對(duì)我國城市建設(shè)雨洪控制隧道的思考
對(duì)我國城市建設(shè)雨洪控制隧道的思考
唐磊1，車伍2，趙楊3
(1.中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100044；2.北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；3.北京雨人潤科生態(tài)技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100044)
摘要：雨洪控制隧道在城市洪澇控制和合流制溢流控制中效果顯著，我國部分城市已經(jīng)開展了相關(guān)研究和討論，但在其規(guī)劃設(shè)計(jì)、方案比選和科學(xué)決策等重大問題上仍面臨很多困惑。為此，總結(jié)和概括了國外城市雨洪控制隧道的建設(shè)目的與投資效益，隧道的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法和不同類型隧道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，隧道的優(yōu)越性、局限性和方案比選，以及隧道和雨洪管理的科學(xué)決策等問題，并分別針對(duì)以上各方面結(jié)合我國的實(shí)際進(jìn)行分析討論并提出建議，旨在為我國城市科學(xué)地借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，更加經(jīng)濟(jì)高效地解決洪澇及合流制溢流污染問題提供參考。
尤其是在一些城市的中心城區(qū)和老城區(qū)，存在著嚴(yán)重的洪澇和合流制溢流(CSO)污染問題。極端降雨事件的增加導(dǎo)致這些問題更加嚴(yán)峻，因此對(duì)原有排水系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，確保城市排水安全和水環(huán)境良好已迫在眉睫。雨洪控制隧道作為一種有效的工程手段，其龐大的工程量、巨額的投資及良好的效果引起了城市規(guī)劃者和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，我國部分城市已經(jīng)開展了相關(guān)的討論、調(diào)研或初步規(guī)劃。
隧道在發(fā)達(dá)國家已有很多成功的應(yīng)用案例，但無不是經(jīng)過縝密的研究、慎重的決策和因地制宜的規(guī)劃設(shè)計(jì)。如此浩大的工程能夠得以實(shí)施，一方面是基于相關(guān)法規(guī)對(duì)城市排水安全和水環(huán)境質(zhì)量的強(qiáng)制性要求，另一方面則基于大量的資金支持和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲屑凹夹g(shù)支撐，隧道方案的決策、規(guī)劃和實(shí)施通常以“法規(guī)約束—研究分析—規(guī)劃設(shè)計(jì)—建設(shè)運(yùn)行”的方式進(jìn)行。
1 隧道的建設(shè)目的與投資效益
1.1 法規(guī)約束與控制目標(biāo)
在許多發(fā)達(dá)國家，相關(guān)法律和規(guī)范的強(qiáng)制性約束促使城市規(guī)劃和管理者思考如何科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、高效地解決CSO污染和洪澇問題，經(jīng)過長期研究、探索和多方案比選，許多城市選擇隧道作為重要的解決方案之一。
① CSO控制方面
在歐美發(fā)達(dá)國家，隧道主要用于合流制區(qū)域的CSO污染控制。國家環(huán)保部門在研究的基礎(chǔ)上通過立法對(duì)城市水環(huán)境保護(hù)和非點(diǎn)源污染控制做了明確的規(guī)定和嚴(yán)格的要求，例如美國1972年頒布的《清潔水法案》和歐盟2000年頒布的《歐盟水框架指令》，成為美國和歐洲各國開展相關(guān)研究和應(yīng)用的主要驅(qū)動(dòng)力，促使各城市投入巨額資金用于排水系統(tǒng)升級(jí)改造和CSO控制�；凇肚鍧嵥ò浮芳跋嚓P(guān)修訂法案，美國環(huán)保局和各州的環(huán)保機(jī)構(gòu)要求各城市制定并提交CSO長期控制規(guī)劃，為了按期達(dá)到相應(yīng)的控制目標(biāo)和要求，很多城市的CSO長期控制規(guī)劃中都選擇了隧道方案；《歐盟水框架指令》對(duì)歐洲城市水環(huán)境質(zhì)量提出了新的要求，明確提出了許多地表水體水質(zhì)控制目標(biāo)，如果違反指令將會(huì)承擔(dān)來自歐盟的巨額罰款風(fēng)險(xiǎn)，正是這部指令及歐盟各國的相關(guān)法規(guī)促使各國的環(huán)保部門制定了CSO控制規(guī)劃，從而推進(jìn)了隧道的設(shè)計(jì)和建設(shè)。
