1    我國排水管網安全運行現狀分析

1.1    管網建設規(guī)模快速增長

        近年來，國家高度重視排水管網建設，出臺了一系列的政策文件保障排水管網等基礎設施的建設和維護。2014年3月，中共中央、國務院發(fā)布了《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014~2020年）》，明確了未來城鎮(zhèn)化的發(fā)展路徑、主要目標和戰(zhàn)略任務，在該規(guī)劃中，提出了城市發(fā)展模式科學合理的發(fā)展目標，要求城市地下管網覆蓋率明顯提高，同時也明確提出了加強市政公用設施建設，加強防洪設施建設，完善城市排水與暴雨外洪內澇防治體系，提高應對極端天氣能力。2015年12月中央城市工作會議和2016年2月中共中央、國務院發(fā)布的關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見中都要求重視基礎設施的建設。2016年2月，《國務院關于深入推進新型城鎮(zhèn)化建設的若干意見》進一步提出了要實施城市地下管網改造工程和推進海綿城市建設，加強城市地下基礎設施建設和改造，加快城市易澇點改造，推進雨污分流管網改造與排水和防洪排澇設施建設，妥善解決城市防洪安全、雨水收集利用、黑臭水體治理等問題。

        新型城鎮(zhèn)化建設對城市基礎設施提出更高的要求，改善水環(huán)境質量的呼聲越來越高，對排水工程重要性的認識不斷提高。近20年城鎮(zhèn)排水管網規(guī)模得到了快速增長，如圖1所示，城鎮(zhèn)排水管道長度和排水管網覆蓋率的增加，有效降低了城鎮(zhèn)內澇風險，為城鎮(zhèn)水安全保障和水環(huán)境改善奠定了基礎。

圖1    我國1990~2014年城市管網規(guī)模

1.2    重視程度需要不斷強化

        雖然我國城鎮(zhèn)排水管網的建設規(guī)模快速增長，但與社會發(fā)展的需求相比，仍然存在不足。統(tǒng)計結果表明，近年來，近半數城市發(fā)生內澇的主要原因是排水系統(tǒng)覆蓋不全、標準偏低，新建管網跟不上城市發(fā)展速度，老舊管網得不到及時更新，部分設施運行不正常等。排水管網的建設和完善滯后于城市發(fā)展，城市中仍然有較多的排水空白區(qū)。以上海為例，2013年上海市建成區(qū)排水管道密度為18.83 km/km²，約為全國平均水平的2倍，而日本全國在本世紀初已達到35 km/km²；上海的管網覆蓋率僅為65.29%，中心城區(qū)為76.52%，非中心城區(qū)為37.45%。

        我國大部分城市在排水管網建設過程中，普遍采取當時設計標準規(guī)定的下限值，甚至低于設計標準。2014年《室外排水設計規(guī)范》（GB 50014-2006）進行了局部修訂，提高了排水管網的建設標準，規(guī)定超大特大城市中心城區(qū)的設計重現期為3~5年，重要地區(qū)為5~10年，且要求采用上限值。相關統(tǒng)計數據表明，全國近80%的老城區(qū)和65%的新建城區(qū)都低于新標準。

1.3    排水管網運行風險較大

        與發(fā)達國家相比，我國當前排水管網的運行管理水平仍顯落后，排水管道檢測水平和檢測效率均較低，僅有少數幾座大城市在特定情況下開展儀器儀表檢測。排水管道疏通方式落后，人工疏通率超過80%，管道污泥也未得到有效處理。排水管道結構性和功能性病害嚴重，上海某區(qū)2011年排水管道檢測結果顯示，中度淤積以上的管道占總管道長度的18.45%，平均每1 km就有1處破裂、滲漏等結構性病害。排水管道破損、錯位導致管道滲漏嚴重，管道滲漏在高地下水位地區(qū)造成地下水入滲量遠超設計值。以上海為例，因管道病害導致部分地區(qū)地下水入滲量達到平均污水量的30%~40%，地下水大量滲入造成污水處理廠進水濃度偏低。有些城市的某些污水處理廠進水COD低于100 mg/L，污水處理廠大量處理的是其他水，沒有有效地去除污染物。

        排水管網雨污混接、清淤不力易造成管道污泥沉積。降雨期間，管道沉積物由于水力沖刷排入河道。合肥市某溢流口的雨天溢流COD濃度最高值達1 806 mg/L，SS濃度最高值達2 357 mg/L。相關研究表明，上海蘇州河沿岸市政泵站排江污染物COD負荷主要來源于管道沉積物和地表徑流，其中管道沉積物的COD負荷所占的比例達到53.9%～67.3%。

        排水管道的破損還會導致周邊土壤疏松，影響管道自身、周圍建筑物和其他管道的安全。據報道，全國因排水管道破損而導致路基松動的情況時有發(fā)生，嚴重時還會發(fā)生沉管事故、路面塌陷，危害交通安全，深圳市在2013年內發(fā)生十余次地面塌陷事故，并造成十余人傷亡。

