浅论上海城市排水系统体制规划的可持续性发展
前言
上海世博园选址在黄浦江两岸滨水区。“水”是贯穿上海世博园设计的重要特色，一个洁净的生态水环境将使世博园区的环境更为优美宁静，更富有回归自然，接近自然的感觉。充分体现人与自然和谐相处和上海这座现代化国际大都市与水相依美好生活的魅力。但目前黄浦江的水问题令人担忧，面临安全防汛压力大、水环境污染和水生态破坏等问题，已直接影响到上海的经济发展，离成功举办世博会的要求有着很大的差距。作为上海世博会的建设，城市让生活更美好，迫切需要建设一种可持续性的、生态型的新型城市排水系统。
城市排水系统是城市基础设施建设的重要组成部分，它通常由排水管网和污水处理厂组成。对于生活污水、工业废水和雨水所采用的不同排除方式所形成的排水系统，称作排水系统体制。城市排水系统体制的选择是城市排水系统规划中首要问题，它影响排水系统的设计、施工、维护和管理，对城市规划和环境保护影响深远。本文通过对上海排水系统过去和现有思想和理念的局限性进行探索，进而阐述排水系统在功能、规划和设计方面可持续发展的必然性。
1 上海排水系统的体制变迁和发展
1.1直排式合流制排水系统
上海开埠前，城区建有传统的排水沟渠，雨、污水就近排入河道。开埠初，租界在辟路的同时，只在路旁挖明沟或暗渠。1862年起，英、法租界相继开始规划和建设雨水管道。这些管道都是以黄浦江、苏州河、虹口港和肇嘉浜等作为泄水河道。当时各地区各自为政，采用的设计原则和标准各不相同，管网不成系统，设计标准偏低，排水不畅，在暴雨期间很多地区积水严重。
1.2直排式合流制为主，不完全分流制为辅
20世纪初，西式建筑启用卫生水厕，大量未经处理的污水排入河道，造成严重水质污染。1921年起，公共租界相继埋设粪便污水管道，建造北区污水处理厂等3座采用活性污泥法的污水处理厂，部分地区实行雨、污水不完全分流制，全市多数地区的排水管网为雨、污水合流制。到1949年，共有雨水管道531.5km，雨水泵站11座，排水能力为16m3/s；污水管道117km，污水处理厂3座，日处理能力为3.55万立方米；排水系统网络不全。
1.3 完全分流制和直排式合流制并存
50年代，市政府先后作出开辟新居住区、近郊工业区和卫星城的建设部署并确定新区建设时，采用雨、污水分流制的排水体系。近10年间，在新居住区建设6个污水排放系统和6座小型污水处理厂；在新建工业区中建有闵行、桃浦等3个污水系统和处理厂。同时还对原有3座污水处理厂进行技术改造。1983年，市政府对污水治理提出“综合治理，管治并举”的方针，采取分流制和合流制并存，集中和分散相结合的原则，以集中治理为主进行建设。为住宅建设服务，新、改建曲阳、天山、龙华、闵行等中型规模污水处理厂，以及泗塘、吴淞等4座小型污水处理厂。城市污水处理工程得到相应重视。
1.4 截流式合流制排水系统成为主体
80年代，国民经济迅速发展，市区污水量每日约为490m3，未经任何处理通过合流管道直接排入黄浦江、苏州河等河道，以致严重污染了河水水质。为此合流污水治理一期工程、污水治理二期工程相继动工，分别截流苏州河两岸及黄浦江沿岸的合流污水和生活污水，并排放至长江大水体扩散稀释。近期将竣工投入使用的污水治理三期工程是又一重大截污治污工程，该工程建成后，使污水收集、处理系统在整个中心城区覆盖面扩大，形成石洞口、竹园、白龙港等污水排放系统，极大地削减了黄浦江、苏州河和中小河流的污染压力。为水生态环境的修复奠定扎实的基础。
1.5截流式合流制和雨污分流制组合系统
