城市建設中排水體制的戰(zhàn)略思考*

車 伍，李俊奇. 北京建筑工程學院,，北京, 100044　陳和平，中國深圳出入境檢驗檢疫局，深圳，518045

　　摘要 城市排水體制是城市規(guī)劃和基礎設施建設中面臨的一項重大決策問題，不僅關系到排水管道和污水處理系統(tǒng)的巨額資金投入，還關系到這些資金的投資效益，關系城市水生態(tài)環(huán)境的保護和城市的可持續(xù)發(fā)展。作者基于近年來的研究，回顧我國發(fā)達地區(qū)城市發(fā)展過程中和一些發(fā)達國家在城市排水體制方面的一些經(jīng)驗，對城市排水體制的規(guī)劃建設提出一些戰(zhàn)略性的思考和建議。
　　關鍵詞 城市建設 排水體制　 雨水利用 徑流污染控制

Strategic Considerations on Sewer System in City Planning and Constuction

Che Wu ,Li Junqi,
Beijing Institute of Civil Engineering & Architecture, Beijing 100044, China
Cheng Heping

ABSTRACT：Sewer system choice is an important decision-making in the urban infrastructure plan and construction, which concerned not only with huge cost of the sewer and wastewater treatment system but also with the cost-efficiency, with water ecological environment of urban area and with their sustainable development. This article reviews some experiences about the strategy of drainage system in a few relative developed Chinese cities and in some developed countries, and gives some strategic considerations and suggestions.
Keywords ：urbanization, drainage system, stormwater management, runoff pollution control

0 問題的提出

　　中國目前的城市化水平還很低，不超過35%，距發(fā)達國家有很大差距，距50%的標準和世界平均46%的水平也有較大距離。落后的城鎮(zhèn)化水平明顯地影響國民經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定地快速發(fā)展。
　　加快城鎮(zhèn)建設，提高城鎮(zhèn)化水平已成為一項基本國策。但我國城鎮(zhèn)水資源短缺、水污染和生態(tài)環(huán)境惡化的矛盾非常突出，如全國600多城市中有400多存在資源性或水質(zhì)性缺水問題，一些大中城市和地區(qū)出現(xiàn)大面積地下水位和地面的下沉，水澇災害、水污染嚴重，生態(tài)環(huán)境惡化等。城鎮(zhèn)的快速發(fā)展還會加劇這些矛盾，尤其在廣闊的西部地區(qū)，面臨經(jīng)濟落后、資金嚴重不足、資源、環(huán)境和生態(tài)問題等尖銳矛盾，它們甚至可能成為我國城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。
　　城市排水體制是城市基礎設施規(guī)劃建設中首先面臨的一項重大決策問題，不僅關系到排水管道和污水處理系統(tǒng)的巨額資金投入，還關系到這些資金的投資效益，關系城鎮(zhèn)水與生態(tài)環(huán)境的保護和可持續(xù)發(fā)展。
　　總結我國發(fā)達地區(qū)的城市和發(fā)達國家在城市排水體制方面的一些經(jīng)驗和教訓顯得十分重要。