在發(fā)達(dá)國家，CSO控制的相關(guān)法規(guī)、政策和導(dǎo)則在解決CSO污染問題中扮演了非常重要的角色。經(jīng)過長期的實(shí)踐和不斷的完善，法規(guī)約束、政策支持和導(dǎo)則指導(dǎo)已經(jīng)形成一個(gè)完整的CSO控制非工程措施體系，強(qiáng)化了社會(huì)對(duì)CSO控制面臨挑戰(zhàn)的認(rèn)知，促進(jìn)了決策者的重視和參與，也推進(jìn)了CSO控制中隧道的規(guī)劃和實(shí)施。
② 洪澇控制方面
在洪澇控制方面，發(fā)達(dá)國家完善的法規(guī)和規(guī)范對(duì)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)、建設(shè)與管理起到了約束、指導(dǎo)和規(guī)范作用，從而促進(jìn)了許多隧道工程的應(yīng)用。例如，為應(yīng)對(duì)嚴(yán)重的洪澇問題，東京市政府于2007年依據(jù)《下水道法》及相關(guān)規(guī)范制定了三個(gè)防御級(jí)別，法國巴黎以《水法》作為法律依據(jù)制定重點(diǎn)及敏感地區(qū)的防洪排澇規(guī)劃以應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害，這些法規(guī)在一定程度上促進(jìn)了東京和巴黎大型調(diào)蓄設(shè)施方案的制定。另一方面，發(fā)達(dá)國家雨水標(biāo)準(zhǔn)體系中包含了兩個(gè)層次的標(biāo)準(zhǔn)，例如，歐盟國家標(biāo)準(zhǔn)體系中同時(shí)規(guī)定了管道排水標(biāo)準(zhǔn)和洪澇災(zāi)害控制標(biāo)準(zhǔn)，歐盟EN752雨水系統(tǒng)的洪澇控制標(biāo)準(zhǔn)為10~50年；美國標(biāo)準(zhǔn)體系也明確規(guī)定了小暴雨排水標(biāo)準(zhǔn)和大暴雨排水標(biāo)準(zhǔn)，美國ASCE雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的大排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為100年。在一些特定區(qū)域，大暴雨排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中隧道能發(fā)揮較大作用。
總體而言，發(fā)達(dá)國家的排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般較高，排水基礎(chǔ)設(shè)施較完善，洪澇問題相對(duì)不突出。而許多亞洲國家和地區(qū)則往往由于暴雨造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失而促進(jìn)了對(duì)洪澇問題的重視，例如馬來西亞、韓國等國家以及中國香港的許多隧道都是在發(fā)生較大的洪澇災(zāi)害之后建設(shè)的。
③ 我國的相關(guān)法律和規(guī)范
在城市非點(diǎn)源污染控制方面，我國尚缺乏相應(yīng)的法規(guī)和明確的控制目標(biāo)，一些發(fā)達(dá)城市由于水體污染問題突出已經(jīng)開始重視，還有一些城市借助國家流域污染治理和城市徑流污染控制等研究課題開展了部分實(shí)踐。但從全國而言，由于各城市發(fā)展水平不均衡，城市非點(diǎn)源污染控制的開展受到很大局限，許多二、三線城市還沒有提上日程。由于缺乏相應(yīng)的法規(guī)和目標(biāo)，已經(jīng)開始行動(dòng)的幾個(gè)城市在制定規(guī)劃方案和確定設(shè)施規(guī)模時(shí)也遇到了一些困惑。
我國城市的雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期與發(fā)達(dá)國家相比普遍偏低，也缺少城市雨水管理方面的法律法規(guī)。當(dāng)前我國正在修編或新編一些城市排水工程和內(nèi)澇防治工程的相關(guān)規(guī)范和導(dǎo)則，這對(duì)于城市內(nèi)澇控制和排水系統(tǒng)升級(jí)改造具有重大意義，但仍需借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，制定更為完善的法律、政策、規(guī)范和導(dǎo)則體系，為更科學(xué)地制定規(guī)劃和選擇方案提供支持。
1.2 投資與效益
① 隧道的資金來源
