多國地下水道探秘:柏林市內(nèi)上千蓄水池防內(nèi)澇
地理位置:位于德國東北部平原 氣候:溫帶大陸性氣候 降雨量:分布平均,約為580毫米/年
面積:約900平方公里
下水管道長度:9500千米 興建時間:1873年
維修:每年65千米例行檢查
柏林市水處理機構(gòu):6個污水處理廠,2個地表水廠,4個儲水過濾器,9個自來水工作站
人均水費(包括排污費):32歐元/月
德國人素來重視城市規(guī)劃,規(guī)劃幾乎覆蓋了每一寸德國土地,嚴謹?shù)牡聡揭?guī)劃非常具有前瞻性,至少要考慮50年以上,一朝規(guī)劃,百年受益。柏林排水系統(tǒng)也秉承這一原則,從1873年興建第一條下水道開始到今天,在柏林900平方公里土地下排水管道已長達9500千米,相當于從柏林到北京的距離。
柏林自來水公用事業(yè)公司從1852年起,就開始負責(zé)柏林的供水,該公司新聞發(fā)言人阿斯雷德·哈肯內(nèi)斯·弘普介紹,按照柏林市政廳要求,公司最初營建柏林地下管道設(shè)施時便考慮了柏林未來80至100年的城市發(fā)展規(guī)模,按照預(yù)計給排水規(guī)模在地下鋪設(shè)了滿足不同使用需求的管道。盡管柏林在地理和氣象上來看不屬于強降雨覆蓋地區(qū),但是在規(guī)劃設(shè)計中,設(shè)計者預(yù)想了柏林可能面臨的最極端情況,將內(nèi)澇等問題都包含在了規(guī)劃圖之中。
直到現(xiàn)在柏林自來水公司還在根據(jù)市政發(fā)展情況對規(guī)劃藍圖不斷改善和預(yù)估,引入更先進和環(huán)保的技術(shù)對地下排水設(shè)施進行維護修繕和擴建。
污水雨水分離排放 減輕管道壓力
柏林市自來水公司首席工程師拉爾夫·杰納克介紹說,柏林的下水管道分為兩種,即污水雨水合流管道和污水雨水分流管道。整個排水系統(tǒng)的目標是既可以防止城市內(nèi)澇,同時可蓄積雨水,合理利用廢水,節(jié)約水資源。
柏林地下管道中,1/4的下水管道是污水雨水通過一個管道排放的,這些管道主要在市中心。對于市中心而言地下空間有限,這樣的處理方式會節(jié)省地下空間。而另外3/4的下水道,則是雨水排澇系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)分開運行。雨水通過專門管道直接排入城市周邊的河流和湖泊,而生活污水和工業(yè)污水則通過廢水管道到達排水站,再流到污水處理廠進行處理。
“這樣做的目的是合理回收利用雨水,并同時緩解城市用水和排水的壓力”,首席工程師拉爾夫·杰納克介紹道,“由于降水的承接面來源不同,水的質(zhì)量也有很大差異。通過房頂流下的雨水只受過輕度污染,它們順管道流下,水質(zhì)相對較好,經(jīng)過輕度處理就可以用來澆灌植物、沖廁所、填充進入噴泉等水景觀中。而來自機動車道上的水,則由于機動車的磨損而含有大量的金屬、橡膠和燃油等污染物,這樣的水必須經(jīng)過處理達標后才可以排放。”
市內(nèi)上千蓄水池防內(nèi)澇
柏林百年來都未有大的內(nèi)澇發(fā)生,雨水污水分離式排放系統(tǒng)功不可沒。在這套體系中,廢水和雨水是通過兩套單獨下水管道處理的,這樣就大大減輕了下水管道的壓力。
專門的雨水管道就用來負責(zé)處理降水,這些管道與城市的河流相通,雨水直接通過管道流入就近的水域。雨水管道可以應(yīng)付一般的降水,不過為了以防萬一,柏林全市還有160多個緊急排水口和暴雨溢流口,它們分布在幾條運河邊上。除此之外,整個柏林有1000多個水庫和蓄水池,能夠蓄積90萬立方米的水。當降雨平息后,這些蓄水池多余的水就可以送往污水處理廠進行處理。
為了防止污水雨水一起排放的合并式下水道在暴雨時溢流,設(shè)計者在此類型下水道沿線設(shè)立了蓄水和防溢流設(shè)施——明溝,明溝被建成模擬天然河道造型,當大雨降臨時,這些明溝就能存儲大量雨水,等到降雨停歇,再通過水泵將這些水抽入污水處理廠進行處理。
