泵上的城市，大雨頻發(fā)時我們該如何應對內(nèi)澇？
時間：2021-08-25
來源： 商業(yè)江湖
作者：盧或者
如果不是因為近期的災害性天氣，可能很少會有人關注一座城市的地下如何運轉。
比如上海地下有263座雨水泵站（泵房），其中175座在中心城區(qū)（截止2017年）。每遇降雨，這些深藏在地下7-10米處的泵站就嗚嗚工作，將雨水從城區(qū)搬運到黃浦江或大海中，以保證這個國際都市的安全。
泵站，這個日常生活中極為重要卻少人問津的事物只有在極端情況下才彰顯他們的作用，以至于當災難來臨的時候，大家才意識到原來我們整個城市的安全都建立在水泵的正常運轉上。
雖然，此次河南、河北、湖北部分區(qū)域的降水量超過歷史極值，也超出了泵站的設計排澇標準，但我們依舊可以從泵站設計和水循環(huán)的角度來看看如何更好的防止災難發(fā)生。
忽視的危險
“2012年721事件后，北京城區(qū)80多個泵站就換了我們的潛水泵。”賽萊默智慧水務負責人茹臨鋒對《商業(yè)江湖》說。
賽萊默是全球知名的水技術供應商，在全球50強水務公司中排名第三位，市場覆蓋全球150多個國家，他們在1995年進入中國，在自來水廠、污水處理廠、管網(wǎng)、機場、地鐵、隧道、樓宇、民宅等場景中提供服務。
茹臨鋒說的“721事件”是指2012年7月21日至22日北京及其周邊地區(qū)遭遇61年來最強暴雨及洪澇災害事件。官方數(shù)據(jù)顯示，那次暴雨造成79人死亡、10660間房屋倒塌、160.2萬人受災，經(jīng)濟損失116.4億元。
十年前的北京大雨
一年后，新京報的一篇報道回顧了泵站在這場暴雨中的作用，“據(jù)北京市交通委相關負責人分析，泵站因被水淹沒而停止工作，也是積水猛漲的一個原因。”
該報道以京港澳高速南崗洼泵站舉例，當晚8點，“一股水流從大門涌入泵站”，工作人員趕緊進屋拉掉電閘，隨后此處開始積水，上百輛車浸泡水中，近200名車主涉水逃離。
工作人員拉斷電閘的原因和水泵的類型相關。
今天泵站中的水泵可以簡單的分為“干式泵和潛水泵”兩種。干式泵采用普通電機，電機放置在水面以上，維修較方便，同時成本較低；潛水泵則使用專門的防水電機，整個水泵都可以放到水面以下，其占地面積小、可靠性能高，但價格也更加昂貴。
出于各種原因考量，早期城市泵站中的水泵還以干式泵為主，這也是很多泵站進水后關掉電源停止工作的主要原因——干式泵涉水后無法工作。
“此前泵站主要使用普通設備，在日常工作中這些設備足以應對排水需求，即便偶然停轉，也可以聯(lián)系廠商修理，以人力來填補技術問題，但在暴雨天氣，這種水泵就會因為穩(wěn)定性不高或者效率低下而無法正常工作，最終引發(fā)城市內(nèi)澇。”茹臨鋒說，這也是北京重要地區(qū)的泵站換裝高端水泵的一個主要原因。
“以確保關鍵時刻水泵不掉鏈子。”他說。
泵站和雨污分流
當然，泵站不僅僅用來排放雨水，其更日常的功能是排污。
從應用場景劃分，今天城市中泵站可以分為兩大類：雨水泵站和污水泵站，前者主要用以排放雨水，后者則用來抽送人們的生活廢水。
當然，不同的城市有不同的水處理方式，比如部分城市采用“雨污合流”管理——將雨水和生活污水混合到一起進行泵送。這種城市的水循環(huán)相對簡單：從河流上游取水——自來水廠過濾凈化——送到居民區(qū)商業(yè)樓宇使用——使用過后的廢水（包含雨水）泵送到污水廠——處理后的水排放到下游河道或大海。
在我國北方降水較小的城市或難以施工的老城區(qū)多采用“雨污合流”模式。
而在南方降水較大的城市或新城區(qū)則提倡使用“雨污分流”，也就是在“廢水”環(huán)節(jié)將生活污水和雨水區(qū)分排放，污水依舊運送到污水處理廠處理，而雨水則直排河海或者回收利用。
以上海的水循環(huán)系統(tǒng)為例，部分浦西城區(qū)因為改造困難而采用“雨污合流”的方式處理廢水；而浦東則大多采用“雨污分流”的方式來處理。