        為解決城鎮(zhèn)排水管網安全運行存在的問題，亟待借鑒發(fā)達國家和地區(qū)的技術和經驗，結合我國實際情況，因地制宜開展相關理論研究和技術研發(fā)，以提升我國城鎮(zhèn)排水管網的規(guī)劃建設管理水平，為保障城鎮(zhèn)排水管網高效安全運行奠定基礎。

2    國外排水管網安全運行技術研究

2.1    設計手段先進

        傳統(tǒng)排水管網設計均采用恒定流水力學理論計算管網的匯流過程，該方法在應用范圍方面具有局限性，無法準確計算滲透、調蓄等新技術措施對管道流量的影響。美國、歐盟等地從20世紀60年代起就開始研發(fā)基于非恒定流模擬的排水管網模型和軟件。目前在發(fā)達國家中，以流量過程線為核心的城市雨水數學模型模擬技術已得到成熟應用。歐盟的排水設計規(guī)范要求當排水系統(tǒng)面積大于2 km²或管道內流行時間大于15 min時，應采用非恒定流模擬進行城市管網水力計算。

2.2    標準規(guī)范全面

        經過多年的研究和實踐，發(fā)達國家已形成較為全面的城鎮(zhèn)排水管網技術標準體系，用于指導城鎮(zhèn)排水管網的規(guī)劃建設和運行維護。在運行維護方面，日本發(fā)布的《下水道管路設施維持管理手冊》，覆蓋了排水管道的設計計算、疏通方式、檢查手段、修復技術和管道污泥處理等各個方面，尤其提出了排水管道性能評價指標系統(tǒng)，共包括4類11項，每項指標分為良好、輕微、輕度、中度和重度5個評價等級，并根據不同評價等級給出應對措施，就淤積指標而言，淤積小于管徑10%的為輕微病害，淤積達到管徑10%~25%的為輕度病害，淤積達到管徑25%~50%的為中度病害，淤積超過管徑50%的為重度病害。德國發(fā)布有《排水溝和下水道的鋪設和檢查》和《室外排水系統(tǒng)的修復-第3部分：排水溝和下水道的軟管內襯（經現場固化的軟管內襯）》，對排水管網的內襯管修復全過程進行了詳細的規(guī)定。這些標準規(guī)范的發(fā)布，明確了排水管網運行維護標準和需要的技術手段，對于安全運行具有重要的意義。

2.3    檢測技術創(chuàng)新

        隨著科學技術的持續(xù)發(fā)展，新材料和新設備的研發(fā)應用，發(fā)達國家在排水管網的運行維護和檢測技術方面不斷創(chuàng)新，研發(fā)了一系列先進裝備。

        在精確檢測方面，國外已從傳統(tǒng)的潛水員管道檢查向視頻檢測、聲納檢測、透地雷達、機器人檢測等方向發(fā)展，實現管道檢測的數字化、三維化和全景化。在原位修復方面，已從破壞后應急性修復轉向預防性修復階段，開發(fā)出原位固化修復、螺旋纏繞修復、折疊內襯修復等管道修復技術。在疏通處理方面，國外已普遍建立了完善的排水管道養(yǎng)護制度，一般采用聯合吸污車進行管網的日常養(yǎng)護，并對管道污泥進行集中處理。

2.4    管理機制完善

        發(fā)達國家排水管網管理以內澇防治和污染控制為目標，強調全過程控制管理，并啟用了預警應急管理機制。

        美國的低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID），英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（Sustain able Urban Drainage Systems，SUDS），德國的分散式雨水管理系統(tǒng)（Decentralized Rainwater/Stormwater Management），澳大利亞的水敏感性城市（Water Sensitive Urban Design）等，均重視雨水的源頭控制，強調人工排水系統(tǒng)應最大限度模擬自然界的水文環(huán)境。將城市雨水管理理念從“快速排放、末端治理”轉變?yōu)?ldquo;源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理”，保障城市排水管網的高效安全運行。

        發(fā)達國家還普遍建立了完善的預警應急管理制度，注重利用先進技術預報內澇災害，如美國的地方內澇災害警報系統(tǒng)（LFWS）、《暴雨洪水指南》（FFG）和自動本地實時評估系統(tǒng)（ALERT）等。日本東京建立了“Tokyo Amesh”的降雨信息系統(tǒng)，采用雷達設備和雨量計對降雨強度和位置實行實時監(jiān)測，為泵站和污水處理廠運行提供信息數據；同時編制內澇洪水險情地圖，明確易洪區(qū)和市民疏散路線，并在城市地區(qū)內設置標準化圖形標志，標注預測洪水深度并且提供疏散路線和避難所信息，這些措施的有效性已經在日本的多次暴雨事件中得到了驗證。