随着上海经济的发展，上海已分别在三个最大的外排系统末端建设污水处理厂，使其达到一定的要求后排入接纳水体，上海市为充分利用新建污水收集系统，将合流一期、二期污水收集系统附近的污水处理厂取消，原有污水管网纳入合流一期、二期系统保留了8座离污水收集主干网较远的城市污水处理厂，将其改建，增加脱氮除磷功能。
2 上海城市排水系统体制科学研究的现状与面临挑战
作为特大型城市的上海，近 150 年来， 随着城市化进程不断加快，地下管线也不断更新，在新建的采用雨污分流排水系统的同时，也存在大量的老的雨污合流排水系统。城市排水体制和管道系统是整个水污染控制和水生态环境保护体系中的重要环节。由于防汛压力大、河道污染严重，上海在排水系统规划中着重于及时排除雨、污水，防止市区内涝和集中处理污水，达标排放，防止公共水域水质污染这两项功能。在城市排水方面一直以来偏重于污水处理技术研究，对城市排水体制方面的关注极少，科技进步对城市排水管网领域的推动作用不大，作为一个整体系统，城市排水管网领域的现代科学理论和技术已大大落后，与先进的城市污水处理理论与技术形成强烈反差[1]。在对待城市排水体制和和雨水问题上，主要还停留在单纯“排放”的思考上，靠分流制来解决点源污染，而忽视雨水资源的保护利用与城市生态的关系，忽视雨水的排放和非点源污染的关系。实际上，仅靠分流制解决点源污染，隐患较多。[2]
目前为减少合流制系统初期雨水对苏州河的污染，上海也在加紧对合流制排水系统初期雨水污染控制的研究，总体目标服务于合流污水调蓄池的建设，对初期雨水进行调蓄处理并配套相应的管理措施，以工程措施和非工程措施相结合，加强污染源头的治理与控制，实行防洪与面源污染控制并重的城市排水综合管理。可见，非点源污染已逐渐引起了重视，降雨径流水质特性、雨水处理技术、径流污染防治等方面也有了不少成果，但从排水体制整个系统来探讨研究非点源污染控制还有欠缺。[3]
排水体制的合理选择，不仅关系到城市雨污水的收集排放，而且关系到水资源和环境保护是否符合城市生态和可持续发展的要求。
3 制约上海城市排水体制可持续发展的五大因素
3.1严重的雨污水管混接抵消了分流的作用，污染依旧，效益降低
中心城区的雨污分流制排水系统存在大量的雨污混接现象：新建污水管接不进原有污水系统，而接入市政雨水系统，造成雨污水系统局部连通。在民用建筑内部装修过程中，改变建筑功能，如将阳台改成厨房，甚至改成厕所，以致原设计的阳台雨水落水管成为生活污水管，其出水接入雨水系统。有的原办公建筑改成餐饮业或娱乐业，造成整个市政排水系统的不良运行，这些有意混接，只顾解决眼前问题，牺牲长远环境利益的做法造成分流制排水系统失败。
3.2 污水厂数目减少，不利于污水再生回用事业发展
建设大型污水处理厂可以发挥规模效益，降低建设费用，但这种观点并没有考虑到污水再生回用的因素，如果考虑到再生水的回用所需铺设的输水管道、提升泵站等费用，考虑到改善城市水环境以及因为污水再生回用而减轻城市排水管网系统的负担所带来的经济效益，那么可以肯定，在城市下游建立集中的大型污水处理厂在经济上并不是最优的，也是和促进污水再生回用相悖的。
3.3雨水资源大量流失，地下水位和地面下沉，水涝增加，城市生态环境恶化
随着城市化的发展，树木、农作物、草地等面积逐步减小，工业区、商业区和居民区的面积不断增加，使相当部分的流域为不透水地表所替代，减少了蓄水空间。由于不透水地表的入渗量几乎为零，使雨水径流总量增大，地区的入渗量减小，地下水补给量相应减小，地下水位逐年下降；另一方面大量地排放雨水又带来城市水涝、城市生态环境恶化等一系列严重的环境问题,城市雨水利用随着城市化带来的水资源紧缺和环境与生态问题应引起我们的重视。
