淺議蘇州河段深層排水調蓄管道系統工程的運行維護

蔡 璇，漢京超，周娟娟

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來伴隨著全球氣候變化、城鎮化率提高、下墊面變化等多重因素的加劇影響，上海市中心城區內澇頻發，已造成巨大的經濟損失，并嚴重威脅城市安全。與此同時，蘇州河沿線泵站雨天放江情況仍然較為嚴重，“逢雨即黑”現象仍較為普遍。此外，根據國家最新的排水防澇政策，上海市中心城區需要將排水標準從現狀的1 a一遇為主提高到5 a一遇。

對于上海這座國際化大都市，針對上述問題，結合上海中心城區地勢低平、水面率低、建筑密度高、人口密集、地下管線錯綜復雜和排水防澇壓力大等典型特征，在充分利用現狀排水設施的基礎上，采取增設大型深層排水調蓄隧道來化解上述矛盾，是一種合理可行的選擇。

為此，本文以蘇州河段深層排水調蓄管道系統工程（簡稱蘇州河深隧工程）為主要研究對象，對其功能定位、運行模式等方面進行論述，并針對運行維護的關鍵點進行討論，從而為蘇州河深隧工程的順利推進提供參考依據。

1 深層排水調蓄隧道技術概述

深層調蓄隧道通常是指埋設在地下空間（一般指地面以下超過20 m深度）的大型排蓄隧道。美國于1975年開始建設的芝加哥深隧工程是世界上第一個大型深隧調蓄工程，隧道總長度達175 km，調蓄容積可達1 000萬m3[1]。目前世界上已經修建或正在修建的深層排水調蓄隧道超過20條，包括美國、日本、英國、馬來西亞、法國、墨西哥等多個國家和中國香港等地區[2-4]。深層調蓄隧道在排水領域中通常主要發揮污染控制、洪澇控制等功能，個別多功能隧道還能與市政交通相結合。

2 蘇州河深隧工程概況

蘇州河深隧工程主隧總長度約15.3 km，隧道內徑約10 m，調蓄容積不小于74萬m3。蘇州河深隧工程的服務范圍主要為蘇州河流域市區段，總服務面積57.92 km2，包括25個排水系統。在25個排水系統中，曹豐、苗圃西、云嶺西、北新涇北、北虹北和芙蓉江6個排水系統是分流制系統，其余19個排水系統為合流制。

3 蘇州河深隧工程的功能定位

3.1 蘇州河深隧工程的工程目標

根據《蘇州河段深層排水調蓄管道系統工程規劃》及該工程的前期研究成果，蘇州河段深層排水調蓄管道系統主要解決蘇州河地區提標、內澇防治和初雨污染等問題。整個系統包括一級調蓄管道及附屬綜合設施、二三級管道、初雨提升泵房、合流一期總管和初雨處理廠等。蘇州河段深層排水調蓄隧道作為上海深層排水調蓄隧道系統的先行段，主要工程目標如下：

（1）蘇州河沿線排水系統設計標準達到五年一遇（1 h）。

（2）蘇州河沿線排水系統有效應對百年一遇降雨（1 h，不發生區域性城市運行癱瘓，路中積水深度不超過15 cm）。

（3）22.5 mm以內降雨泵站不溢流，基本消除工程沿線初期雨水污染。

3.2 蘇州河深隧工程的建設意義

總體而言，建設深層調蓄隧道是保障上海市中心城區排水、提升區域除澇安全和改善水環境質量的必然選擇，也是國外已建區域提高設防標準的通常做法。蘇州河深隧工程的建設不僅可以貫徹“海綿城市”建設要求，也集中體現了因水制宜、因地制宜的治水方略，對于減排削減初期雨水徑流污染負荷、改善蘇州河水環境質量、緩解城市內澇、保障服務范圍的排水防澇安全具有重要意義。

4 蘇州河深隧工程的運行

4.1 規劃運行模式

根據《蘇州河段深層排水調蓄管道系統工程規劃》，蘇州河深隧工程的規劃運行模式主要有雨天運行模式和旱天出流調度模式。

4.1.1 雨天運行模式

（1）小雨運行方式（不大于5 mm）。在降雨量不大于5 mm的情況下，蘇州河沿岸合流制和分流制地區的降雨徑流基本可通過現狀截流設施進行截流。在這種情況下不啟動調蓄入流模式。

（2）中雨運行方式（大于5mm且不大于22.5mm）。充分利用合流一期總管的富余量。當降雨量超過合流污水一期總管負荷，切換至深層調蓄隧道的調蓄入流模式，將雨水引入調蓄管道。

