韌性城市背景下構建區域韌性污水系統的探索與實踐

陳錦全，湯 鐘

(深圳市城市規劃設計研究院有限公司，廣東深圳 518000)

城市韌性是近期規劃學術討論的熱點，城市韌性所針對的問題，來源于外部“擾動”帶來的危機，這些“擾動”具有不確定性高、隨機性強、破壞性大等特點，現代城市需具備應對不確定性程度更高、潛在影響更大更廣危機的能力[1]。《北京韌性城市規劃綱要研究》、《廣州市國土空間總體規劃(2018—2035年)》等均把安全韌性城市作為城市未來發展的重要發展方向。市政基礎設施是現代城市正常生產生活的重要支撐條件之一，也是在自然災害等特殊情況下，城市保持穩定運行及迅速恢復的生命線工程，承擔著城市的動脈、靜脈、神經、免疫等功能。因此，打造在各種情況下均能安全、穩定、可靠、持續運轉的韌性市政系統是支撐城市運轉的重要環節[2]。

城市污水系統發揮著污水的收集、處理與排放的作用，與此同時，也存在傳播病毒的風險。在席卷全球的新冠肺炎疫情中，研究人員在患者的糞便中檢測出了病毒核酸，帶有病毒的排泄物隨生活污水進入排水管網和污水處理廠，如污水系統運行不暢，可能造成傳染病暴發等重大公共衛生安全問題。韌性污水系統旨在構建高質量、高標準的污水處理及收集系統，使其超前于城市規劃建設，預留城市及系統發展的彈性空間，并制定合理的運行調配機制與方案，提升污水系統的綜合服務及應急能力，從規劃頂層設計的高度構建住戶-管網-設施-機制的一體化韌性污水系統，適應與保障城市的可持續發展。

本文以深圳市南山區污水完善和提升規劃為例，探索提高市政系統韌性的研究思路和規劃視角，加強污水系統規劃的科學性、前瞻性和可操作性，適度超前且高標準地推動城市基礎設施的有序建設。

1 污水系統概況

1.1 污水場站

深圳市南山區現有污水處理設施包括南山水質凈化廠、蛇口水質凈化廠和西麗再生水廠，總處理規模可達66萬m3/d。區外東南側有福田水質凈化廠，規模為40萬m3/d。區內水質凈化廠分布及其服務范圍如圖1所示。

1.2 污水管網

近幾年來，隨著南山區治水提質、提質增效等水務工作的開展，對存在問題的排水系統進行了大規模的查缺補漏。南山區改造小區管網近500 km，1 046個小區完成了正本清源改造，實現雨污分流，改善了區域水環境。后海河等4段黑臭水體已全面消除黑臭，順利通過國家部委聯合督查，基本實現“水清·岸綠·景美”的目標。南山區近年來逐廠梳理干管運行工況，對長期高水位運行、進水條件不佳、與設計工況嚴重不符的干管進行排查，切實降低不明來水(河水、地下水、海水、基流)的影響。有條件的箱涵采取剝離基流、增設拍門、修復干管、整改沿河截污系統、污水管網系統的交叉串聯等舉措，減少外來水量，提升污水濃度并改善運行工況。區內已布置的污水處理設施，其配套的污水、截污干管也已實施完成或正在施工，污水系統建設基本滿足區內污水收集、處理和排放的需求。另外，結合全市小區雨污分流工程和城市黑臭水體治理要求，區內同步開展了污水支干管網系統的升級和改造，新建及完善了大量的市政污水管網。污水干管系統現狀如圖1所示。

圖1 南山區污水系統現狀Fig.1 Existing Sewage Pipelines System in Nanshan District

2 問題及需求分析

2.1 城市發展問題

南山區新增開發建設量具有較大發展空間，市政支撐系統面臨城市更新和重點片區建設帶來的雙重壓力。根據目前南山區已批城市規劃、存量城市更新項目的梳理與統計，區內規劃的開發量比現狀多約90%，比法定圖則多約25%。如果考慮正在開展及潛在的城市更新項目，未來開發建設總量將增長106%，遠高于福田、羅湖的增長量，城市發展空間巨大。南山區是中心城區增量土地最大的行政區，土地的二次高強度開發直接導致污水量的快速增長，壓力均轉到各個城市更新片區外的污水系統[3]，前海、后海、深圳灣、留仙洞4個總部基地的高強度集中開發對污水系統的影響巨大，導致設施和管網無法滿足增長需求的不斷累積。