如果雨量過大,未經(jīng)處理的雨水和污水就將通過防溢流設(shè)施直接排放進附近的河流中。不要擔心這會增大河流壓力,因為河道下面也建了大型蓄水池,與堤壩上的排水口相連,用來暫時儲存從合并式管道中流出的污水,之后再把他們送往污水處理廠。
地上景觀使用雨水 減輕排水壓力
除了在地下設(shè)施上下工夫,柏林市政建設(shè)者還利用地上景觀減輕排水壓力,將部分公園做成起伏的地形和人工濕地,并鼓勵社區(qū)建立利用雨水的景觀和人工湖。
首席工程師杰克納表示,柏林著名商業(yè)區(qū)坡斯坦廣場就是經(jīng)典案例。“柏林市地下水位較淺,建設(shè)廣場的時候,要求開發(fā)商不能增加地下水補給量。所以在建設(shè)的時候,我們將適宜鋪設(shè)綠地的屋頂全部鋪滿了植被,這樣可以利用植物存儲雨水,還可以防洪。而不能鋪設(shè)植被的屋頂則通過管道將雨水引入地下蓄水池,與地下室的泵站和凈水系統(tǒng)相連,構(gòu)成循環(huán)流動水系統(tǒng),傳送給地面上的3個地面人造水景觀。超標的雨水則通過地面入滲系統(tǒng)進入城市地下水管道排出,這套系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好。”
■ 柏林“治水”妙招
1 房頂上種草坪截留雨水
德國是世界上雨水利用最為先進的國家之一。德國立法規(guī)定,在新建小區(qū)之前,無論是工業(yè)、商用還是居民區(qū),都要設(shè)計雨水利用設(shè)施(多是鋪設(shè)截留雨水的草坪),否則政府將征收雨水排放設(shè)施費和雨水排放費。
柏林每年降水量會達到580mm,出于環(huán)保和經(jīng)濟目的,政府倡導(dǎo)合理利用雨水,實施了“雨水費”制度,這項制度規(guī)定,不管是私人房屋還是工廠企業(yè),直接向下水道排放雨水必須按房屋的不滲水面積,交納每平方米1.84歐元的費用。但是采取雨水利用設(shè)施的用戶就可獲得減免和優(yōu)惠。雖然新建小區(qū)樓頂都鋪設(shè)了草坪,但是在柏林大部分老小區(qū),居民采取自制裝置過濾雨水。
由于很多柏林家庭都安裝了雨水利用設(shè)施。他們在自家庭院地下安裝一個與屋頂面積相當?shù)男钏骰騼λ。從屋頂流下的雨水,一些樹枝和樹葉雜物被攔截下來,雨水則流入蓄水罐。經(jīng)過自然沉淀,上面干凈清潔的水則通過壓力輸送到需要的地方,可以用來洗衣服、沖廁所、澆花園、洗汽車等等。
除此之外,柏林也設(shè)計了一些巧妙的小方法用來防止路面積水。比如根據(jù)不同的區(qū)域鋪就不同的透水路面。人行道、步行街、自行車道及郊區(qū)道路等受壓不大的地方,采用透水性地磚,加速雨水滲透。馬路兩邊還設(shè)有排水孔等等。
2 井蓋下裝箅子截留垃圾
污水管道經(jīng)常會有垃圾雜物,雨水管道也會碰到淤泥堆積,如果清理不夠及時,就會導(dǎo)致堵塞,影響排水。在這方面,柏林人想出了很多妙招,例如在井蓋下做文章。
柏林自來水公司首席工程師拉爾夫·杰納克介紹稱,首先柏林地下管道的鐵箅子的縫隙比較大,這樣會提高排水速度;其次鐵箅子下面裝有一個鐵籃子,就像廚房水池中的篩子一樣。這個鐵籃子能夠截留住順水而來的樹葉、塑料袋、污泥等雜物,清潔工人只要定時打開下水井蓋,把鐵籃子鉤出來,取走垃圾然后再將鐵籃子復(fù)位就可以了。
杰納克說,相比在管道終端處理,這種方法較好地利用路面和排水設(shè)施之間的空間,不額外占用空間,也不用進行大型施工,利于清潔部門打掃,并有效地減少排放物堵塞排水管道的幾率,確保下水管道能快速有效地排水。
3 24小時監(jiān)控開車修下水道
與我們常見的在馬路上挖溝維修下水道不同,柏林在鋪設(shè)地下管道的時候就預(yù)計到了修繕的難處。
柏林市自來水公司發(fā)言人阿斯雷德·弘普介紹稱,柏林地下的管道設(shè)施十分寬闊,允許施工人員將工程作業(yè)車直接開進管道中進行勘察和修繕。而在相對狹窄的管道中也可用工程機械進行勘探和維修。而各個管道的節(jié)點也是相當?shù)膶挸,面積相當于一個房間的大小。與此同時,管道落差高達數(shù)英尺。這樣寬敞和高落差的設(shè)計可以保障水流能迅速地從管道中排泄出去,并在出現(xiàn)故障的時候便于工程師和管道工進入維修。