（3）大雨運行方式（大于22.5 mm）。該運行方式以防汛安全為主，兼顧水環境治理。降雨時應首先利用原有合流一期總管，在超過河流一期總管負荷后切換至深隧調蓄入流模式，將雨水引入調蓄管道。當調蓄管道充滿后停止調蓄入流，啟動市政雨水或合流泵站，將雨水抽送入河，直至雨停。大暴雨時應同時啟動深隧和雨水泵站。

4.1.2 旱天出流調度模式

旱天出流調度模式主要根據未來48 h天氣預報確定。如未來48h無降雨，盡量利用凌晨低峰流量時段污水廠的空余能力來處理合流污水。如未來48 h有雨且調蓄管道內雨水不能及時排空，應啟動合流污水處理廠，經一級加強處理后排放。

4.2 系統運行中需注意的問題探討

由于蘇州河深隧工程的復雜性，不僅涉及現狀的市政排水系統和泵站，還涉及新建的二三級管網系統以及深層調蓄隧道系統。為了實現蘇州河段深層調蓄隧道的功能定位，蘇州河深隧工程必須將原有淺層排水系統、中層二三級管網系統以及深層排水調蓄隧道系統緊密結合，共同發揮作用。同時還需要充分考慮以下方面的因素。

4.2.1 需要統籌考慮整個系統的聯合調度

蘇州河深隧工程的運行模式除了與現狀淺層管網充分銜接外，還需要統籌考慮整個系統的聯合調度，包括合流一期管道的水量分配以及竹園初期雨水處理廠的運行工況。目前水務部門正在進行竹園初期雨水處理廠規模及標準的前期研究工作，建議后續根據竹園初期雨水處理廠的最新工程方案進一步深化和細化旱天出流調度模式。

4.2.2 需要復核合流一期管道的可靠性

合流一期管道自建成以來已運行三十余年，雖然在運行過程中對部分管段進行過檢修維護，但對于管道整體而言，存在使用年限較長、管道老化、缺乏系統檢修等問題。一旦管道發生故障，蘇州河深隧放空出路存在較大隱患。

4.2.3 如何有效控制入流水量

為確保蘇州河深隧工程功能的有效發揮，需要合理分配調蓄庫容，這中間很重要的一點是入流水量控制。常用的流量控制措施一般包括堰、閘、水泵等。針對不同的控制節點應具體情況具體分析，采用可行和有效的控制措施來達到流量控制的目標。此外如要蘇州河深隧工程達到最大工程效益，25個排水系統的入流點應該按照其特有的地理位置情況，采用不同的控制水位，這也是需要進一步細化研究的重要內容。

4.2.4 極端工況的沖擊和影響

當遇到極端工況時，例如一級調蓄管道或綜合設施出現事故，或者一級調蓄管道已充滿又面臨繼續降雨，則不得不關閉一級調蓄管道入流，開啟市政雨水泵，外排蘇州河。該情況下，服務范圍內的排水防澇安全將難以保障。因此蘇州河深隧工程還應適當考慮在極端工況下的應急排水措施。

4.2.5 節能減排方面的考量

在蘇州河深層調蓄隧道的調度運行中，不僅要滿足緩解內澇和削減溢流污染的要求，還要結合實際情況尋求滿足節能減排需求的優化調度方案。例如旱天放空時間可盡量選擇在凌晨時段，不僅可以減少耗電費用，合流一期總管也處于低峰流量時期，能更好地輸送和處理已調蓄的雨污水。此外還應權衡深隧的啟用條件，在具備條件的前提下，如果降雨量不大，可考慮優先利用淺層排水管網和中層二三級管道的調蓄容量，適當減少深隧使用頻率，從而延長設施的使用壽命，節省運營成本。

5 蘇州河深隧工程的維護

借鑒國際上成功的深隧工程經驗，深隧系統的正常運行在很大程度上取決于深隧系統的管理與維護。深隧系統的維護主要是指通過一系列的專業技術手段定期對深隧系統進行專業監測和養護，以確保深隧系統安全穩定地運行。主要應考慮管網清淤、系統除臭、系統防爆、構筑物防腐等諸多方面。此外還應當建立系統維護制度、建立專業人才隊伍等，為深隧的維護提供制度和人員保障。

為了保證深隧系統長期有效地運行，在加強深隧系統運行管理的基礎上，在前期研究、設計和施工階段就應當高度重視深隧系統的維護工作，并為系統建成后的運維預留必要的手段和空間，從而確保深隧系統安全穩定地運行。