3    我國排水管網安全運行技術發(fā)展方向

        排水管網作為城市重要的基礎設施，包括雨水管網、污水管網和合流污水管網，使用年限長、分布范圍廣，其規(guī)劃建設和管理應始終滿足城市發(fā)展的需求，保障城市安全運行和水環(huán)境質量。根據國內實際情況，應從以下幾個方面著手提升城鎮(zhèn)排水管網系統(tǒng)安全運行技術水平。

3.1    樹立海綿城市規(guī)劃建設理念

        雨水綜合管理包含源頭控制、排水管網和內澇防治體系等方面，海綿城市建設以“保障水安全、治理水環(huán)境、涵養(yǎng)水資源、改善水生態(tài)”為目標，遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將“山水林田湖”作為生命共同體和完整系統(tǒng)，通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”等技術措施，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現雨水積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護。

        海綿城市建設理念改變了傳統(tǒng)城鎮(zhèn)化發(fā)展理念和傳統(tǒng)雨水快排理念，可以有效地實現雨水綜合管理，是保障城鎮(zhèn)排水管網安全運行的重要措施之一。

3.2    提高排水防澇設計建設標準

        與發(fā)達國家相比，標準偏低是我國城鎮(zhèn)排水管網建設設計過程中面臨的重要問題。為更好地與發(fā)達國家標準接軌，根據我國的經濟發(fā)展水平和近些年的內澇發(fā)生情況，2014年修訂了《室外排水設計規(guī)范》，提高了城市雨水管渠的設計重現期，增加了內澇防治設計重現期，并要求采用上限值，目前上限值與歐盟標準基本持平，各地還可以根據各地特點制定更高的排水管網設計建設標準。

3.3    推行科學合理運行管理模式

        進一步加強運行管理也是保障排水管網安全運行的重要手段。我國目前很多城市排水管道淤積嚴重、運行水位較高，在雨天水量激增時缺乏輸送能力的可提升空間，導致溢流排放現象嚴重，影響排水管網的安全運行。排水管網的低水位運行模式是指在管道清淤維護的基礎上，通過泵站的日常管理調控，盡量排空管道內的污水，保持管道低水位運行。2013年起，蘇州市在國內同類城市中率先推行低水位運行模式，使污水快速排入污水處理廠，減少污染物在管道內的沉降，提高污水處理廠進水的污染物濃度，從而有效避免因污染物濃度過低而影響污水處理效率。以蘇州市某污水處理廠為例，通過推行低水位運行模式，污水處理廠進水COD濃度已從2012年的全年平均297 mg/L提升至2014年的全年平均406 mg/L，處理后仍能達標排放，其消減的COD排放量遠遠高于提標改造前。

3.4    加快研發(fā)管網運行技術裝備

        與發(fā)達國家相比，我國在排水管網相關的技術儲備和裝備產業(yè)化方面較為落后，不利于保障排水管網的安全運行。因此，需要重點研究排水管網、內澇防治和污染控制技術，在技術研究的同時，應注重開發(fā)運行維護系列裝備，如超聲檢測等管道精確檢測設備、復合纖維等管道修復材料、高效沖洗疏通設備和振動篩分污泥處理設備等。

        通過排水管網技術研究和裝備研發(fā)，實現排水管網的“技術自主化、設備國產化”，全面提升我國排水管網技術設備水平，已成為當前排水管網領域的重要發(fā)展方向。

3.5    建立管網信息平臺管理制度

        建立排水管網信息平臺，有利于提高排水管網規(guī)劃建設管理的準確性和科學性。排水管網信息平臺以城鎮(zhèn)排水管網基礎數據資源的信息化和數字化為基礎，建立維護管理系統(tǒng)和預警應急系統(tǒng)，能有效保障排水管網的安全運行。

        落實管網排入許可制度，有利于改變排水管網的亂接、亂改、亂排現象。《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》明確要求“排水戶應當按照污水排入排水管網許可證的要求排放污水。”

        落實管網日常維護制度，有利于改善排水管網的日常運行工況。據2013年城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計年鑒，城市維護建設的財政性資金中僅7.7%用于排水行業(yè)，且其中僅少量用于日常維護。

3.6    規(guī)范城市管網專項資金管理

        隨著城鎮(zhèn)化建設的推進和重視程度的提升，用于城鎮(zhèn)排水管網建設和運行維護的專項資金投入將日益增加。為規(guī)范管理專項資金，提高資金使用效益，2015年和2016年，財政部與住房和城鄉(xiāng)建設部先后發(fā)布了《城市管網專項資金管理暫行辦法》和《城市管網專項資金績效評價暫行辦法》，從頂層規(guī)定了資金管理辦法和績效評價辦法。然而，各級政府尚未全面制訂資金管理使用的相關細則，資金使用的規(guī)范性、安全性和有效性還有待于進一步加強。

4    結語