2.2 污水系統問題

(1)區內污水增長過快，設施超負荷運行，預留用地空間不足

南山區城市更新大量鋪開，4個總部基地與自貿區等重點片區啟動開發建設導致污水水量增長迅速，管網容量及建設任務等方面壓力也隨之增大[4]。現有的3座水質凈化廠中，南山水質凈化廠由于服務范圍較大，服務范圍內重點片區、城市更新單元規劃新增污水量較大。此外，近期新建成的臨時截污系統將污水截流進入南山水質凈化廠，使南山水質凈化廠長期處于超負荷運行狀態。區內其他2座水質凈化廠處理規模較小，雖有一定的污水處理余量，但缺乏水質凈化廠間污水調配系統與機制，造成區內水質凈化設施規模嚴重不足。

后海總部基地和深圳灣超級總部基地兩個重點片區的快速發展使片區內創業路泵站和白石洲泵站服務區域污水快速增長，兩泵站現有用地已無法支撐遠期片區污水增長的需求，西麗再生水廠及蛇口水質凈化廠同樣存在著擴建用地不足的情況。因此，設施用地的研究與預留成為了本次規劃亟待解決的問題之一。

(2)管網老舊，標準低；管網容量不足，管網系統正常運行受影響

南山區蛇口片區作為深圳市最先發展的區域，部分污水管道建成時間久遠，尤其是蛇口舊工業區，其污水管網按工業區標準配套建設，管道容量、建設質量等已不能滿足南山區城市發展的需求，應結合道路改造和片區更新等計劃逐步改善管道問題。

目前，南山區北部大勘片區及麻磡片區污水管網覆蓋率偏低，部分區域污水通過雨水管渠截流至西麗再生水廠，對污水處理設施的水質穩定造成嚴重影響。此外，區內局部地區發展速度過快，例如龍珠、白石洲、后海、華僑城、南頭、南油和蛇口舊區等片區均存在污水管道容量不足的問題，影響污水管網正常運行。

3 韌性污水系統建設思路及方案

3.1 系統建設思路

(1)思路1：打造能力充足、面向未來的污水系統

南山區有諸如前海、后海、留仙洞、深圳灣等諸多重點發展區域，規劃應統籌與銜接區內每一個重點發展片區的建設需求，按照高質量、高標準原則，完善污水處理設施和管網，全面提升污水處理設施的服務能力，促進污水系統更好地滿足南山區未來的發展需求。

(2)思路2：構建連通污水設施的區域污水管道及運行機制

在有效利用現有污水處理設施及主干管道的基礎上，結合城市發展需求，充分利用工程措施和建設方式加強管道的集中布置與連通，促進市政通道之間的集約建設，分區域分情況提出管網布置策略。老城區應重在改造和提升，新建區規劃綜合管廊建設，形成以綜合管廊為主要載體的地下管線系統。另外，通過非工程措施的制定，構建污水處理設施間的連通與運行機制，保證設施的安全及應急運行。

3.2 系統建設方案

3.2.1 設施韌性

南山區污水分區及系統如圖2所示。南山區污水量包括兩部分，一部分是系統旱流污水量，另一部分是區內已建大型截污系統收集的混流污水量，包含截污系統上游的雨季污水量。規劃中為了提高系統的韌性，預留系統發展的彈性空間，污水設施及管網與設施用地采用不同的規模進行控制，污水處理設施用地按其設計規模的1.2倍進行復核與規劃管控。

圖2 南山區污水分區及系統Fig.2 Wastewater Zoning and System in Nanshan

據預測，南山區遠景產生的雨季污水總量最大可達127萬m3/d，其中，劃入南山水質凈化廠、蛇口水質凈化廠及西麗再生水廠的污水量為101.5萬m3/d和118.0萬m3/d。經復核，現有的及原規劃的污水凈化設施處理能力均無法滿足該需求。因此，需在區內另擇新址建設凈化設施，為遠景污水凈化預留能力與空間。

(1)用地選址

在眾多市政設施中，污水處理廠具有占地面積大、異味強、影響城市景觀等特點，在城市建成區密度日益提高的情況下，新建污水廠難度僅次于垃圾焚燒廠。深圳市龍崗區布吉污水廠的改造案例可為此次規劃提供參考，布吉污水廠為全國首個地下式污水廠(地上作為城市公園)，盡管建設成本增加，但該項目的實施與建成拓寬了市政設施的建設方式，也為其他敏感型設施建設提供了較好的案例。本次規劃擬在現大沙河公園用地范圍內新增一座污水處理設施，該設施建議采取地下式建設，地面維持城市公園的功能不變，后期需加大對異味的處理力度，減少敏感設施對周邊環境的影響。

