在古代,東西方世界各自創造了燦爛的文明,城市排水建設各有千秋。但到了近現代,西方世界以科學為指導,在城市建設方面成為了人類文明的標桿。我國因為歷史原因,在城市排水建設方面距離世界一流水平還有不小的差距,給排水工作者留下了足夠的提升空間。
1 倫敦:工程師、官員和“大惡臭”
就像上篇說的,工業革命之后,倫敦的排水系統與城市規模極不匹配,造成了相當嚴重的后果。于是很多有識之士開始探索,其中最著名的,也是最終成功了的,就是著名工程師,約瑟夫?巴扎爾杰特。

巴老師早年在愛爾蘭學習排水工程,20出頭就創業,自己干了個咨詢公司,結果壓力太大,沒幾年人就累垮了,于是關了公司,在家療養。身體好點兒之后,在倫敦做了公務員,因為能力強,1856年當上了大都會工程局的總工程師,年薪1000英鎊,同時代的大學教授莫利亞提(福爾摩斯的死敵)的年薪為700英鎊。
巴總很早就開始積極調研倫敦排水問題,起草倫敦排水系統的設計方案,并向市政府提交?上,當時的市政府官員懶惰無知不作為,面對巴總的方案一再拖延刁難,每次項目評審的結論都是“再改改”。巴總前前后后做了5次的細致修改,但都被否定,就在他第6次提交方案時,震驚倫敦的“大惡臭”事件爆發了。
那是1858年6月,倫敦熱得就像一個大火爐,泰晤士河的溫度飆升到50度,河里的污水、垃圾、糞便仿佛燒開了一樣,惡臭翻滾彌漫。坐落在河邊的議會大廈首當其沖,國會議員們不得不在窗上掛起浸過消毒水的被單以抵擋惡臭;維多利亞女王想去巡河,結果隔著幾條街就給熏回去了。當時的記錄說:“只要聞過一次,永生都忘不了,聞了之后還能活著,就是幸運至極了!

倫敦排水工程建成當年,全部污水直排入海,倫敦的霍亂問題得到解決。工程共用了3.18億塊磚和67萬方混凝土,是當時世界上規模最大的排水系統,2003年BBC拍了個紀錄片,把倫敦排水工程稱為“七大工業奇跡”之一。
不過倫敦排水系統對雨水的考慮不足,再加上140多年的管道老化、破損,導致在20世紀末,倫敦的內澇、溢流問題十分嚴峻。于是21世紀初,英國泰晤士河水務公司開始研究名為“泰晤士潮路”的排水規劃,希望能全面解決倫敦的雨水排放問題。倫敦市長在宣布這一計劃時說:“巴扎爾的排水工程讓倫敦人享受了一個半世紀的成果,而今天的倫敦人,又將為未來的100年做出新的貢獻!
2 巴黎:下水道里找鑰匙
巴黎是世界名城,歷史悠久,浪漫繁華。而巴黎的排水系統也是享譽世界的偉大工程。
巴黎排水系統的修建不像倫敦那么曲折。工業革命之后巴黎人口不斷擴張,也面臨排水不暢的問題,城市環境惡劣,瘟疫橫行。于是在1852年,法蘭西最后一位皇帝拿破侖三世大筆一揮,改造巴黎!
舊城改造很難搞,所以皇帝找來了曾任巴黎警察局長的赫斯曼爵士擔任新巴黎的總規劃師,全權負責改造巴黎的一應事務。赫總不負眾望,用警察局長的鐵腕手段,大拆大建,花了18年時間,讓整個巴黎煥然一新。