上海的取水地為崇明的“青草沙水庫”，經(jīng)過抽取、凈化后的自來水會運送給居民使用，使用完畢后，污水會被排污泵抽送到污水處理廠，經(jīng)過處理凈化后，再進排放到大�；蚱渌h(huán)境中。
今天上海有數(shù)十個污水處理廠，比較大的三家分別是：石洞口污水處理廠、竹園污水處理廠和白龍港污水水質(zhì)凈化廠，其中竹園建成后總處理規(guī)模將達到340萬m³/日，位居亞洲第一。
理想狀態(tài)下人類生活的所有污水都需要處理，但這很難實現(xiàn)，所以今天人們先在大中型城市制定了污水排放標準，例如北京2020年的污水處理率就達到了95%，其中中心城區(qū)達到99%以上，上海的數(shù)據(jù)和此類似。
而在這個循環(huán)過程中，尤其是在雨污水的排放環(huán)節(jié)，泵是最主要的“運輸工具”。
以雨水為例，城市雨水隨著排水口進入管網(wǎng)，如果附近有河道，這些水會從地下管網(wǎng)直接流入河道排放——平常我們在城市內(nèi)河看到的排水口大多是雨水排放口。
如果附近沒有河流，則雨水會沿著排水管向下流動，地下排水管有一定的傾斜坡度（按照規(guī)定市政排水一般的坡度在千分之一到千分之三之間）水流沿著排水管匯集到附近泵站的儲水池中，儲水池一般位于地下7-10米處，能存儲幾百到數(shù)千方的污水，這些污水匯集滯留到一定程度后由泵將其提升到更高一層的傾斜管道中再次流向更遠處的泵站。
如果大地是透明的，我們就可以看到城市地下的泵站和排水管路像臺階一樣一層層一次次的將污水抬高、滑落、滯留，再抬高、再滑落、再滯留——這個過程就像是雨水在地面以下的“提灌”。
日本的地下排水系統(tǒng)示意圖
雨污分流的城市，雨水在經(jīng)過“提灌”后最終流入城市的排水河；而雨污合流的城市，雨水會和污水一起流入到污水處理廠，凈化處理后再流入排水河還給自然。
大城市的新嘗試
上海市屬平原感潮地區(qū)，是國內(nèi)較早建立泵站的城市，其于1958年建設了全市第一個雨水泵站，福建中路雨水泵站。
隨后，伴隨著城市的擴張，新的泵站也隨之建立。
泵站一般由市政工程設計院設計，然后交由施工和相關的設備提供方施工建設，比如賽萊默就是拿著設計院提供的“設計參數(shù)圖”來提供相應的施工和設備。
污水泵站的多少和當?shù)氐娜丝凇⒔ㄖ娣e相關，人口集中的區(qū)域污水泵站會更加密集，相反則會稀疏。
而雨水泵站則和“匯水面積”直接相關，城市中大量的硬化路面讓雨水無法直接進入地下，從而增加了匯集到下水道雨水的總量，也增加了水泵的工作量。
在上海的雨水泵站中，最具有代表性的或許是肇嘉浜路排水系統(tǒng)。
從城建數(shù)據(jù)看，一直以來上海市圖書館附近以及新樂路地區(qū)是上海鬧市區(qū)海拔最低、排水設施最老的地方。官方數(shù)據(jù)顯示，這一區(qū)域局部最低洼處的吳淞標高僅2.30米，比黃浦江警戒水位4.55米要低了2米多。此外肇嘉浜泵是上海最陳舊的泵站，被列為上海首批急待改造的16座老泵站之一，因此每遇大雨積水，此處都是重災區(qū)。
2003年，上海市宣布總投資3億余元對這一區(qū)域排水系統(tǒng)進行改造，并于2004年4月投入使用。其中，肇家浜路雨污水合建泵站，服務面積740公頃。雨水泵站配泵總流量28.7m³/s，污水泵站配泵總流量4.54m³/s，占地8.8畝，一度是中國規(guī)模最大的雨污水泵站。
建成后的潛水泵泵站和干式泵泵站
“在國內(nèi)設計中，泵站一般按照3-5年降水標準設計，厲害一些的按照50年，最多的100年。”茹臨鋒說。
實際上，并不是城市的設計者不想設計更大更高規(guī)格的泵站，而是出于建筑環(huán)境、成本等各方考慮而無法進行這樣的設計。
“我們和一些城市的設計院做過交流，不同城市、國家之間對地下管網(wǎng)建設的方式也不一樣，我們國家建設速度快，變化也快，為了應對快速發(fā)展的需求我們會快速規(guī)劃施工，后面看，可能有一些地方不夠完善，但當時能做的只有這么多。”賽萊默產(chǎn)品經(jīng)理楊祝閃說。
