浅议苏州河段深层排水调蓄管道系统工程的运行维护

蔡 璇，汉京超，周娟娟

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年来伴随着全球气候变化、城镇化率提高、下垫面变化等多重因素的加剧影响，上海市中心城区内涝频发，已造成巨大的经济损失，并严重威胁城市安全。与此同时，苏州河沿线泵站雨天放江情况仍然较为严重，“逢雨即黑”现象仍较为普遍。此外，根据国家最新的排水防涝政策，上海市中心城区需要将排水标准从现状的1 a一遇为主提高到5 a一遇。

对于上海这座国际化大都市，针对上述问题，结合上海中心城区地势低平、水面率低、建筑密度高、人口密集、地下管线错综复杂和排水防涝压力大等典型特征，在充分利用现状排水设施的基础上，采取增设大型深层排水调蓄隧道来化解上述矛盾，是一种合理可行的选择。

为此，本文以苏州河段深层排水调蓄管道系统工程（简称苏州河深隧工程）为主要研究对象，对其功能定位、运行模式等方面进行论述，并针对运行维护的关键点进行讨论，从而为苏州河深隧工程的顺利推进提供参考依据。

1 深层排水调蓄隧道技术概述

深层调蓄隧道通常是指埋设在地下空间（一般指地面以下超过20 m深度）的大型排蓄隧道。美国于1975年开始建设的芝加哥深隧工程是世界上第一个大型深隧调蓄工程，隧道总长度达175 km，调蓄容积可达1 000万m3[1]。目前世界上已经修建或正在修建的深层排水调蓄隧道超过20条，包括美国、日本、英国、马来西亚、法国、墨西哥等多个国家和中国香港等地区[2-4]。深层调蓄隧道在排水领域中通常主要发挥污染控制、洪涝控制等功能，个别多功能隧道还能与市政交通相结合。

2 苏州河深隧工程概况

苏州河深隧工程主隧总长度约15.3 km，隧道内径约10 m，调蓄容积不小于74万m3。苏州河深隧工程的服务范围主要为苏州河流域市区段，总服务面积57.92 km2，包括25个排水系统。在25个排水系统中，曹丰、苗圃西、云岭西、北新泾北、北虹北和芙蓉江6个排水系统是分流制系统，其余19个排水系统为合流制。

3 苏州河深隧工程的功能定位

3.1 苏州河深隧工程的工程目标

根据《苏州河段深层排水调蓄管道系统工程规划》及该工程的前期研究成果，苏州河段深层排水调蓄管道系统主要解决苏州河地区提标、内涝防治和初雨污染等问题。整个系统包括一级调蓄管道及附属综合设施、二三级管道、初雨提升泵房、合流一期总管和初雨处理厂等。苏州河段深层排水调蓄隧道作为上海深层排水调蓄隧道系统的先行段，主要工程目标如下：

（1）苏州河沿线排水系统设计标准达到五年一遇（1 h）。

（2）苏州河沿线排水系统有效应对百年一遇降雨（1 h，不发生区域性城市运行瘫痪，路中积水深度不超过15 cm）。

（3）22.5 mm以内降雨泵站不溢流，基本消除工程沿线初期雨水污染。

3.2 苏州河深隧工程的建设意义

总体而言，建设深层调蓄隧道是保障上海市中心城区排水、提升区域除涝安全和改善水环境质量的必然选择，也是国外已建区域提高设防标准的通常做法。苏州河深隧工程的建设不仅可以贯彻“海绵城市”建设要求，也集中体现了因水制宜、因地制宜的治水方略，对于减排削减初期雨水径流污染负荷、改善苏州河水环境质量、缓解城市内涝、保障服务范围的排水防涝安全具有重要意义。

4 苏州河深隧工程的运行

4.1 规划运行模式

根据《苏州河段深层排水调蓄管道系统工程规划》，苏州河深隧工程的规划运行模式主要有雨天运行模式和旱天出流调度模式。

4.1.1 雨天运行模式

（1）小雨运行方式（不大于5 mm）。在降雨量不大于5 mm的情况下，苏州河沿岸合流制和分流制地区的降雨径流基本可通过现状截流设施进行截流。在这种情况下不启动调蓄入流模式。

（2）中雨运行方式（大于5mm且不大于22.5mm）。充分利用合流一期总管的富余量。当降雨量超过合流污水一期总管负荷，切换至深层调蓄隧道的调蓄入流模式，将雨水引入调蓄管道。

