我国城市合流制及相关排水系统具有明显的多样性、复杂性、差异性等特征,制定控制策略时,如果缺乏对城市排水系统的系统摸排和全面评估,缺乏对排水系统自身特征和外部条件造成影响的深入分析,就容易将不同情况下的污染问题与合流制溢流(CSO)污染混为一谈或区分不清,陷入顾此失彼的混乱或各持所见的窘境,从而影响重大决策和工程建设的科学性、合理性。限于篇幅,文中难以对合流制及其相关排水系统的全系统衔接关系进行全面分析和讨论。但本质上,不同类型“雨污合流污水”面临的决策难题、控制策略、系统衔接关系及规律等,与截流式合流制排水系统具有较多共性且原理基本相通,以“雨污水混流、溢流、截流”为基本特征的截流式合流制排水系统代表了相对较完整、典型的合流污水处置方式,也是未来合流制区域排水系统更新和完善的重点。因此,主要围绕截流式合流制排水系统对CSO控制总体思路和各子系统的衔接关系进行深入探讨,尤其关注系统真实运行状况、现实条件等对衔接关系及系统决策产生的影响。% r. N& k6 ]# i- r
5 Y/ C+ i& B6 N/ u3 h6 [2 u2 J' U " l- L) J$ Y' N, _! v2 w事实上,CSO控制中各子系统的特点及其之间的衔接关系,直接影响了各城市的CSO控制策略及工程决策。美国、德国、日本在CSO控制策略选择上的倾向与差异,很大程度上就是基于对系统及系统关系的重视和切实的把握,如美国有一定代表性的“大截流”以及德国应用较多的“分散调蓄”等,都是在对城市基本条件、排水系统现状及内部衔接关系进行综合评估的基础上做出的优化策略选择。 ' \' d; c: ~: L ?6 M . f& M4 `: d; R( V8 Q* Q而我国城市合流制排水系统面临的条件更复杂,溢流污染的危害也更为严重,但大部分城市长期缺乏系统性控制思路和可持续的策略。从目前关于CSO控制的一些专业讨论,及当前各城市已开展的相关规划、项目设计及实施情况来看,存在几方面比较普遍的共性问题,极大地影响了CSO控制系统的决策、工程合理性和部分已实施工程的运行效率,并直接导致部分工程难以达到预期目标。这些系统性问题常见于:① CSO控制策略和实施方案中的系统构成不完整;②某些重要控制措施的上、下游子系统能力不匹配,导致“无效投资”,例如盲目改造截流干管和提高截流倍数或设置大型CSO调蓄设施,但系统处理能力与之明显不匹配;③工程项目设计工况与系统的实际工况差异巨大,存在较大隐患;④重大工程决策时对水质目标可达性及整体方案技术经济合理性分析和比选不足,缺乏系统角度的优化分析和近远期规划,实施项目在整个决策系统中的重要性、贡献率、优先级和时间安排等不清晰;⑤对复杂而庞大的系统工程面临的实际困难、制约因素和可达性,亦即风险分析不足。& D4 n/ z' R3 b p) m9 T5 @
' y( A% r; k+ [: _! b! [. |有了明确的CSO控制目标后,应进一步确定采用哪些控制措施,以及这些措施的规模、布局、计划实施时间等,提出实现CSO控制目标可能的不同组合方案。组合方案的技术经济分析和优化比选,需要综合考虑系统衔接关系的合理性,衡量经济因素及其他制约因素,如:组合方案的投资、实施难度、有效性、真实运行条件下影响后期运行管理保障等。在此基础上,明确源头、截流、调蓄、处理等子系统最优组合方案,通过科学、合理的评估计算方法、设计工况与实际运行工况的严谨推敲等,对组合方案进一步细化要求,并结合非工程性保障措施,形成本地区CSO控制清晰的技术路线及实施计划。基于溢流控制目标的系统组合与优化关系详见图3。 , i! F. F# @) h6 R - z! }" c n1 k
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7 J% F0 \) Y; o8 W* c6 o; u y 3 S9 n% y3 z8 n从发达国家经验看,实现一个城市CSO控制系统的基本完善,往往需要10~50年,而这期间,水质管理目标可能愈发严格、适用技术措施也在发展,也面临城市规划及用地的调整,加上对现有系统的准确把握很难达到尽善尽美,因此,在把握系统衔接关系及CSO控制基本规律的基础上,也应根据未来可能出现的变化,给规划及方案在具体执行过程中留有调整和优化的余地。 ( X. Q! j" c* [) b+ N& W3 b$ ~, p# |8 O" T2 f/ V
不同开发强度的城市区域,源头海绵化改造、污水处理厂提升改造的大致比例及规模基本可确定,进而可对截流或调蓄的设施规模进行推测,但同时也可结合城市发展情况考虑大范围旧城改造或基础设施提升改造的可能。受类似基础建设条件、地理及气候特征、经济水平等方面真实存在的差异性影响,以及不同CSO控制子系统所存在的明显优势和局限,不同地区和城市在在进行CSO控制措施选择及系统组合时,具有一定倾向性或有一定规律可循。* J6 [9 t5 U& [0 }; c* y
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有些城市人口规模及经济体量巨大,CSO污染情况及影响重大,开发密度又极高,城市污水处理厂规模大、相对完善,在一定程度源头控制的基础上,主要采用高截流倍数或大型CSO调蓄设施的倾向可能更明显,形成如图3中组合1、2形式的决策方案。截流或调蓄的超量合流污水通过污水处理厂一级处理或其他单独工艺处理,或通过截流到其它郊区污水处理厂全流程处理后排放。典型城市案例如芝加哥、西雅图、东京等,国内广州、上海等也在探索这种模式。8 I0 H9 S5 s" B7 T4 j5 u2 D0 G
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有些城市人口规模和经济体量适中,CSO污染情况及影响明显,具备一定的空间改造条件,出于最大限度利用城市既存设施的考量,侧重保留和利用现有截流系统的截流能力和处理系统的常规处理能力,不盲目提高截流倍数,倾向于适中比例的源头海绵化改造再加分散调蓄及处理,形成如图3中组合3形式的决策方案,典型如杜塞尔多夫、池州、常德等城市。1 S- I3 x% E4 ~2 A! ]- s ]* b! B1 A5 W
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而在一些经济欠发达、规模小且城市建设密度相对较低的地区,既有系统的更新完善以及海绵化的持续改造效益更高也更为迫切;还有一些城市合流制区域较小、城市更新改造速度快、后期运维管理水平也较好,则高比例的海绵化改造以及完整的雨污分流改造可能更为适宜,分别形成如图3中组合4、5形式的决策方案。 ' ]; k+ U7 M+ k. I, r9 n; d: b9 e. k, e {1 ?
当然,这种模式化的组合分析仅仅为一般性规律总结和方法论上的阐述,具体还应结合各城市实际情况因地制宜地进行系统分析。但总体而言,大城市、超大城市由于涉及更多的排水分区,空间条件复杂且多样,相对于中小城市,会更明显地呈现出多种模式或多种技术措施综合应用的特点,一般也具有更大的难度和需要更长的实施时间,做长期规划也显得更为重要和迫切。 ( W" x f- [0 n/ Q5 A# [4 K! X: C% j _" B! G/ V