雖然，泵站和地下管網(wǎng)無法在短期內(nèi)升級，但是如果更精細的運用管網(wǎng)系統(tǒng)也能更好的抵御暴雨的襲擊。比如上海在2020年初開啟了一種名為“一網(wǎng)統(tǒng)管”的智慧城市實踐，管理者將城市全面數(shù)字化，通過數(shù)據(jù)來調(diào)配資源，能更好的防范暴雨大水帶來的內(nèi)澇隱患。
在“一網(wǎng)統(tǒng)管”系統(tǒng)中，表達“城市運行體征”的數(shù)據(jù)有1700多項，包括降水、人流等等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)每5秒自動刷新一次，能幫助管理者第一時間發(fā)現(xiàn)城市運行中的風險和隱患。
遇到暴雨內(nèi)澇時“一網(wǎng)統(tǒng)管”系統(tǒng)可以計算泵站的水位、儲水量，這樣就可以最大限度的“統(tǒng)籌排水”。
上海一網(wǎng)統(tǒng)管系統(tǒng)
“此前遇到大雨時每個泵站都全力排水，快速的將積水排放到下游泵站或者管道中，這可能會造成下游管道、泵站積水甚至造成下游區(qū)域的內(nèi)澇。”茹臨鋒說，“一網(wǎng)統(tǒng)管”能更好的解決這個問題，該系統(tǒng)調(diào)配每個泵站的容量，最大限度的利用各級泵站的儲水池來儲存積水，讓雨水盡可能均勻的滯留在每個儲水池中，在保證上下游安全的基礎上快速高效的排水。
“甚至某個泵站出現(xiàn)故障時‘一網(wǎng)統(tǒng)管’系統(tǒng)可以聯(lián)動周邊泵站做搶險處理，管控積水等等，現(xiàn)在的攝像頭、大數(shù)據(jù)等人工智能技術已經(jīng)支持這樣的技術實現(xiàn)了。”茹臨鋒說。
“深隧”能成為最后一個屏障嗎？
為了提高城市防洪排澇能力和減少污染，許多城市開始嘗試用一種新型的排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)——深隧。
深隧全稱“深層隧道排水系統(tǒng)”，指在城市地下30-60米深處建造的大型隧道型調(diào)蓄工程。該工程由豎井、主體隧道、調(diào)壓水槽、排水泵站等構筑物組成，可以實現(xiàn)洪澇控制、污染控制、交通疏導等多種功能，已經(jīng)成為諸多發(fā)達城市解決排水問題的一個重要選擇。
該技術發(fā)源于美國，世界上第一個大型深隧調(diào)蓄工程是美國芝加哥市的深隧水庫工程(Tunnel and Reservoir Plan，TARP)。
芝加哥年平均降水量約965毫米，主要集中在夏季，由于雨季內(nèi)澇頻繁發(fā)生，溢流污染嚴重，對其飲用水源地——密歇根湖造成嚴重污染。
因此在經(jīng)歷了長期的論證后，1975年芝加哥開始建設深隧水庫工程。他們建設了一套長176千米、直徑2.5-10.0米、埋深45-106米的深隧系統(tǒng)，其中包含264個直徑1.2-7.6米的豎井，3座最大的流量3780萬立方米/天，提升揚程107米的排水泵站；以及超過600個地面連接設施。
通過這套豎井及深隧收集雨水后，芝加哥可以減少405處溢流點。收集的雨水通過3座調(diào)蓄水庫被輸送到一個4500萬噸/天的超大規(guī)模污水處理廠，處理達標后的雨水最終排入自然河流。
TARP一期工程直至2006年方才建成，該工程有效減輕了芝加哥的城市內(nèi)澇和水體污染，對保護密歇根湖發(fā)揮了重要作用。
隨后這一工程就被全球其他發(fā)達城市競相復制，其中較有名氣的如日本東京深邃工程——東京“地下神殿”。
東京深隧投資約200億元，由地下隧道、5座豎井、調(diào)壓水槽、排水泵房和中控室組成，這些巨大的豎井可以輕松放下美國自由女神像或者一個航天飛機，以至于人們形象的表示，東京的地下都被挖空了。該深隧最大排洪流量可達200立方米/秒，于1992年開始施工至2007年建成，其按照“百年一遇” 排水標準建設。