柏林市自來水公司首席工程師杰納克介紹說,現(xiàn)在柏林地下管道已經(jīng)長達9500千米,公司會對管道進行每年65千米的例行檢查。管道服務(wù)中心會派人定時巡視管道,有些進不去看不到的管道就通過閉路電視系統(tǒng)進行監(jiān)控。利用這種系統(tǒng),即使是普通家庭直徑僅15厘米的下水管道,也能輕輕松松進行檢查。
杰納克介紹說,柏林全市現(xiàn)在共有9處自來水公司的工作站、6個水質(zhì)檢測中心和148個分布全市的泵站。對柏林地下全部管道24小時實時監(jiān)控,隨時分析水質(zhì)和洪訊狀態(tài),確保柏林不會出現(xiàn)內(nèi)澇情況。
■ 鏈接
倫敦也為內(nèi)澇發(fā)愁的城市
19世紀50年代,正在工業(yè)化黃金時期的倫敦城每天要生產(chǎn)出40萬噸的污水,當時的城市并無雨水和污水分離,這些污水加雨水最終全部排進了泰晤士河。
1858年的夏天,泰晤士河令人難忍的惡臭讓英國議會不得不投入300萬英鎊建設(shè)一個由下水道、泵站、污水處理廠等結(jié)合在一起的龐大排水系統(tǒng),約瑟夫·巴瑟杰工程師受命設(shè)計建造,正是他搭建了倫敦下水道系統(tǒng)的總框架。
巴瑟杰在設(shè)計中首次將雨水管道和污水管道分離,污水管道的出口改成了泰晤士河的入海口,遠離城市。他建起了6個主要的截流管,總長達160公里,此外,下水管道主干總長720公里,支干長達21000公里。
這個系統(tǒng)將倫敦城地下打造成了馬蜂窩似的格局,歷時七年完工。因為難度極高,這個工程被認為是維多利亞時期的地下工程典范。完工那一年,倫敦城已經(jīng)有了250萬人口,但這個城市的全部污水還是被排向了大海。
19世紀工業(yè)化中建造的下水道為很多歐洲城市排水系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。在倫敦,約瑟夫·巴瑟杰的設(shè)計為各類管道有序排列奠定了基礎(chǔ),日后的工程師們陸續(xù)在同一個隧道中建造起了市政、電力、通信、燃氣等各類管線,進行統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理。
就排水管容量而言,最初巴瑟杰設(shè)計時,依據(jù)的是當時人口的兩倍數(shù)量,即400萬人口的基礎(chǔ)來計算的,但150年后,倫敦市人口增長已遠超預(yù)期,這意味著即使再寬的管道,在大暴雨來襲時,還是排水能力不足,也導(dǎo)致了城市水漫金山。
上世紀80年代末90年代初,工程師們又對排水管道進行了一次調(diào)整,市政府投入一大筆資金,將水管加粗,并增加了泵站。但是,隨著氣候變暖導(dǎo)致的越來越多的強降水出現(xiàn),倫敦城依然時有發(fā)生被淹的情況,而且污水也造成了環(huán)境問題。
就內(nèi)澇問題,巴瑟杰已經(jīng)為管道設(shè)計了一個“防暴雨安全機制”,也就是當降水量過多時,可以允許污水排入泰晤士河,以防城市被淹。這個設(shè)計最初是為了應(yīng)急,但今天,平均每周都要啟動這個緊急機制。因為隨著城市發(fā)展,現(xiàn)在每小時僅2毫米降雨就要觸發(fā)這個應(yīng)急機制,這使得每年都有3900萬噸未處理的污水流入泰晤士河。
這造成了很多環(huán)境問題。2005年,一個獨立委員會提議建造名為“泰晤士河隧道”的工程,這個巨大的地下隧道寬如三輛公共汽車,沿著泰晤士河,跨越倫敦東西,長約15到25公里,埋在地下67米處,這個巨大的隧道將連通34個污染最重的下水管道,將本來將排到泰晤士河中的污水收集處理。在經(jīng)過多年討論之后,倫敦市政府終于決定,在明年啟動這個造價約達170億英鎊的工程,將可能在2020年完工。(金煜)
維修下水道過程