（3）大雨运行方式（大于22.5 mm）。该运行方式以防汛安全为主，兼顾水环境治理。降雨时应首先利用原有合流一期总管，在超过河流一期总管负荷后切换至深隧调蓄入流模式，将雨水引入调蓄管道。当调蓄管道充满后停止调蓄入流，启动市政雨水或合流泵站，将雨水抽送入河，直至雨停。大暴雨时应同时启动深隧和雨水泵站。

4.1.2 旱天出流调度模式

旱天出流调度模式主要根据未来48 h天气预报确定。如未来48h无降雨，尽量利用凌晨低峰流量时段污水厂的空余能力来处理合流污水。如未来48 h有雨且调蓄管道内雨水不能及时排空，应启动合流污水处理厂，经一级加强处理后排放。

4.2 系统运行中需注意的问题探讨

由于苏州河深隧工程的复杂性，不仅涉及现状的市政排水系统和泵站，还涉及新建的二三级管网系统以及深层调蓄隧道系统。为了实现苏州河段深层调蓄隧道的功能定位，苏州河深隧工程必须将原有浅层排水系统、中层二三级管网系统以及深层排水调蓄隧道系统紧密结合，共同发挥作用。同时还需要充分考虑以下方面的因素。

4.2.1 需要统筹考虑整个系统的联合调度

苏州河深隧工程的运行模式除了与现状浅层管网充分衔接外，还需要统筹考虑整个系统的联合调度，包括合流一期管道的水量分配以及竹园初期雨水处理厂的运行工况。目前水务部门正在进行竹园初期雨水处理厂规模及标准的前期研究工作，建议后续根据竹园初期雨水处理厂的最新工程方案进一步深化和细化旱天出流调度模式。

4.2.2 需要复核合流一期管道的可靠性

合流一期管道自建成以来已运行三十余年，虽然在运行过程中对部分管段进行过检修维护，但对于管道整体而言，存在使用年限较长、管道老化、缺乏系统检修等问题。一旦管道发生故障，苏州河深隧放空出路存在较大隐患。

4.2.3 如何有效控制入流水量

为确保苏州河深隧工程功能的有效发挥，需要合理分配调蓄库容，这中间很重要的一点是入流水量控制。常用的流量控制措施一般包括堰、闸、水泵等。针对不同的控制节点应具体情况具体分析，采用可行和有效的控制措施来达到流量控制的目标。此外如要苏州河深隧工程达到最大工程效益，25个排水系统的入流点应该按照其特有的地理位置情况，采用不同的控制水位，这也是需要进一步细化研究的重要内容。

4.2.4 极端工况的冲击和影响

当遇到极端工况时，例如一级调蓄管道或综合设施出现事故，或者一级调蓄管道已充满又面临继续降雨，则不得不关闭一级调蓄管道入流，开启市政雨水泵，外排苏州河。该情况下，服务范围内的排水防涝安全将难以保障。因此苏州河深隧工程还应适当考虑在极端工况下的应急排水措施。

4.2.5 节能减排方面的考量

在苏州河深层调蓄隧道的调度运行中，不仅要满足缓解内涝和削减溢流污染的要求，还要结合实际情况寻求满足节能减排需求的优化调度方案。例如旱天放空时间可尽量选择在凌晨时段，不仅可以减少耗电费用，合流一期总管也处于低峰流量时期，能更好地输送和处理已调蓄的雨污水。此外还应权衡深隧的启用条件，在具备条件的前提下，如果降雨量不大，可考虑优先利用浅层排水管网和中层二三级管道的调蓄容量，适当减少深隧使用频率，从而延长设施的使用寿命，节省运营成本。

5 苏州河深隧工程的维护

借鉴国际上成功的深隧工程经验，深隧系统的正常运行在很大程度上取决于深隧系统的管理与维护。深隧系统的维护主要是指通过一系列的专业技术手段定期对深隧系统进行专业监测和养护，以确保深隧系统安全稳定地运行。主要应考虑管网清淤、系统除臭、系统防爆、构筑物防腐等诸多方面。此外还应当建立系统维护制度、建立专业人才队伍等，为深隧的维护提供制度和人员保障。

为了保证深隧系统长期有效地运行，在加强深隧系统运行管理的基础上，在前期研究、设计和施工阶段就应当高度重视深隧系统的维护工作，并为系统建成后的运维预留必要的手段和空间，从而确保深隧系统安全稳定地运行。