東京地下排水工程，被稱為地下神殿
此外，馬來西亞、新加坡、倫敦等地都建造了自己的深隧工程。
近年來，國內(nèi)城市也開始關注深隧，多個城市排水主管部門提出將深隧作為城市排水的重要工程技術方案，其中上海、廣州、武漢等城市的深隧排水工程方案已經(jīng)得到當?shù)厥姓鷾�，先后開始施工。
其中深圳前海深隧是國內(nèi)第一條大型綜合排水深隧系統(tǒng)工程，也是首個集旱季污水收集、雨季污染控制及排澇安全保障三種功能于一體的復合型深隧工程，其定位為“前海水屏障”。
該項目總投資約24.1億元，沿月亮灣大道西側布設，起點為關口渠，終點為前灣河水廊道，由主隧、支隧、預處理站及大型樞紐泵站組成。主隧長約3.74公里，內(nèi)徑6.0米，相當于3輛轎車并行的寬度。埋深約45米，為深層隧道，下穿1號線、9號線及11號線三條地鐵線路。
該項目排澇設計標準為50年一遇，排澇規(guī)模為86m³/s。初（�。┯暌�(guī)模：截流標準為10毫米，調(diào)蓄處理規(guī)模為10萬立方米/天。
這個超大的調(diào)水工程配備了巨大的泵站，其樞紐泵站深度為51.7米，相當于17層樓高度。共配置4臺初雨泵，2臺中間泵和8臺排澇泵。如果這些泵同時工作，可將杭州西湖的水在2天內(nèi)抽干。
“我們?yōu)檫@個項目定制了水泵，僅這個泵就8米高。”楊祝閃說。
但即便用了如此巨大的水泵和隧道，深圳深隧依舊不是國內(nèi)規(guī)模最大深隧工程，更大的項目出現(xiàn)在武漢，武漢深隧于2018年開工，該工程主隧全長約17.5公里，是目前國內(nèi)傳輸流量最大、輸送距離最長，其深隧泵房深度48米、直徑43米，深基坑在國內(nèi)少見，在水處理項目上更是首例。
武漢在建造國內(nèi)最大的深邃泵站
“深隧投資規(guī)模比較大，施工難度也較高，雖然也不能完全阻擋極端天氣帶來的災害，但深隧給災害帶來了彈性操作的空間。”楊祝閃說。
不過，深隧并不是萬能的，隨著雨污排放的增加和財務問題的困擾，很多城市也開始探索新的排水治污方案。
在20世紀末的30年間，美國國家環(huán)保局認為深隧是解決水問題的首選技術方案，但到20世紀初，他們將解決手段轉向雨洪管理綠色基礎設施理念，簡單的說就是以恢復自然河道，建設綠地、濕地公園的方式來調(diào)蓄洪水，這種方式能從源頭吸納蓄滯雨水。
以紐約為例，2005年紐約推遲了原計劃修建的兩條深隧工程，開始興建一系列綠色雨洪調(diào)節(jié)設施，并改建和新建一批雨水管網(wǎng)，吸納蓄滯10%不透水地面的25毫米初雨，每年將雨污溢流總量減少568萬m3 。
“這就像草原上下雨，地面都是土壤、草地，雨水落下后就自動收集到土地中，根本不需要水泵去收集排水，而城市地表被大量硬化后，雨水無法滲透，容易形成內(nèi)澇，才需要水泵去排水。”茹臨鋒說，國內(nèi)現(xiàn)在也提倡“灰綠藍”結合的水治理方式，灰色的污水進處理廠、綠水的降雨落水盡量進入“城市海綿體”進行再利用或者填補地下水；藍色的受納水體可以更好的保證環(huán)境質(zhì)量。
“現(xiàn)在做城市建設的時候都在提倡綜合考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃，這是一個系統(tǒng)工程。”茹臨鋒說。
參考資料：
1、 上海城市規(guī)劃雜志：上海市雨水泵站用地標準研究|上海城市規(guī)劃
2、 中國經(jīng)濟周刊：“上云”故事之上海：一座超級都市的“一網(wǎng)統(tǒng)管”實踐
3、 泵友圈：超級泵站：深隧
4、 東方網(wǎng)：市區(qū)最低點將告別積水 肇嘉浜路排水改造開工
5、 亞洲環(huán)保網(wǎng)：亞洲第一上海竹園污水處理廠日處理總量將達到340萬方
6、 賽萊默：賽萊默飛力A-C定制泵在深圳前海深隧中的應用
7、新京報：北京721暴雨1周年：京港澳高速被淹處建通道