隧道的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)需要巨額的資金投入，對(duì)國外32個(gè)隧道的投資進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，由于結(jié)構(gòu)、規(guī)模、埋深、地質(zhì)條件和施工方法等因素的不同，隧道方案的造價(jià)在0.5~7.3億元/km之間，平均造價(jià)為2.7億元/km。對(duì)于我國許多城市尤其經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的二、三線城市及大量中小城市，資金缺乏成為排水系統(tǒng)提標(biāo)改造和隧道應(yīng)用的最重要的限制因素之一。即使是在一線城市，如此巨額的資金也很難承受，因而有必要借鑒國外城市隧道的籌資方法。
隧道在美國許多城市被采用，除了完善的法律約束和規(guī)范的指導(dǎo)作用，還與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、國家資本雄厚分不開，此外也得益于其利用市場機(jī)制的多渠道籌資方法，包括征收雨水費(fèi)、補(bǔ)貼和激勵(lì)計(jì)劃等。例如在洪水控制方面，采取國家主導(dǎo)、商業(yè)保險(xiǎn)公司參與的洪水保險(xiǎn)模式有利于籌集資金和減少災(zāi)害費(fèi)用支出。在CSO控制方面，各城市的CSO長期控制規(guī)劃資金來源包括本地提供資金、州清潔水循環(huán)基金貸款和州贈(zèng)款，在特殊情況下，國會(huì)還會(huì)直接為項(xiàng)目撥款；2000年修訂的《清潔水法案》授權(quán)EPA直接或通過各州為城市的CSO控制規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)提供資助，該法案還要求EPA提供技術(shù)援助。
加快城市排水工程建設(shè)的關(guān)鍵是加大資金的籌集和投入，與發(fā)達(dá)國家相比，我國城市排水系統(tǒng)投資最大的問題是資金來源單一，多數(shù)情況下僅僅依靠政府的撥款，尤其是一些大型基礎(chǔ)設(shè)施的巨額投資往往取決于政府的壓力和決心，這種方式的弊端已經(jīng)十分明顯。因此，一方面我國應(yīng)借鑒發(fā)達(dá)國家資金籌集方法，引入市場機(jī)制并增加經(jīng)費(fèi)來源；另一方面，規(guī)劃部門還應(yīng)制定更為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃方案，這不僅關(guān)系到項(xiàng)目能否實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)，也有利于為項(xiàng)目爭取預(yù)算資金。
② 隧道的控制效果
雖然投資費(fèi)用高昂，但隧道在實(shí)現(xiàn)洪澇控制和CSO控制上一般具有令人信服和滿意的效果，表1列舉了部分雨洪控制隧道的運(yùn)行或設(shè)計(jì)控制效果。
表1 部分雨洪控制隧道的運(yùn)行或設(shè)計(jì)控制效果
2 隧道的規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)
雖然用于隧道施工的盾構(gòu)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但隧道的規(guī)劃設(shè)計(jì)仍然涉及許多問題，需要大量的研究和技術(shù)儲(chǔ)備以及多部門的配合參與，從隧道方案的提出到實(shí)施還有很多艱巨的工作和很長的路。
2.1 隧道規(guī)模和路線的設(shè)計(jì)
① 重要性與設(shè)計(jì)方法
隧道的規(guī)模和路線決定了其存儲(chǔ)能力和系統(tǒng)性能，也會(huì)影響到豎井和盾構(gòu)的數(shù)量和安裝位置，這些是隧道規(guī)劃設(shè)計(jì)的重中之重，對(duì)隧道的經(jīng)濟(jì)性和效果非常重要。例如，隨著隧道深度的增加，其豎向結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，一般會(huì)導(dǎo)致工程投資增大和施工周期增長；隧道和豎井的規(guī)模設(shè)計(jì)要合理，規(guī)模偏小會(huì)造成溢流量增加，規(guī)模偏大則導(dǎo)致隧道空間不能有效利用；此外，隧道巨大的抽升和排放能耗及底泥沖洗、清理的困難也是需要特別考慮的重大問題。
一般而言，隧道規(guī)模和路線的確定需要從技術(shù)和現(xiàn)實(shí)兩方面綜合考慮，技術(shù)層面主要依賴于模型模擬，而現(xiàn)實(shí)層面主要考慮客觀條件和公眾咨詢。
② 模型設(shè)計(jì)案例