規劃通過設施選址的研究與比選，確定在大沙河公園內新建沙河水質凈化廠，水質凈化廠規模按14萬m3/d控制，用地規模按20萬m3/d控制。沙河水質凈化廠規劃用地如圖3～圖4所示。用地圖中西北角用地為水質凈化廠一期建設用地，用地面積約4×104m2，可滿足14萬m3/d的污水處理量和5萬m3/d的深度處理設施的建設。

注：高程單位為m 圖3 沙河水質凈化廠用地方案Fig.3 Land-Use Plan of Shahe Water Purification Plant

圖4 土地利用規劃Fig.4 Land-Use Planning

(2)用地預留

結合現有用地空間布局方案，在上述選址用地東側規劃預留3×104m2用地作為該設施預留控制用地。在其他的規劃編制項目中，可考慮在沿河、地勢低洼及污水干管沿線區域設置公園綠地或預留市政設施發展備用地，作為污水系統韌性發展的空間，以解決污水系統設施擴建難、污水干管負荷大等問題。

(3)充分利用現狀市政設施用地

通過現狀污水設施用地內部空間的挖潛，擴大污水設施處理規模或提升污水廠出水水質標準。區內南水水質凈化廠、蛇口水質凈化廠以及西麗再生水廠均通過廠內用地空間整合、處理工藝升級以及半地下式的建設方式等，解決設施擴建、水質提質等空間不足的問題。

(4)污水資源化利用

目前，污水系統的資源化利用成為發展的重要方向，例如，新加坡的“Tuas Nexus”系統將水處理設施與固廢處理的設施設立在同一地點，充分利用水務、能源和廢物處理3者間的協同關系，使廠區實現完全的能源自供，減少能源的浪費。“Tuas Nexus”系統使從廢水中回收的能源增加1倍，并向電網輸出更多電力(預計總電量可為多達300 000套4室公寓供電)，同時，使這兩個設施的能源自給自足。目前，我國污水廠的污泥以外運填埋為主，浪費土地且有污染風險，在未來的污水廠升級改造中，可按照功能融合、用地集約、設施共享的規劃理念，把不同市政基礎設施與公共服務設施、交通設施等融合設置，全面提升市政基礎設施服務水平。

3.2.2 管網韌性

南山區未來有4個重點發展片區及眾多的城市更新單元規劃改造，區內新增污水量較大且分配不均，對已建及規劃污水管網影響和沖擊較大。因此，規劃針對現狀管網存在的問題、新增污水量的分布情況以及管網實施方式，結合污水量增長分布、累積效應等方面提出本次管網規劃的思路。

(1)問題管道修復及改造，完善污水管網

對于區內目前存在的問題管道、破損管道進行修復及改造，作為區內近期急需解決的重點工程，納入區年度實施工程項目庫。

(2)設置彈性系數，擴大管網設計容量，對重要干管進行復核

為了承接未預見污水量，污水管管徑應留有余地，考慮到南山區作為高度建成區，污水管網系統已較完善，系數不宜取太大。主要原因如下：規劃中考慮很多潛在的新增污水量需求，實施時間具有一定的不確定性，可能會導致污水量在相當長時間內無法達到設計規模，管道流速偏小，易形成沉積等問題，不利于管網正常運行；會影響現狀管網排水能力評估的結果，導致不滿足規劃要求的管道越多，需改造的工程量太大。從近期工程可實施性及遠景污水管網系統安全性考慮，本次規劃確定管網彈性系數為1.2較合適，按管網上游規劃污水總量乘以1.2的彈性系數進行區域污水管網復核，復核分布如圖5所示。對重要干管進行復核時，重點考慮重點發展片區、大型城市更新片區下游的污水管網排水能力校核，對容量不滿足要求的管道進行升級擴容或新增污水管道。對于按上述條件復核不滿足彈性標準要求但能滿足規劃基本要求的現狀污水干管，考慮現狀管道改造、新建難度較大，規劃予以保留現狀管道不予升級改造。

圖5 污水管網復核分布Fig.5 Recheck Distribution of Wastewater Pipelines Network

①對于新建道路或新建區域，通過新建污水管道、加大規劃污水管管徑或開展污水規劃布局、調整污水分區等措施，解決污水管道容量不足問題。

②對上述復核管徑容量不足的管道，在改造道路管位充足時，可采取平行敷設新管道的方式進行管道擴容；在管位緊張或不足時，為不影響現狀污水管網的正常運行，結合臨時措施進行原管位擴建，適用于小管徑污水管道的擴建工程。