3.4 污水收集系统建设与发达国家相比仍然滞后
目前中心城区污水输送、处理的框架虽已基本建成，但污水收集系统还有不少空白点，沿河污染源错综复杂、面广量大，特别是城乡结合部地区污水直排现象仍比较严重，仍有不少企业、作坊在直排或偷排超标废水入河。上海的污水收集率和处理率尽管处于国内领先，但相比发达国家还有差距，预计2008年上海城镇污水处理率达到75％，而美国和德国的污水处理率在2004年以前已达到了90~100%，韩国达到90%，日本也达到了78%。[4]
3.5排水系统泵站放江对河道的污染严重
无论是分流制还是合流制系统，其出流污染的主要来源均为管道沉积、地表径流、旱流污水，其中约60%的出流污染负荷来自管道沉积物的冲刷，从合流制溢流污染和分流制初期雨水的污染所产生的后果来讲，上海市合流制、分流制系统都不具有工程意义上的初期效应。
4水污染控制和水生态环境保护效果不容乐观
据环境部门最近对上海主要河道的断面监测，上海符合饮用水水源国家标准的地表水仅剩下1％，劣V类水质却占到68.6％。黄浦江被称为上海的“母亲河”，上海市民80％的饮用水来自黄浦江。尽管近年来上海市政府加大了对黄浦江环境整治力度，但“隐形”污染依然触目惊心。目前，每天仍有数百万吨废污水排入黄浦江，一年则高达20亿吨，比全年平均降水产生的径流量还多，致使黄浦江及其支流的水质终年维持在Ⅲ类至V类之间(国家规定饮用水水源水质必须在Ⅱ类水以上)，这已经给黄浦江上游水源保护区形成较大压力。由于黄浦江取水量的不断增加，而上游来水不足以稀释排入的污水，影响到黄浦江的自净能力，加重了水质污染程度。同时，又因黄浦江是潮汐型河流，咸潮入侵更使得黄浦江下游污水上溯，对城区的水厂取水口造成极大威胁,上海已成为典型的水质性缺水城市。
5 21世纪上海建设可持续性的、生态型的新型城市排水系统展望与对策
5.1 世博将是带动生态环境“起飞”的最好契机
上海世博会是世博会154年的历史上首次以“城市”作为主题，表达了全人类对未来美好生活的追求，并围绕主题承前启后，探索城市未来发展的前景。世博会将带来一个新的学科：一个支撑城市和自然和谐发展的和谐城市新概念，即生态城市。围绕生态城市，世博在环境保护与资源循环利用上有六大科技项目，“人水和谐项目”是其中之一。这一项目研究目标主要包括世博园区提供优质安全供水技术；实现园区的雨水和污水的资源化利用； 提供园区水景观建设和水生态修复协调统一的组合技术；实现给水一污水一水资源循环永续。有专家建议，到2010年科技发展将取得许多新突破，整个世博场馆可以借此打造成生态建筑。屋顶会大量使用上海研发的滤水膜，天上降下的雨水经过层层过滤，可以直接用来饮用，水质还超过桶装饮用水。世博科研项目向我们传递了这样的信息，雨水的收集利用和污水回用是保护生态环境、实现城市的可持续发展的必然趋势。
5.2 上海城市排水系统体制可持续规划目标和对策
在污水深度处理、超深度处理和污水再生利用已经实用化了的今天，上海排水系统在规划设计中如果还只停留在如何尽快地将城市雨水直接排放和简单地依赖“雨污分流”等传统观念上，已明显地不能满足现代城市发展和生态环境保护的要求。作为百年大计的城市排水系统，应与城市雨水资源的利用相结合，与城市径流污染控制相结合，与削弱城市径流和水涝相结合，与城市的生态环境保护相结合，应建设一种符合可持续发展、生态型的新型体系。
5.2.1排水系统体制规划与城市雨水资源利用相结合