隧道規(guī)模和路線的選擇和評(píng)估依賴于成熟、準(zhǔn)確的模型模擬，模擬甚至是項(xiàng)目研究和規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。除了排水管網(wǎng)模型，還涉及到土壤、水體、水力、水質(zhì)、溶解氧、氣體流動(dòng)等模型，并需要考慮近遠(yuǎn)期規(guī)劃。根據(jù)控制目的的不同一般沿水體、溢流口、積水區(qū)域或街道設(shè)置隧道。此外還需要模擬研究操作規(guī)則，新建隧道與原有系統(tǒng)（檢查井、排水干管和支管、溢流口、污水廠等）和配套設(shè)施（豎井、泵站）的合理銜接，以最大程度地緩解洪澇和污染，部分隧道的運(yùn)行還包含實(shí)時(shí)控制技術(shù)。通過對(duì)溢流頻率和體積要求、雨水排放標(biāo)準(zhǔn)及洪澇控制標(biāo)準(zhǔn)等控制目標(biāo)的評(píng)估，并結(jié)合費(fèi)用與效果進(jìn)行方案比選以確定最終方案。
美國俄亥俄州的哥倫布市在CSO控制規(guī)劃中選擇了隧道方案，方案設(shè)計(jì)階段建立了排水系統(tǒng)水力模型，并以市中心集水區(qū)滿足更高層次CSO控制能力為目標(biāo)通過模型研究優(yōu)化隧道尺寸。模型在集水區(qū)中執(zhí)行不同的流量控制方案,具有靈活性，通過調(diào)整隧道的大小、豎井的數(shù)量、連接關(guān)系、閥門的設(shè)置和泵站的運(yùn)行等，最終確定的方案節(jié)省了1.03億美元成本。
芝加哥用于緩解CSO污染和減少洪澇災(zāi)害的TARP計(jì)劃建設(shè)了103 km的隧道和3個(gè)大型調(diào)蓄池，并將調(diào)蓄池與隧道系統(tǒng)相連接。為了評(píng)估隧道和調(diào)蓄池的有效性，進(jìn)行了水文、水力和水質(zhì)模型模擬：水文模型用于流域內(nèi)降雨徑流過程的連續(xù)模擬；水力模型對(duì)合流制和分流制系統(tǒng)進(jìn)行了建模，模擬200個(gè)子區(qū)域的管道溢流量和截流到污水廠的流量；水質(zhì)模型模擬了BOD、DO、TSS等指標(biāo)；此外，還使用模型模擬258個(gè)豎井的溢流量，并對(duì)TARP系統(tǒng)的整體運(yùn)行進(jìn)行了模擬，包括調(diào)蓄池入口閥門操作、豎井控制閥門操作以及隧道、調(diào)蓄池和污水廠之間水量調(diào)度的操作。模型輸出隧道和調(diào)蓄池內(nèi)流量的階段數(shù)據(jù)以及調(diào)蓄池內(nèi)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，為確定方案的有效性、評(píng)估CSO和洪澇的控制效果提供了參考。
為了確保實(shí)現(xiàn)最合理的成本效益，并盡量減少干擾和破壞，泰晤士隧道路線的優(yōu)化一直是規(guī)劃設(shè)計(jì)者的關(guān)注重點(diǎn)，因而對(duì)河道兩岸的排水系統(tǒng)進(jìn)行了建模，流域和水質(zhì)模型被用于設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方案效果。模擬結(jié)果顯示，為了減少溢流次數(shù)并使水體DO含量滿足要求，泰晤士隧道方案是非常必要的。模型被用于優(yōu)化截流豎井和評(píng)估可以通過其他方式控制的溢流口數(shù)目，并將泰晤士隧道和現(xiàn)有截流管道進(jìn)行局部連接，以充分利用現(xiàn)有管道能力，減少截流豎井的數(shù)目和工程量，進(jìn)而減少整個(gè)項(xiàng)目的潛在影響和建設(shè)成本。
③ 各部門合作與公眾咨詢
需要注意的是，隧道的規(guī)劃設(shè)計(jì)必然會(huì)涉及到許多非技術(shù)性問題。盡管隧道位于深層地下，仍然不可避免地要穿過建筑物、橋梁、取水井等公用設(shè)施；豎井、溢流口、開挖地點(diǎn)等也勢必涉及征地拆遷、噪音、環(huán)境影響等；隧道的規(guī)劃還可能與交通規(guī)劃、河道規(guī)劃、景觀規(guī)劃等沖突，因而需要包括市政府、規(guī)劃部門、環(huán)保部門、交通部門、文物保護(hù)部門及安保部門等其他相關(guān)單位的參與、配合、討論與協(xié)商，或提供相關(guān)基礎(chǔ)資料。另一方面，隧道的路線選擇還需要對(duì)公眾、社會(huì)團(tuán)體、開發(fā)商、土地所有者等進(jìn)行公眾咨詢，在一個(gè)公平、透明的過程中適當(dāng)考慮到市民的意見和關(guān)切。