3.2.3 管理韌性

(1)水質凈化廠間污水調配的聯動(應急)方案

根據南山區地形條件、現狀水質凈化廠的分布情況，創新性地提出南山區水質凈化廠間聯動機制，實現水質凈化廠間污水調配的聯動(應急)方案，保證水質凈化廠正常維修養護期間以及出現突發性事故時污水處理系統的運行安全[5]。以南山-福田污水調配方案為例，建立南山廠和福田廠的污水轉移方案，提高系統韌性，如圖6所示。

圖6 污水應急調配管網規劃Fig.6 Planning of Emergency Wastewater Pipelines Network Control

南山廠-福田廠污水調配方案：規劃通過現狀白石洲泵站調整紅樹灣片區污水至福田污水廠，屬于永久調整，調整污水量約7.1萬m3/d。另外，需擴建白石洲泵站至15萬m3/d，應急時考慮利用泵站備用泵，可實現20萬m3/d的處理規模。增加白石洲泵站至福田污水廠DN1400的污水壓力管，結合白石路綜合管廊建設工程實施。

福田廠-南山廠污水調配方案：規劃保留原白石洲泵站提升至排海干渠的管道，利用白石洲泵站可調配污水7.0萬m3/d，保留原鳳塘泵站提升至排海干渠的2條DN1400污水壓力管道，均可作為遠期福田廠向南山廠應急調配污水的連接管。

(2)管道“體檢”定期化

“埋在地下看不見”的市政管道(特別是排水管道)不可避免會被垃圾、雜質、污垢等沉淀物堵塞，或因土壤塌陷等外部因素影響導致管道錯位，這些疑難雜癥在現代高科技手段面前正逐步被攻克。目前,排水管道電視攝像檢查和聲納檢測技術已得到普遍使用，易形成排水管道的周期性檢查制度，定期利用“地下機器人”開展排水管道巡檢工作，對排水管道進行體檢，3～5年為一個周期，可實行長效維護機制，排查清楚地下排水管網狀況，把整治需求和工作量弄清楚[6]。從2009年開始，德國花費了近10億歐元對54萬km的排水管道進行可視體檢，近85%排水管道已完成電視成像普查[7]。

(3)維護管養經常化

采取上述方式能有效實時發現排水管道存在的問題，準確判定管道破損、缺陷及其嚴重程度，對癥下藥，有針對性地制定管道養護與修理方案，開展管道清淤、定向維修破損和缺陷管段主動管養等舉措，將事故消滅在萌芽狀態，避免造成更大的人員和財產損失。

4 思考及展望

南山區城市建設標準高、發展速度快，其市政設施發展模式與建設經驗對全國其他地方具有示范及指導意義。南山區污水系統面臨的問題將是全國其他城市今后將要面對的系統問題。近年，按照規劃已指導規劃區內蛇口赤灣片區、白石路、沙河西路、沙河五村污水管網建設，新增污水管網長度達30 km。另外，規劃提出新建的沙河地下水質凈化廠正開展相關前期研究，下一步將適時推進建設。本文結合南山區污水系統布局規劃的相關經驗，提出污水設施在選址、預留，污水管網規劃與設施以及運行機制等方面的韌性提升方案，以期為其他城市污水系統的規劃、建設以及管理提供借鑒。在保證南山區韌性污水系統工作中將在以下領域開展工作。

(1)充分挖掘流域內水務設施潛能

從防洪與治污相協調的層面出發，科學制定調度規程，做到“兩水平衡”。不斷總結和積累調度經驗，并根據南山區箱涵內水量、水質的變化不斷更新、優化調度規程。對存在基流的實施“基流、初小雨、雨水”三水分離；無基流的實施“初小雨、雨水”分離，并優化排口入河方式，做到雨后不積水。

(2)全面推行排水管理進小區

小區、城中村排水管理工作移交水務集團，進行相關檢測、測繪、清疏、修復改造等工作，從源頭對排水戶進行管控，切實提升南山區排水管網質量與成效。

(3)開展“污水零直排”創建行動

在排口溯源整治的基礎上，推進“污水零直排”創建行動，推進水污染治理精細化、排水設施管理精細化，切實鞏固提升南山區水環境治理成效。