。主要應(yīng)考慮管網(wǎng)清淤、系統(tǒng)除臭、系統(tǒng)防爆、構(gòu)筑物防腐等諸多方面。此外還應(yīng)當(dāng)建立系統(tǒng)維護(hù)制度、建立專業(yè)人才隊(duì)伍等，為深隧的維護(hù)提供制度和人員保障。

為了保證深隧系統(tǒng)長(zhǎng)期有效地運(yùn)行，在加強(qiáng)深隧系統(tǒng)運(yùn)行管理的基礎(chǔ)上，在前期研究、設(shè)計(jì)和施工階段就應(yīng)當(dāng)高度重視深隧系統(tǒng)的維護(hù)工作，并為系統(tǒng)建成后的運(yùn)維預(yù)留必要的手段和空間，從而確保深隧系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

5.1 深隧系統(tǒng)清淤

排水管網(wǎng)中的沉積物主要來(lái)源于雨水徑流和污水中的顆粒物質(zhì)。當(dāng)排水管網(wǎng)中存在大量沉積物時(shí)，不僅會(huì)引起管道堵塞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成管網(wǎng)腐蝕、滲漏乃至污染地下水。深層調(diào)蓄隧道埋深較深，清淤和檢修難度較高，沉積物的管理和清理方案應(yīng)當(dāng)慎重確定。首先應(yīng)做好前端控制，盡量減少進(jìn)入深隧的顆粒物總量，從而降低深層清淤的工作量。這一點(diǎn)可通過(guò)在入流設(shè)施內(nèi)設(shè)置格柵和沉砂池等來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次可通過(guò)潛望遠(yuǎn)鏡、管道閉路電視或聲吶等檢測(cè)方式，對(duì)深隧進(jìn)行定期檢測(cè)，當(dāng)沉積物達(dá)到一定厚度時(shí)即進(jìn)行清淤處理。目前主流的清淤技術(shù)包括機(jī)械清淤、高壓水射清淤、水力沖刷清淤等，應(yīng)因地制宜，針對(duì)深隧的特點(diǎn)選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、安全度高的清淤技術(shù)。

5.2 系統(tǒng)除臭

由于蘇州河深隧的入流中不僅包括初期雨水，還包括合流污水，在深隧入流過(guò)程中，劇烈的水、氣運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生大量的惡臭氣體。如果未經(jīng)處理便排放，將對(duì)綜合設(shè)施的周邊環(huán)境造成較大的負(fù)面影響。同時(shí)除入流污水中本身含有的惡臭氣體，污水在厭氧環(huán)境中微生物的作用下，也會(huì)生成有毒有害氣體。因此在深隧的運(yùn)維過(guò)程中，需要充分考慮除臭和通風(fēng)的相關(guān)措施及裝置。

5.3 系統(tǒng)防爆

深隧系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大的氣-液交換系統(tǒng)。一旦儲(chǔ)存的雨污水不能及時(shí)放空，有可能產(chǎn)生有毒有害、易燃易爆氣體，包括甲烷、硫化氫、一氧化碳、氨氣等。其中甲烷和硫化氫作為目前排水管道氣體中含量較高、危害較大的兩種氣體，一旦積聚還存在一定的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)隧道及周邊設(shè)施的安全造成威脅。因此應(yīng)建立智能監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)深層調(diào)蓄隧道內(nèi)部可能產(chǎn)生的有毒有害、易燃易爆氣體進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，保障深隧系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

5.4 深隧防腐

通常認(rèn)為管道腐蝕來(lái)源主要有兩個(gè)方面：構(gòu)筑物內(nèi)部介質(zhì)和構(gòu)筑物外地下水。對(duì)于淺層管網(wǎng)而言，微生物可將污水中高濃度有機(jī)物轉(zhuǎn)換為酸性物質(zhì)，造成管道腐蝕，降低管道壽命[5]。對(duì)類似深隧這類深埋蓄水構(gòu)筑物而言，腐蝕來(lái)源不僅包括內(nèi)部腐蝕性水體，還涉及外部地下水中的氯、硫酸根等離子。深隧管壁的腐蝕可能導(dǎo)致污水滲漏至地下水中，嚴(yán)重影響地下水環(huán)境，甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞等事故。已有研究表明，污水滲漏對(duì)地下水的污染僅次于工業(yè)污染[6]。因此在深隧的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)綜合考量、充分論證，選用滿足要求的防腐方式，并做好定期防腐檢修和維護(hù)。

5.5 建立和完善相應(yīng)的管理維護(hù)機(jī)制

要確保深隧系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須建立完善的系統(tǒng)管理維護(hù)制度。應(yīng)當(dāng)依托先進(jìn)的信息技術(shù)手段，建立深隧管理維護(hù)信息系統(tǒng)，并與日常工作緊密結(jié)合。在日常維護(hù)中，建議淺層和中層管網(wǎng)以分區(qū)、專人的原則進(jìn)行管網(wǎng)的巡檢工作，及時(shí)疏通管道，并對(duì)產(chǎn)生破損、泄漏等問(wèn)題的管道進(jìn)行維修，做好日常巡檢記錄。深層調(diào)蓄隧道應(yīng)由專業(yè)人員操縱專業(yè)設(shè)備定期進(jìn)行維護(hù)，如果具備條件可采用遙控機(jī)械檢修的方式。在維護(hù)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻將安全放于第一位，加強(qiáng)人員的安全培訓(xùn)，做好現(xiàn)場(chǎng)以及人員自身的安全防護(hù)工作，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

5.6 專業(yè)人員隊(duì)伍建設(shè)

應(yīng)根據(jù)深隧運(yùn)行管理需要，逐步建立一支專業(yè)的人才隊(duì)伍。根據(jù)分工和職能的不同，從人員數(shù)量、結(jié)構(gòu)和專業(yè)等方面完善隊(duì)伍的配置，注重專業(yè)人才培養(yǎng)和人才儲(chǔ)備工作。對(duì)于人才引進(jìn)，應(yīng)按照崗位要求尋求合適的人才，理論與實(shí)際相結(jié)合。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于蘇州河深隧工程，介紹了工程概況、工程目標(biāo)、建設(shè)意義以及規(guī)劃運(yùn)行模式，并針對(duì)運(yùn)行中應(yīng)注意的問(wèn)題以及維護(hù)管理中需要關(guān)注的內(nèi)容進(jìn)行深入的探討，為蘇州河深隧工程的順利推進(jìn)提供參考依據(jù)。為爭(zhēng)取發(fā)揮蘇州河深隧工程的最大功效，建議參考借鑒國(guó)外典型深隧工程的成功案例、研究成果，結(jié)合上海市排水系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn)，建立科學(xué)化、系統(tǒng)化、信息化的運(yùn)行維護(hù)方案，以確保蘇州河深隧工程排水系統(tǒng)提標(biāo)、內(nèi)澇防治及面源污染控制等功能有效和穩(wěn)定地發(fā)揮。