因此，隧道路線的設(shè)計(jì)除利用模型等技術(shù)進(jìn)行成本效益綜合分析外，還需要制定咨詢利益相關(guān)者和公眾的計(jì)劃。例如2010年倫敦泰晤士隧道項(xiàng)目對(duì)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)公眾、相關(guān)部門和其他相關(guān)者進(jìn)行一項(xiàng)為期12周的公眾咨詢活動(dòng)，一方面可對(duì)公眾進(jìn)行宣傳教育、普及知識(shí)并征求意見，另一方面也可以增加大家對(duì)項(xiàng)目的了解，獲取更多的支持和信任。
2.2 不同類型隧道的規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)
隧道一般都設(shè)置在地下管線復(fù)雜、傳統(tǒng)雨水排放和存儲(chǔ)設(shè)施不具備空間條件以及洪澇或CSO污染問題突出的老城區(qū)和中心城區(qū)。由于隧道種類和功能的不同，必須要針對(duì)不同問題和目的進(jìn)行隧道方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)，因地制宜選擇洪澇控制(作為排水通道或調(diào)節(jié)設(shè)施)、CSO控制(作為存儲(chǔ)設(shè)施)或是兩者兼顧的運(yùn)行模式，確定隧道的路線、規(guī)模和豎井的尺寸。
洪澇控制隧道一般適宜用于積水區(qū)域多而密集，洪澇頻繁且積水量大，河道泄洪能力不足并且其他方案難以實(shí)施或快速奏效的區(qū)域。洪澇控制隧道一般沿內(nèi)澇積水區(qū)域布置，或橫穿排水區(qū)域以截流上游洪水，或位于河道之下以增加河道泄洪能力，根據(jù)具體情況可將隧道與部分地表水體及已有調(diào)蓄池等相連通。隧道出路設(shè)計(jì)應(yīng)選擇合理位置、高程及泵站規(guī)模以保證順利排除。北京“7·21”暴雨中郊區(qū)洪水和城區(qū)內(nèi)澇的發(fā)生都與河道泄洪能力不足密切相關(guān)，正在研究中的“地下廊道”方案即位于河道之下，用于提高河道泄洪能力和減少對(duì)雨水管道的頂托作用。沈陽市“排澇干管”的初步方案中，排澇干管沿著主干道路設(shè)置，其匯水范圍基本覆蓋了該區(qū)域內(nèi)所有重要積水路段和積水點(diǎn)，并計(jì)劃建設(shè)配套的泵站。
CSO控制隧道一般適宜用于溢流口較多且密集、溢流水量大、溢流污染嚴(yán)重并且其他方案難以實(shí)施或快速奏效的區(qū)域。CSO控制隧道一般沿河道和水體布置，收集超過截流管道能力的合流制溢流污水并將其輸送至污水處理廠。隧道路線的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮和污水廠、泵站、已有調(diào)蓄池的合理銜接。為了達(dá)到CSO控制目標(biāo)和滿足水體水質(zhì)要求，還應(yīng)考慮對(duì)超過隧道存儲(chǔ)能力的CSO污水進(jìn)行控制和處理，例如哥倫布市CSO控制方案中除了隧道外還建設(shè)了CSO高效處理設(shè)施，亞特蘭大對(duì)超過隧道能力的部分CSO進(jìn)行消毒和脫氮處理后排入受納水體。在每個(gè)溢流口建設(shè)分散的CSO調(diào)蓄池會(huì)造成較多的空間需求和復(fù)雜的拆遷問題，因而可以考慮通過建設(shè)隧道將多個(gè)溢流口串聯(lián)起來，例如北京市在制定合流制排水系統(tǒng)改造規(guī)劃時(shí)曾建議沿護(hù)城河建設(shè)隧道收集CSO的方案。
CSO控制隧道除了存儲(chǔ)功能外還具有輸送能力，暴雨期間大量的雨污混合水進(jìn)入隧道從而避免了直接排河，有助于減少河道行洪壓力，對(duì)洪澇控制有一定的幫助。
3 隧道的方案比選
3.1 隧道的優(yōu)越性和局限性
雨洪控制隧道作為集中型傳統(tǒng)灰色基礎(chǔ)設(shè)施的典型代表，一般具有實(shí)施后見效快、控制效果顯著等特點(diǎn)，適宜在較大范圍內(nèi)存在嚴(yán)重洪澇或CSO污染問題時(shí)采用，并且通過科學(xué)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行可兼顧洪澇控制、污染控制及其他功能，如交通、景觀補(bǔ)水等；另一方面，盾構(gòu)施工對(duì)地面、地下軌道交通及管線的影響相對(duì)較小，現(xiàn)狀設(shè)施拆遷和施工期間占地較少，一般可以避免昂貴土地收購以及同其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之間的沖突，相對(duì)于分散型措施，隧道便于進(jìn)行集中操作、維護(hù)和管理。由于城市道路地下淺層的管線已經(jīng)十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的增加管道、擴(kuò)建管道和建設(shè)調(diào)蓄池等措施在一些條件下難以實(shí)施或成本太高，而位于深層地下的隧道工程為排水系統(tǒng)的升級(jí)改造提供了一種可行的選擇，通過高額的資金投入和大規(guī)模建設(shè)可以有效地解決城市一些區(qū)域的洪澇和CSO污染問題，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)和要求，這也是現(xiàn)代大城市發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求和體現(xiàn)。