赫爵爺是個有擔當、有遠見、懂科學的領導,不僅僅重視地上巴黎的建設,還在人們看不見的地下工程上花了大心思。地下工程耗資巨大,皇帝本來就不怎么支持,而提供建設貸款的資本集團更是直接反對;同時,由于拆遷量大,很多巴黎市民被趕到郊區,赫總也因此受到了指責。但是,就在這種“領導不支持、群眾不理解”的質疑聲中,赫總沒有屈服,頂著重重壓力開展了地下管網建設。
赫總聘請著名的建筑師貝爾格朗德擔任巴黎排水系統總工程師,利用巴黎東南高、西北低的地勢特點,規劃了大量的排水管網,并設計了一套完備的運行維護技術體系。
1870年,巴黎排水系統正式完工,排水管網總長500多公里,城市污水被排放到郊外統一處理,巴黎城市環境煥然一新。管網竣工時,還邀請了社會名流乘船參觀。

此后,隨著城市的擴張,巴黎排水系統也不斷擴建,至今已超過2300公里。在1999年,巴黎號稱完成了對城市污水和雨水的100%處理。
今天,巴黎人把一部分排水管道建成了地下博物館,為人們展示巴黎地下工程的建設歷程
巴黎排水管網分為初級、次級、主干管三個等級,次級管網的管徑就已達到2米以上,而40多公里的主干管網管徑更達到5、6米,并建有中央沉淀槽。據報道,2019年巴黎遭遇大暴雨侵襲,但排水系統工作狀態良好,城市并未出現大規模內澇。
而巴黎排水系統之所以能夠在150多年的使用中始終發揮作用,也在于巴黎擁有強大的排水運維體系。據介紹,目前巴黎的排水運維團隊擁有1300多專業維護人員,下水道里甚至標注了街道和門牌號碼,即便是有人不小心把鑰匙掉進了下水道,也有80%的機會根據地漏位置找回來,而且這個服務是免費的,只需要撥打一個電話即可。巴黎的排水運維之強大,可見一斑。
紐約市最早的排水系統可追溯至荷蘭殖民統治期,當時曼哈頓下城區寬街中間挖掘了一條溝槽,上鋪頂板。到了19世紀中期,幾次嚴重的霍亂疫情爆發后(又是霍亂),1849年,紐約市開始了排水系統的大規模建設。
目前,紐約的排水管網長度達到10000公里以上,管徑從150mm到2000mm以上,有14.5萬千個雨水集水槽和5000個雨水滲透井。
紐約市70%的管網采取合流制,所以紐約排水系統一直被當做是合流制排水系統的標桿,用來證明分流制也不是萬能的最優方案。但實際上,合流制管網面臨嚴峻的溢流問題,是必須要改善和解決的。紐約市設置有400多個CSO排口(溢流口),年均溢流量近1億立方米,自20世紀后期已經開始修建調蓄池控制溢流。到了21世紀初,紐約市開始推廣綠色設施(GI)來緩解溢流污染,為其他國家的城市排水建設提供了寶貴經驗。
4 東京:地下神殿
作為東亞鄰國,日本城市建設起步雖然比我國略早,但遠不及歐美。就在60多年前的上世紀50年代,日本的城市排水也是一塌糊涂,市民飽受內澇之苦。
上世紀末,東京規劃了“首都圈外圍排水工程”,于1992年開工,2002年部分發揮作用,2006年完工,總投資2400億日元(180億元人民幣)。工程主體包括總長6.3公里、內徑10米的地下管道,五處單個容積4.2萬立方米的儲水坑,以及一處人造地下蓄水池。
東京排水系統被認為是世界上目前最大、最先進的排水系統,其中特別引人注目的就是那個由59根高18米、重500噸的大柱子撐起的巨大蓄水池,這個長177米、寬78米的蓄水池被稱作“地下神殿”。
龐大的排水系統要發揮應有的作用,離不開完善的運行維護,東京在排水系統運維上投入了巨大的人力、物力、財力。東京都排水局擁有約3500名員工,每年財政支出約合人民幣520億元,其中設施維護費用約120億,而排水局每年收取的排水費也差不多折合人民幣120億。
5 青島:中西合璧兩千年
在排水建設方面,青島廣為人知的是“德國下水道”的傳說,但實際上,青島的排水成就是地地道道的“中國奇跡”,且古已有之。
2019年11月,考古人員在青島黃島地區的瑯琊山頂發現了已沉睡2000年的秦漢時期的陶制排水管道和室內排水地漏。管道還是熟悉的“承插式連接”,每節長度約60cm,直徑約45cm。據推測,這些發現可能與秦始皇東巡有關。