5.1 深隧系統清淤

排水管網中的沉積物主要來源于雨水徑流和污水中的顆粒物質。當排水管網中存在大量沉積物時，不僅會引起管道堵塞，嚴重時還會造成管網腐蝕、滲漏乃至污染地下水。深層調蓄隧道埋深較深，清淤和檢修難度較高，沉積物的管理和清理方案應當慎重確定。首先應做好前端控制，盡量減少進入深隧的顆粒物總量，從而降低深層清淤的工作量。這一點可通過在入流設施內設置格柵和沉砂池等來實現。其次可通過潛望遠鏡、管道閉路電視或聲吶等檢測方式，對深隧進行定期檢測，當沉積物達到一定厚度時即進行清淤處理。目前主流的清淤技術包括機械清淤、高壓水射清淤、水力沖刷清淤等，應因地制宜，針對深隧的特點選擇經濟合理、技術可行、安全度高的清淤技術。

5.2 系統除臭

由于蘇州河深隧的入流中不僅包括初期雨水，還包括合流污水，在深隧入流過程中，劇烈的水、氣運動將產生大量的惡臭氣體。如果未經處理便排放，將對綜合設施的周邊環境造成較大的負面影響。同時除入流污水中本身含有的惡臭氣體，污水在厭氧環境中微生物的作用下，也會生成有毒有害氣體。因此在深隧的運維過程中，需要充分考慮除臭和通風的相關措施及裝置。

5.3 系統防爆

深隧系統是一個非常龐大的氣-液交換系統。一旦儲存的雨污水不能及時放空，有可能產生有毒有害、易燃易爆氣體，包括甲烷、硫化氫、一氧化碳、氨氣等。其中甲烷和硫化氫作為目前排水管道氣體中含量較高、危害較大的兩種氣體，一旦積聚還存在一定的爆炸風險，對隧道及周邊設施的安全造成威脅。因此應建立智能監控及預警系統，對深層調蓄隧道內部可能產生的有毒有害、易燃易爆氣體進行及時監測和預警，保障深隧系統安全穩定地運行。

5.4 深隧防腐

通常認為管道腐蝕來源主要有兩個方面：構筑物內部介質和構筑物外地下水。對于淺層管網而言，微生物可將污水中高濃度有機物轉換為酸性物質，造成管道腐蝕，降低管道壽命[5]。對類似深隧這類深埋蓄水構筑物而言，腐蝕來源不僅包括內部腐蝕性水體，還涉及外部地下水中的氯、硫酸根等離子。深隧管壁的腐蝕可能導致污水滲漏至地下水中，嚴重影響地下水環境，甚至引發結構破壞等事故。已有研究表明，污水滲漏對地下水的污染僅次于工業污染[6]。因此在深隧的建設過程中，應當綜合考量、充分論證，選用滿足要求的防腐方式，并做好定期防腐檢修和維護。

5.5 建立和完善相應的管理維護機制

要確保深隧系統的穩定運行，必須建立完善的系統管理維護制度。應當依托先進的信息技術手段，建立深隧管理維護信息系統，并與日常工作緊密結合。在日常維護中，建議淺層和中層管網以分區、專人的原則進行管網的巡檢工作，及時疏通管道，并對產生破損、泄漏等問題的管道進行維修，做好日常巡檢記錄。深層調蓄隧道應由專業人員操縱專業設備定期進行維護，如果具備條件可采用遙控機械檢修的方式。在維護過程中應時刻將安全放于第一位，加強人員的安全培訓，做好現場以及人員自身的安全防護工作，并制定相應的應急預案。

5.6 專業人員隊伍建設

應根據深隧運行管理需要，逐步建立一支專業的人才隊伍。根據分工和職能的不同，從人員數量、結構和專業等方面完善隊伍的配置，注重專業人才培養和人才儲備工作。對于人才引進，應按照崗位要求尋求合適的人才，理論與實際相結合。

6 結語

本文基于蘇州河深隧工程，介紹了工程概況、工程目標、建設意義以及規劃運行模式，并針對運行中應注意的問題以及維護管理中需要關注的內容進行深入的探討，為蘇州河深隧工程的順利推進提供參考依據。為爭取發揮蘇州河深隧工程的最大功效，建議參考借鑒國外典型深隧工程的成功案例、研究成果，結合上海市排水系統的運行現狀和經驗，建立科學化、系統化、信息化的運行維護方案，以確保蘇州河深隧工程排水系統提標、內澇防治及面源污染控制等功能有效和穩定地發揮。