但隧道方案也有其明顯的局限性。大型隧道設(shè)計(jì)施工周期較長、工程量大，配套設(shè)施的建設(shè)難度大，管理、運(yùn)行和維護(hù)復(fù)雜，需要較高的初始投資、運(yùn)行費(fèi)用以及持續(xù)的維護(hù)成本，隧道方案高昂的費(fèi)用是許多城市無法承受的，一般很難在一個(gè)城市大范圍采用；另一方面，單一的灰色控制措施并不一定能徹底、高效地解決整個(gè)城市的所有雨洪問題，也存在破壞城市水循環(huán)和水生態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)，一些城市修建隧道后，雖然顯著減少了溢流進(jìn)入水體的污染物，但水質(zhì)狀況依然不樂觀，仍然需要再尋求其他高效措施；此外，如前所述，隧道的實(shí)施還涉及政策法規(guī)、籌資、公眾的理解和支持，并且對(duì)模型模擬技術(shù)要求較高，這些都可能成為一些城市采用隧道的制約因素。
3.2 隧道的方案選擇
① 隧道的方案比選與論證
由于隧道具有明顯的優(yōu)越性和局限性，在制定規(guī)劃時(shí)必然涉及方案比選這一重大問題。不論是制定CSO控制規(guī)劃還是洪澇控制規(guī)劃，都需要構(gòu)建一個(gè)控制系統(tǒng)，經(jīng)過研究分析、方案比選及方案論證而選擇最經(jīng)濟(jì)高效的方案。
2000年，倫敦市成立了泰晤士河策略研究組織，就CSO對(duì)泰晤士河水環(huán)境質(zhì)量的影響進(jìn)行了評(píng)估，并廣泛研究了控制CSO污染和提高水環(huán)境質(zhì)量的潛在解決方案，包括隧道、雨污分流改造、可持續(xù)排水系統(tǒng)推廣、實(shí)時(shí)控制、CSO處理等方案。經(jīng)過多年的研究得出，建設(shè)泰晤士隧道是最節(jié)約時(shí)間和最具經(jīng)濟(jì)效益的方案，其他方案將會(huì)花費(fèi)更多，造成更多的干擾和破壞，并且不能達(dá)到水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求和CSO控制目標(biāo)。
為了減少內(nèi)澇帶來的嚴(yán)重影響和經(jīng)濟(jì)損失，香港渠務(wù)署于1996年開展了“香港島北雨水排放整體計(jì)劃研究”，尋求符合現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)對(duì)未來需要的排水系統(tǒng)改善措施。在研究期間渠務(wù)署對(duì)傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)擴(kuò)大及改善工程、蓄洪計(jì)劃、雨水截流隧道及防洪抽水計(jì)劃等多個(gè)改善方案進(jìn)行了研究和評(píng)估。在方案比選時(shí)，渠務(wù)署根據(jù)每個(gè)集水區(qū)的特點(diǎn)，綜合考慮土地、環(huán)境、交通、地下空間、投資等因素，經(jīng)仔細(xì)分析和反復(fù)咨詢，最終決定采用港島西雨水排放隧道方案。
但是也有經(jīng)過評(píng)估論證最終放棄采用隧道的例子，如美國底特律市由于難以負(fù)擔(dān)建設(shè)雨洪控制隧道的高額投資而放棄了該方案。
② 隧道與源頭分散控制措施的比選
近年來，在城市可持續(xù)發(fā)展的推動(dòng)下，源頭分散式雨洪控制措施的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，灰色設(shè)施與綠色設(shè)施相結(jié)合的雨洪管理理念得到了極大的推崇。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)控制措施如隧道存在許多局限性和一定的適用條件，并且難以從根本上解決整個(gè)城市雨洪問題；另一方面，灰色設(shè)施也未必是最佳方案，而應(yīng)該通過研究，選擇綜合效益最優(yōu)的控制方案。