1 發(fā)達地區(qū)城市排水體制的一些問題和經(jīng)驗

1.1 對排水體制方面的科學研究明顯落后
　　城市排水體制和管道系統(tǒng)是整個水污染控制和水生態(tài)環(huán)境保護體系中的重大環(huán)節(jié)，但數(shù)十年來國內(nèi)對它們的研究顯得十分薄弱，無論是在科技的投入還是在科技成果上都與比較先進的污水處理和終端治理技術有很大的差距。在這方面，我國的教科書和設計資料在觀念、理論和技術上，幾乎還停留在幾十年前的水平。工程實踐中暴露出的許多矛盾和問題得不到科學的解答和技術的支持，如城市雨水徑流的嚴重污染、雨水資源的大量流失并由此帶來的一系列城市環(huán)境和生態(tài)問題等。
　　我國在污水處理技術領域和發(fā)達國家的差距很小，但在涉及包括城市雨水資源利用和雨水徑流污染控制等問題的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)和設施的科學規(guī)劃、設計與建設，及相關的技術、法規(guī)與管理等領域，與發(fā)達國家相比至少有十年以上的差距，這已經(jīng)構成我國城市有效實施水污染控制和水生態(tài)環(huán)境保護戰(zhàn)略的制約因素之一。
1.2 排水管道系統(tǒng)的建設落后
　　由于科學研究的落后、歷史欠賬和資金的短缺，許多發(fā)展較快的城市都遇到污水處理廠建設的相對快速和排水管道系統(tǒng)建設落后的突出矛盾。一些投入巨資修建的技術先進的處理廠不得不面對多年收集不到足夠的污水或污水濃度很低的困惑。即一方面資金嚴重不足，水污染矛盾突出，另一方面處理廠又發(fā)揮不出設計能力，造成有限的寶貴資金的“閑置”。盡管原因是多方面的，但排水體制的科學規(guī)劃及其建設問題處理不當是重要因素之一。
1.3 隱患多,投資效益低
　　目前排水體制規(guī)劃和建設中的隱患也是多方面的。
　　首先，城市快速發(fā)展中不透水面積的大幅度增加，導致當?shù)赜晁魇Я吭黾雍退h(huán)系統(tǒng)的平衡遭到破壞，并引發(fā)一系列環(huán)境與生態(tài)問題^{[1] [2]}。我國許多城鎮(zhèn)水資源嚴重短缺的同時大量雨水資源卻白白流失，雨水利用率不到10%。如京津地區(qū)，水資源嚴重不足，需要上“南水北調(diào)”這樣的巨大工程。但僅北京市城區(qū)每年平均流失的雨水資源量就達2億噸，并以很快的速率增加^[3]。
　　另一方面，我國城鎮(zhèn)雨水徑流的污染也非常嚴重^[4]-[7]，這不僅直接危及城鎮(zhèn)水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，增加了城鎮(zhèn)雨水利用的難度和復雜性，而且對整個流域的水環(huán)境和生態(tài)平衡也構成嚴重的威脅。但以前對城市雨水徑流污染危害認識不足，沒有相應的法規(guī)和技術規(guī)范。傾向依賴分流制排水系統(tǒng)來減輕水體污染。但分流制排水系統(tǒng)耗資巨大，舊合流制管系徹底改建為分流制周期長、難度大、影響面寬，改造后卻仍然要面臨雨水徑流污染的威脅。城市雨水徑流的污染和合流制溢流污染誰重誰輕及有效的總量控制戰(zhàn)略問題至今并沒有得到很好地解決。
　　北京的多年研究表明^[4]，初期雨水的污染程度通常超過城市污水。表1給出部分城市分流制雨水和合流制溢流水質(zhì)的比較。

表1 部分城市雨水及溢流污水污染物濃度

污染指標 北京城區(qū)天然雨水（mg/l） 北京城區(qū)初期徑流
（mg/l） 北京市降雨地面徑流
（mg/l） 珠海市降雨地面徑流
（mg/l） 北京某合流管系溢流
（mg/l） 里昂市合流管系溢流
（mg/l） COD 25-200 1220 582 77.5 190 145 SS <10 1934 734 569.3 350 170 NH₃-N 7.9 2.4 3.5 鉛 <0.05 0.3 0.1 Zn 0.269 1.76 1.23 TP 5.6 1.74 0.48 2.4 TN 13 11.2 4.96 26

　　在北京的抽樣調(diào)查結果還表明^[8]，雨水口被普遍當作垃圾和污水口，雨水井充塞垃圾的現(xiàn)象非常嚴重。暴雨季節(jié)大量垃圾和污染物直接隨雨水徑流進入城市水體，構成嚴重污染。如2001-2003年的雨季，多次發(fā)生暴雨徑流的嚴重污染事件，耗資數(shù)十億整治后的城區(qū)河湖仍然發(fā)生水質(zhì)惡化和嚴重的水華。
　　表2給出澳大利亞悉尼的分流制雨水徑流和法國里昂的合流制溢流水質(zhì)的比較^[9]。盡管他們在排水流域、降雨特性和排水系統(tǒng)本身都有顯著的不同，結果雖然不代表普遍的結論，但至少說明具體問題具體分析的重要性，對這兩種排水系統(tǒng)水質(zhì)的比較研究也很有參考意義。