城市雨水资源利用涉及到城市雨水资源的科学管理、雨水径流的污染控制、雨水作中水等杂用水源的直接收集利用、用各种渗透设施将雨水回灌地下的间接利用、城市生活小区水系统的合理设计及其生态环境建设等方面，是一项涉及面很广的系统工程。我国雨水资源利用尽管有悠久的历史，但真正意义上的城市雨水利用研究与应用却开始于20世纪80年代，发展于90年代。但总的来说技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律法规保障体系。发达国家的雨水资源利用技术已经进入标准化、产业化阶段,他们的先进经验值得我们国内借鉴。城市雨水资源利用是一项造福子孙后代的系统工程，应纳入排水系统体制规划。
5.2.2 排水系统体制规划与源头污染控制和终端污染控制相结合
因地制宜地选择排水体制，可能是保留并改造原有较完善的合流制，也可能是新型的混合制或不完全分流制等，但必须考虑投资效益。分流制耗资巨大，合流制改造为分流制影响范围大，耗时长，技术上又不足以有效地防止城市雨水径流对水体的继续污染，瑞典在八十年代初就放弃了市政管网雨污分流的思想,而是采用修建雨水入渗和雨水渗透设施来减缓暴雨径流[5]，削减城市洪峰和水涝,以缓解地面下沉和改善城市生态，减少并控制合流制溢流污染和分流制初期雨水的污染。
5.2.3 排水系统体制规划与城市的生态环境保护相结合
21世纪的上海排水系统体制规划原则应重在污水再生，回收利用于工业生产和市政用水；重在雨水调蓄、贮存和开发利用，这是规划原则的根本变革。[6]在规划中应调查现有和潜在的再生水需求，结合城市的功能分区以及现有排水系统现状，从方便于污水再生利用的目的出发，恰当地划分排水分区，确定污水再生水厂的个数和位置，做到适度集中，以便节省污水收集处理、再生利用的整套系统的投资和日常能耗，降低再生水成本。在规划设计污水处理厂时，将它视为污水净化再生水厂或工业供水厂，全面规划设计污水再生净化的全流程，应特别重视污水深度处理并考虑超深度处理的可能，因为污水深度处理与再生回用势在必行。
6 结束语
上海21世纪的城市排水系统将成为城市用水健康循环，恢复水环境的生命线工程，它的任务早就超出了排除雨污水、保护城市生活环境、防止公共水域污染的范畴。
城市排水系统将成为用水健康循环的纽带、资源与能源回收的基地，起着社会水循环与自然水文循环和谐连接的桥梁作用。
世博会本身不能改变一个城市的状况，但它能起到一种催化剂的作用，加速先前就已经启动的改革举措。它不是奇迹，只是一个完成计划的时间。世博会不是一条终止线，而是城市发展新阶段的起点。为了让世博科技成果延读下去，必须规划建设一个可持续性的、生态型的新型城市排水系统。
参考文献:
[1] 周玉文.城市排水管网事业面临的新挑战[J].给水排水. 2003,29(2):137.
[2] 洪嘉年.对城市排水工程中排水制度的思考[J].给水排水.1999, 25(12):51～52.
[3] 郭利平,李德旺,韩小波.城市非点源污染治理与资源化技术研究[J].环境科学与技术. 2006 ,29(1):57～59.
[4] 唐建国. 德国污水处理厂水质状况介绍[J].给水排水.2006 32（9）:15-16.
[5] Jago R..Overflow Management for CSO Control. In Proceedings Of 3rd South Pacific Stormwater Conference, Auckland, New Zealand, 2003.
[6]郭晓,张杰.中国都市排水系统功能的变革[J].中国给水排水. 2005,21(10):21~24
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