波特蘭是最早大規(guī)模推廣低影響開發(fā)(LID)措施的城市之一，從20世紀(jì)90年代初開始LID措施就成為波特蘭控制CSO的主要措施,并建設(shè)了多個(gè)隧道工程。2006年波特蘭啟動(dòng)了最后一條東部隧道項(xiàng)目，2011年該項(xiàng)目運(yùn)行后可實(shí)現(xiàn)CSO的排放減少94%，波特蘭當(dāng)前已經(jīng)完成CSO長期規(guī)劃，未來將完全向綠色設(shè)施的推廣應(yīng)用發(fā)展。在波特蘭的CSO控制總費(fèi)用中，灰色和綠色基礎(chǔ)設(shè)施分別占90%和10%；對(duì)于CSO削減量，灰色和綠色基礎(chǔ)設(shè)施的貢獻(xiàn)分別占65%和35%。可以看出：LID措施和隧道工程在波特蘭控制CSO中都發(fā)揮了非常重要的作用，與灰色基礎(chǔ)設(shè)施相比，綠色基礎(chǔ)設(shè)施具有更高的投資效益。
倫敦在泰晤士隧道規(guī)劃中對(duì)可持續(xù)排水系統(tǒng)(SUDS)方案進(jìn)行了評(píng)估。研究者分析了SUDS的眾多優(yōu)勢，并表示非常支持SUDS在新建城區(qū)推廣。但考慮到倫敦人口稠密、排水系統(tǒng)復(fù)雜、大部分土地已經(jīng)開發(fā)、沒有足夠的空間實(shí)施、粘土導(dǎo)致雨水難以迅速下滲等因素，最終的研究結(jié)論認(rèn)為在倫敦廣泛推廣SUDS將幾乎對(duì)每家每戶的道路和開放空間等都會(huì)造成影響，并且費(fèi)用昂貴、技術(shù)困難，難以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)CSO控制和水環(huán)境改善的目標(biāo)。
通過波特蘭CSO控制歷程和倫敦CSO控制方案比選這兩個(gè)案例可以看出，不同國家或城市對(duì)綠色措施和傳統(tǒng)灰色措施方案比選的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐有較大的不同，這跟決策者和研究者個(gè)人以及所在國家的政策法規(guī)、發(fā)展歷程和城市特點(diǎn)等因素有較大關(guān)系。事實(shí)上，在城市雨洪管理中，傳統(tǒng)灰色設(shè)施與綠色設(shè)施都是必不可少的，并且在控制大暴雨和中小雨量上相互配合并相得益彰，兩者的關(guān)系既可能是方案配合(如波特蘭)，也可能是方案比選(如倫敦)，應(yīng)結(jié)合控制目標(biāo)、時(shí)間要求和費(fèi)用問題以及城市特點(diǎn)進(jìn)行綜合研究分析和比選。在場地等條件允許的情況下，綠色和源頭控制措施可作為一種優(yōu)先考慮的主要手段進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)施；而在場地條件不允許、大規(guī)模推廣綠色和源頭措施受到限制的情況下，仍可將其作為對(duì)傳統(tǒng)控制措施的補(bǔ)充，通過綜合采取傳統(tǒng)控制措施和綠色措施實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。
4 隧道及雨洪管理的科學(xué)決策
4.1 慎重決策
隧道的設(shè)計(jì)使用壽命通常在50年以上，是真正的百年大計(jì)工程，關(guān)系到城市的現(xiàn)在和未來，因而隧道方案的提出必然會(huì)同時(shí)面對(duì)大量的提倡、支持、質(zhì)疑和反對(duì)。雖然隧道的施工技術(shù)成熟并已經(jīng)在許多城市得到應(yīng)用，但隧道的規(guī)劃卻是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)決策問題，需經(jīng)過科學(xué)研究、系統(tǒng)分析、模型模擬、方案比選以及慎重的決策來平衡機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)，在最初的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段即要考慮操作和維護(hù)等后續(xù)問題，以確保方案能夠達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)和要求，而不是盲目、草率地制定隧道方案，粗略地估算規(guī)模和確定路線。隧道的規(guī)劃一般需要大量的資深人員參與和指導(dǎo)，從提出方案到最終實(shí)施可能需要很長時(shí)間。例如香港雨水排放隧道從研究、論證、設(shè)計(jì)到應(yīng)用歷時(shí)超過10年，芝加哥的TARP計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年，而倫敦泰晤士隧道的方案籌備周期為10年、建設(shè)周期為10年。