表2 分流制污水、溢流雨水和合流制雨污溢流水污染物平均濃度

　　　　　　 污染物濃度（mg/l) 污染指標

　　　　悉

尼　 里 昂 污水 溢流雨水 合流制溢流污水 BOD 59 47 42 COD 180 132 145 SS 186 141 170

表4 分流制污水、溢流雨水和合流制雨污溢流水年平均污染負荷

　　　　 　　　污染負荷（kg/ha) 污染指標 　　　 悉

尼 里 昂 污水 溢流雨水 合流制溢流污水 BOD 29.5 141 12.6 COD 90 396 43.5 SS 93 423 51.1

　　這些數(shù)據(jù)還表明，對待排水體制問題和制定水污染控制戰(zhàn)略，城市徑流的污染負荷與合流制的溢流一樣，是一個不容忽視的重要考慮因素，否則可能導致規(guī)劃和實施上的戰(zhàn)略性失誤。
　　此外，一些較發(fā)達的城市如深圳、上海浦東等，在實施分流制時都暴露出與污水管系的混接、亂接與錯接等突出矛盾，沒有達到分流制排水系統(tǒng)所期望的效果。這些問題也需要認真對待。
1.4 不可持續(xù)性
　　我國許多城市舊的合流制排水系統(tǒng)存在老化、排水能力小、雨季溢流污染等問題，因此不少城市的規(guī)劃設計是今后逐步實現(xiàn)完全分流制。事實上，如何有效地改造和利用這些系統(tǒng)，是徹底將這些老的排水系統(tǒng)改建為完全的分流制系統(tǒng)，還是因地制宜地保留、改造和利用，最大限度地提高投資效益，這的確是一道難題，也是一個很值得研究的課題。即使是新建的城市排水系統(tǒng)也需要根據(jù)當?shù)鼐唧w條件，因地制宜地進行投資效益分析后作出科學的選擇。
　　上述分析和以下發(fā)達國家的一些經(jīng)驗說明，城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計如果還只停留在如何盡快地將城鎮(zhèn)雨水直接排放和簡單地依賴“雨污分流”等傳統(tǒng)觀念上，已明顯地不能滿足現(xiàn)代城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的要求。上述問題如果得不到科學的解決，作為百年大計的城市排水系統(tǒng)這種基礎設施可能成為一種脆弱和不符合可持續(xù)發(fā)展要求的體系。圖1是對這種體系的簡化描述。這種傳統(tǒng)的排水體系的主要問題是：
　　（1）雨水資源大量流失，地下水位和地面下沉，水澇增加，城市生態(tài)環(huán)境惡化；
　　（2）合流制溢流和分流制的雨水污染并存，下大力氣將合流改為分流雖減少溢流1的污染，但不能控制甚至會相應增加分流雨水的污染；因為在截流式合流制中，污染嚴重的大部分小雨和部分初期雨水徑流污染物能夠進入污水處理廠。
　　（3）合流制都改建為分流制十分困難，耗資巨大，耗時長，還有污染隱患；
　　（4）嚴重的混接亂接抵消了分流的作用，污染依舊，降低投資效益；
　　（5）過分依賴分流和終端治理，投資效益低。