5.1 深隧系统清淤

排水管网中的沉积物主要来源于雨水径流和污水中的颗粒物质。当排水管网中存在大量沉积物时，不仅会引起管道堵塞，严重时还会造成管网腐蚀、渗漏乃至污染地下水。深层调蓄隧道埋深较深，清淤和检修难度较高，沉积物的管理和清理方案应当慎重确定。首先应做好前端控制，尽量减少进入深隧的颗粒物总量，从而降低深层清淤的工作量。这一点可通过在入流设施内设置格栅和沉砂池等来实现。其次可通过潜望远镜、管道闭路电视或声呐等检测方式，对深隧进行定期检测，当沉积物达到一定厚度时即进行清淤处理。目前主流的清淤技术包括机械清淤、高压水射清淤、水力冲刷清淤等，应因地制宜，针对深隧的特点选择经济合理、技术可行、安全度高的清淤技术。

5.2 系统除臭

由于苏州河深隧的入流中不仅包括初期雨水，还包括合流污水，在深隧入流过程中，剧烈的水、气运动将产生大量的恶臭气体。如果未经处理便排放，将对综合设施的周边环境造成较大的负面影响。同时除入流污水中本身含有的恶臭气体，污水在厌氧环境中微生物的作用下，也会生成有毒有害气体。因此在深隧的运维过程中，需要充分考虑除臭和通风的相关措施及装置。

5.3 系统防爆

深隧系统是一个非常庞大的气-液交换系统。一旦储存的雨污水不能及时放空，有可能产生有毒有害、易燃易爆气体，包括甲烷、硫化氢、一氧化碳、氨气等。其中甲烷和硫化氢作为目前排水管道气体中含量较高、危害较大的两种气体，一旦积聚还存在一定的爆炸风险，对隧道及周边设施的安全造成威胁。因此应建立智能监控及预警系统，对深层调蓄隧道内部可能产生的有毒有害、易燃易爆气体进行及时监测和预警，保障深隧系统安全稳定地运行。

5.4 深隧防腐

通常认为管道腐蚀来源主要有两个方面：构筑物内部介质和构筑物外地下水。对于浅层管网而言，微生物可将污水中高浓度有机物转换为酸性物质，造成管道腐蚀，降低管道寿命[5]。对类似深隧这类深埋蓄水构筑物而言，腐蚀来源不仅包括内部腐蚀性水体，还涉及外部地下水中的氯、硫酸根等离子。深隧管壁的腐蚀可能导致污水渗漏至地下水中，严重影响地下水环境，甚至引发结构破坏等事故。已有研究表明，污水渗漏对地下水的污染仅次于工业污染[6]。因此在深隧的建设过程中，应当综合考量、充分论证，选用满足要求的防腐方式，并做好定期防腐检修和维护。

5.5 建立和完善相应的管理维护机制

要确保深隧系统的稳定运行，必须建立完善的系统管理维护制度。应当依托先进的信息技术手段，建立深隧管理维护信息系统，并与日常工作紧密结合。在日常维护中，建议浅层和中层管网以分区、专人的原则进行管网的巡检工作，及时疏通管道，并对产生破损、泄漏等问题的管道进行维修，做好日常巡检记录。深层调蓄隧道应由专业人员操纵专业设备定期进行维护，如果具备条件可采用遥控机械检修的方式。在维护过程中应时刻将安全放于第一位，加强人员的安全培训，做好现场以及人员自身的安全防护工作，并制定相应的应急预案。

5.6 专业人员队伍建设

应根据深隧运行管理需要，逐步建立一支专业的人才队伍。根据分工和职能的不同，从人员数量、结构和专业等方面完善队伍的配置，注重专业人才培养和人才储备工作。对于人才引进，应按照岗位要求寻求合适的人才，理论与实际相结合。

6 结语

本文基于苏州河深隧工程，介绍了工程概况、工程目标、建设意义以及规划运行模式，并针对运行中应注意的问题以及维护管理中需要关注的内容进行深入的探讨，为苏州河深隧工程的顺利推进提供参考依据。为争取发挥苏州河深隧工程的最大功效，建议参考借鉴国外典型深隧工程的成功案例、研究成果，结合上海市排水系统的运行现状和经验，建立科学化、系统化、信息化的运行维护方案，以确保苏州河深隧工程排水系统提标、内涝防治及面源污染控制等功能有效和稳定地发挥。