我國城市當(dāng)前對(duì)雨洪控制隧道的研究還很少，缺少規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；國家法律法規(guī)的約束、政策資金的支持和規(guī)范導(dǎo)則的指導(dǎo)都相對(duì)不完善；科學(xué)的模型模擬支持條件也較弱，當(dāng)前只有個(gè)別發(fā)達(dá)城市開始開展基于模型的大尺度排水系統(tǒng)規(guī)劃；各相關(guān)部門配合、協(xié)調(diào)和公眾咨詢、籌資渠道、宣傳等機(jī)制也不完善。因此我國城市對(duì)隧道方案必須慎重決策，避免盲目的規(guī)劃和建設(shè)。
4.2 因地制宜
與發(fā)達(dá)國家相比，我國排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，管理維護(hù)落后，規(guī)劃建設(shè)不合理，普遍存在管道破損和大量沉積物等問題；另一方面，我國地域遼闊，不同地區(qū)、不同城市之間的年降雨總量、降雨量分布、降雨強(qiáng)度、雨型等降雨特征相差很大；而各地排水系統(tǒng)狀況、經(jīng)濟(jì)狀況、城市發(fā)展程度、水文地質(zhì)特性、水環(huán)境等條件也各不相同，不同城市面臨的重點(diǎn)雨洪問題也不盡相同；加之受降雨資料的獲取、氣候變化等因素的影響，不同城市在針對(duì)不同降雨特征和不同雨洪問題時(shí)，就必然需要采取針對(duì)性的雨洪管理策略,選擇適宜的控制方案和雨洪設(shè)施規(guī)模。
因此，在進(jìn)行隧道方案的決策時(shí)必須認(rèn)真分析國內(nèi)外城市之間異同并認(rèn)真學(xué)習(xí)和借鑒，針對(duì)城市存在的洪澇、污染等不同雨洪問題提出更具針對(duì)性的隧道控制方案，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)方案的效益；依據(jù)城市布局、水體分布、地面和地下空間、基礎(chǔ)設(shè)施條件、地形等各種基礎(chǔ)條件，科學(xué)設(shè)計(jì)隧道路線和確定隧道規(guī)模、運(yùn)行方式以及與原有排水系統(tǒng)的銜接關(guān)系，以提高城市雨洪管理的經(jīng)濟(jì)性、合理性和高效性。
4.3 多方案多目標(biāo)的技術(shù)路線
由于隧道的規(guī)模和能力仍然是有限的，單一的隧道方案并不能解決所有洪澇、CSO污染和水文循環(huán)問題。為了彌補(bǔ)隧道方案的局限性，仍需要將隧道和其他控制措施相配合。在許多城市，隧道只是作為雨洪問題的解決方案之一，如大阪排澇干管只是洪澇綜合控制方案的一部分，除建設(shè)隧道外，大阪還綜合采用了建設(shè)調(diào)蓄池和多功能調(diào)蓄設(shè)施、雨水利用、雷達(dá)預(yù)警實(shí)時(shí)控制等方案。
因此，解決整個(gè)城市或較大區(qū)域的排水系統(tǒng)的洪澇、徑流污染和雨水減排利用問題，或者制定城市尺度的排水系統(tǒng)升級(jí)改造規(guī)劃，必須要綜合采取各種方案和措施；對(duì)于一個(gè)范圍較小的具體改造項(xiàng)目，則必須要因地制宜地進(jìn)行方案比選，最終方案可能為單一方案，也可能為綜合方案。我國城市一般雨水徑流污染比較嚴(yán)重，管道混接現(xiàn)象普遍存在，老城區(qū)存在大量的合流制系統(tǒng)，許多城市還嚴(yán)重缺水，因而內(nèi)澇、水質(zhì)污染和雨水資源利用問題通常交織在一起。因此，建議我國城市雨洪管理和系統(tǒng)決策應(yīng)以多方案和多目標(biāo)為基本技術(shù)路線，根據(jù)實(shí)際情況選擇綜合性的綠色與灰色相結(jié)合的雨洪管理方案，實(shí)現(xiàn)洪澇緩解、雨水徑流污染與合流制溢流污染控制、雨水資源利用、水環(huán)境和生態(tài)改善等綜合目標(biāo)。
5 結(jié)語
當(dāng)前我國對(duì)城市排水和內(nèi)澇問題空前重視，許多城市也已經(jīng)制定了排水防澇規(guī)劃，少數(shù)城市在開展非點(diǎn)源污染控制的相關(guān)研究和實(shí)踐，未來在排水系統(tǒng)升級(jí)改造和建設(shè)管理方面將會(huì)有大量的資金投入，隧道作為一種有效的措施，必然會(huì)在我國一些城市得到應(yīng)用，但需要進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的研究和探索，并制定完善的法律規(guī)范。我們應(yīng)充分借鑒發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，從而更快、更好地解決我國城市雨水綜合性問題，為實(shí)現(xiàn)水文良性循環(huán)和海綿城市提供必要的保障。
（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第7期“城市雨水管理”欄目）
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