那么真相如何呢?青島的確極少發生嚴重城市內澇,但這是自然環境、氣候條件和排水系統等因素的共同結果。首先,青島背山面海,特殊的地形能使降雨徑流快速入海;其次,青島氣候溫和,極少出現強降雨的極端天氣;最后,青島排水系統建設力度很大,管網建設標準和密度在國內處于較高水平。
2016年以來,青島成為海綿城市試點,在全市25%的區域開展了海綿城市改造工程,并在李滄區建立了25平方公里的試點區。試點區布置了300多臺監測設備,在動態管控海綿城市建設的同時,也讓我們有機會直觀的了解海綿城市先進理念對城市排水能力的提升。監測結果顯示,海綿城市建設后,區域的降雨控制水平有了顯著提高,年徑流控制率從建設前的60%左右提高到了85%以上。
6 挑戰:“提質增效”在行動
我國從20世紀80年代起開始大規模開展城市排水系統建設,但一直存在“重處理、輕收集”的問題。當然這一現象并不是我國獨有,發達國家在發展初期也曾面臨相同的問題。例如,1957年,西德的污水入網率僅為50%;1961年日本東京僅為21.2%。
今天,城市排水的收集不僅僅是一個入網率參數就能表征的,我們要面對的問題非常復雜。熊五認為,目前我國排水系統至少面臨著3方面挑戰:
(1)直排和溢流,由于雨污水收集能力出現問題,導致污水未經處理就進入地表水,使水處理設施失去了作用,直接造成了城市水環境的污染。
污水管網因為規劃不合理、建設不完善或管理不到位等原因,會存在本應收集納管、送入污水廠的各類污水被直接或間接地排入地表水體,如沿河住宅小區污水直排、路邊餐飲等商業污水經雨水管網入河等。
雨水排口和合流制排口的雨天溢流污染也是污染地表水體的重要污染源,幾乎所有國際大城市都有與CSO斗爭的經歷,且目前還沒有真正解決這一問題。
(2)外水入侵,包括河湖水倒灌、地下水入滲等問題,會導致管網“清污不分”,清水占據了管道的容量,降低了管網的性能,同時稀釋了污水廠進水濃度,造成水處理設施的失效。
中國土木工程學會水工業分會張悅理事長認為,“清污分離”是當前排水系統提質增效的首要任務,雖不是唯一任務,但唯有在此基礎上再談一下步才有意義。
根據上海城建設計院唐建國總工的測算,我國單位管道長度地下水入滲量為134立方米/日公里,而德國為13.8立方米/日公里,兩者相差10倍。
(3)管網錯接,包括雨水錯接入污水管網、污水錯接入雨水管網、以及管網鋪設與設計不符等差錯。管網錯接是一種純粹的錯誤,導致排水收集系統無法發揮出設計的能力,也給管理造成了極大的困難。畢竟,如果圖紙上的設計沒有真的落實,那根本談不上什么可以預期的效果。
2019年,我國三部門聯合印發了《城鎮污水處理提質增效三年行動方案》,要求加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板,盡快實現污水管網全覆蓋、全收集、全處理。期待我國的排水系統能夠在這一次行動中得到進一步的提升。
7 監測:借我一雙慧眼
經過上下兩篇的討論,我們回顧了城市排水系統發展的過去,也從我國排水系統面臨的挑戰出發,展望了未來。那么到底如何才能到達我們希望的美好未來呢?熊五以為,排水行業未來的發展,離不開監測的支持。
曾經的排水監測,以人工監測為主,效率低、成本高、數量少、不準確。而隨著科技的進步,在物聯網、大數據、3S、人工智能等技術的支持下,排水系統在線監測技術成為可能,而行業也呼喚著在線監測技術的到來。