圖1 典型的傳統(tǒng)城市排水體系簡化模型

2 發(fā)達國家城市排水體制方面的一些經(jīng)驗

　　發(fā)達國家的城市化進程中，在資源、環(huán)境與生態(tài)方面也走過彎路，并研究積累了一些好的技術和經(jīng)驗。尤其在近二十年里，歐、美、日等國家對城市排水系統(tǒng)的完善、雨水資源的合理利用與管理、雨水徑流及合流管系溢流（CSO）污染控制的都投入大量的資金和研究，取得顯著的成果。
　　美國在七十~八十年代基本上成功地控制了點源污染，并開始重視非點源如雨水徑流污染的控制。1981—1983年，美國環(huán)保局（EPA）主持的“全美城市雨水徑流項目”（Nationwide Urban Runoff Program）投入1.5億美元^[10] ，第一次大范圍、大規(guī)模地對城市雨水徑流的污染及控制進行研究。分300個課題在美國22個城市、81個現(xiàn)場，共收集分析了2300場降雨數(shù)據(jù)資料。最后提交320份研究報告，100份會議論文并有100多篇論文發(fā)表。這是一項影響很大的研究。
　　美國從70年代開始重視對城市雨水徑流和CSO污染控制的研究。早在1965年通過國會批準的專項資金尋求城市雨水的控制方案。到80年代，經(jīng)過十多年的努力，研究開發(fā)出各種技術和措施，如城市雨水污染的評價與監(jiān)測；科學管理城市雨水資源和控制雨水徑流污染的BMP技術與非技術體系（Best management practice）；CSO及雨水處理技術等。并于1986年修訂水質(zhì)法（Water Quality Act）來控制非點源污染，使EPA開始有效地依法參與城市雨水徑流的管理。
　　1987年修訂的水污染防治法，將全國點源污染排放削減系統(tǒng)（National Pollutant Discharge Elimination System-NPDES）擴大范圍，涵蓋包括對城市雨水徑流污染管制在內(nèi)的非點源污染防治，1990年正式發(fā)布，主要針對10萬人口以上的雨水管道系統(tǒng)和11類工業(yè)活動，包括大于5英畝的建筑工地。1999年12月重新修訂發(fā)布的NPDES管制對象擴充到所有城區(qū)雨水管道系統(tǒng)和占地１～５英畝的建筑工地，將于２００３年３月全面實施。與之配套的還有各種第二代BMP技術和非技術措施，對城市雨水污染控制的法令和技術都將更加嚴厲和完善。
　　德國從八十年代到九十年代已基本實現(xiàn)對城市雨水的污染控制，最典型的措施是修建大量的雨水池截留處理合流制和分流制管系的污染雨水，以及采取分散式源頭生態(tài)措施削減和凈化雨水。城市雨水資源的收集利用也實現(xiàn)標準化和產(chǎn)業(yè)化^{[11] [12]}。值得注意的是，他們沒有走完全分流制的道路，而是因地制宜地采納適合當?shù)貤l件的不同排水方案，保留大量的合流制（約占70%左右，在地形坡度較大的德國南部更多地采用合流制，而在地勢平坦的北部則傾向分流，即使如此，科隆市合流制甚至占94%），他們將重點放在源頭污染控制和終端污染控制的結合、排水系統(tǒng)的改造與削減徑流量和其它雨水徑流污染控制的技術性和非技術性措施的結合。通過全面而科學的系統(tǒng)規(guī)劃，較快地實現(xiàn)了對城市排水系統(tǒng)的改造、建設和水污染的有效控制。
　　新西蘭也不斷完善對城市雨水水質(zhì)水量的控制管制措施。如奧克蘭地區(qū)80年代系統(tǒng)地研究城市活動對雨水徑流水質(zhì)的影響及相應的控制措施，1992年完成雨水處理裝置設計（Storm Treatment Devices）指南。2000年又出版了控制雨水徑流污染的技術手冊，也強調(diào)分散式現(xiàn)場選擇性技術措施，如濕地、自然水道、河岸緩沖帶、土壤滲透、天然植被帶的利用等,為雨水徑流污染控制提供更完善的參考依據(jù) 。
　　瑞典在八十年代初就放棄了市政管系雨污分流的思想^[13]，因為認識到分流制耗資巨大，合流制改造為分流制影響范圍大，耗時長，經(jīng)濟上不合理，技術上又不足以有效地防止城市雨水徑流對水體的繼續(xù)污染。基于同樣的理由，美國等國家在很大程度上也沒有完全靠新建分流制管系取代舊合流制管系作為水污染控制措施的做法。
　　日本在八十年代也開展了對城市雨水利用與管理的研究，提出“雨水抑制型下水道”并納入國家下水道推進計劃，制定相應的政策，已有大量的工程實施^[14]。在全國63.5%下水道中，合流制約占20%，但在一些大中城市，合流制則占有更大的比例，如東京的合流制超過90%，對已有的合流制下水道采取的主要對策是對雨季的溢流污水進行處理，而不是采取實施困難、耗資過大的改建為分流制的辦法。這與德國及一些歐美國家的策略類似。

3 我國城市排水體制規(guī)劃建設應遵循的原則

　　城鎮(zhèn)建設中的排水體制選擇應充分借鑒國內(nèi)發(fā)達城市和一些發(fā)達國家的經(jīng)驗，避免他們走過的彎路。應充分體現(xiàn)前瞻性、戰(zhàn)略高度和因地制宜，應與城市雨水資源的利用相結合、與城市徑流污染控制相結合、與削減城市徑流和水澇相結合、與城鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境保護相結合。應建設一種可持續(xù)性的、生態(tài)型的新型城市排水系統(tǒng)（圖2），其主要特點：
　　（1）因地制宜地選擇排水體制，可能保留并改造原有較完善的合流制，也可能是新型的混合制、完全分流制、或不完全分流制等。是通過認真的研究和投資效益分析后的決策；
　　（2）加大雨水的下滲和綜合利用，削減城市洪峰和水澇，緩解地面下沉和改善城市生態(tài)減少并控制合流制溢流污染和分流制初期雨水的污染；
　　（3）控制混接亂接（非法連接）；
　　（4）雨水徑流源頭和終端污染控制相結合的資源利用型、生態(tài)型的城市排水系統(tǒng)。

圖2 新型的城市排水系統(tǒng)簡化模型

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* 北京市科委專項基金項目：北京城區(qū)雨水徑流污染控制與管理模式（H010610020112）