、-③先用機器清理下水道污泥,再將機器人清潔工放入下水道。④工作人員通過電腦操作機器人。
本版采寫(除署名外) 新京報記者 韓旭陽 高美
東京 “地下宮殿”吐納急雨
年平均降雨量:1466.8毫米 人口:1300萬 下水道長度:1.58萬公里 巨型地下蓄水池:4個(不包括外圍設(shè)施) 地下設(shè)施建設(shè)時間:100余年
日本首都東京及其周邊年平均降水量為1466.8毫米,幾乎是世界平均降水量的一倍。不過豐沛的降水并沒有給人們的生活帶來不便。雨天里,行人一般不用擔心走在路邊被汽車濺起污水,雨后濕潤的路面上有時都難找到水洼。這多虧了歷經(jīng)100多年發(fā)展的東京地下排水設(shè)施。
大小地下池吞水防內(nèi)澇
東京的地下排水設(shè)施只有百余年的發(fā)展歷史。
19世紀末,人口日益增多的東京因為沒有下水設(shè)施引發(fā)霍亂,導(dǎo)致5000多人喪生。這推動了東京修建了第一條近代意義的下水設(shè)施——神田下水道,此后,東京逐步完善其地下排水設(shè)施,從1908年東京公布下水道的基本計劃到1994年,東京地下水道普及率幾乎達到百分之百。目前東京都23個區(qū)下水道總長度約1.58萬公里,相當于往返東京與悉尼的距離。下水管道的直徑從25厘米到8.5米,有的管道空間可以放進一個兩層樓的別墅。
但僅憑下水道,并不能完全解決東京的水患。東京年平均降水量為1466.8毫米,幾乎是世界平均降水量的一倍。
目前,這一有著1300萬人口的超級大城市應(yīng)對集中暴雨的“法寶”是“下水道+地下蓄水池”。日本從上世紀80年代初開始運用地下儲水設(shè)施來應(yīng)對集中降雨,公園、小學(xué)和家庭等容易積水的地點都建造有不同大小的地下蓄水池。其中最為大型的有四個,其大小可用“宮殿”來形容。
在東京都下水道局的網(wǎng)站上,可以看到這些如后現(xiàn)代藝術(shù)作品般的巨大地下蓄水池,其用巨大立柱支撐,與下水道多處連通。
東京都下水道局的工作人員對本報記者介紹,這種“宮殿”級的地下蓄水池從1980年后開始設(shè)計施工。在突降大雨時,如果下水道的水位急劇上升,雨水將自動流入這些巨型蓄水池,以緩解下水道的壓力,防止內(nèi)澇。而如果雨量減少,下水道水位下降,蓄水池內(nèi)積蓄的水又將自動回流到下水道。
急降暴雨時,這些巨大蓄水池能很快“吞掉”大量的雨水,位于東京江東區(qū)的一個大型蓄水池一次可存儲2.5萬噸的雨水。地下蓄水池的存在,有效減少了地面被淹的幾率。
本版采寫/新京報記者 張穎倩
世界最大的地下排水系統(tǒng)
不過,在東京地區(qū)雨水控制設(shè)施中,最為著名的還不是市內(nèi)的蓄水池,而是位于東京外圍琦玉縣春日部市的“東京外圍排水系統(tǒng)”。該系統(tǒng)被稱為世界規(guī)模最大,深埋地下五十多米、全長6.3公里。系統(tǒng)由五個巨大的圓柱形蓄水坑、寬度達10米的輸水管道,以及更為巨大的“調(diào)壓水槽”構(gòu)成。
春日部市經(jīng)常刮臺風(fēng)、降雨豐沛,加上地處低洼,頻繁遭遇內(nèi)澇。
為了消除水患,當?shù)卣_始考慮修建大型的排水系統(tǒng)。最初的考慮是在地面挖掘排水渠,但因涉及拆遷、重建等棘手問題,成本高且耗時多,遂放棄。于是有了地下系統(tǒng)的構(gòu)想。1992年,這一地下排水系統(tǒng)開建,直到2006年歷時14年才全部完工。
“東京外圍排水系統(tǒng)”的排水模式與市內(nèi)蓄水池異曲同工,只不過規(guī)模比后者更為巨大。其中最為壯觀的是有“地下神殿”之稱的“調(diào)壓水槽”,該設(shè)施也供蓄水之用,59根巨型大柱子,撐起一個巨大的地下空間。面積達13806平方米,長177米,寬78米,高18米。“調(diào)壓水槽”能將從五個蓄水坑流來的大量雨水“吞入肚中”,或者備用,或者用飛機引擎改裝的抽水泵,排入附近的江戶河。
“東京外圍排水系統(tǒng)”每年大概運作5至7次。盡管耗資巨大,建設(shè)費用2400億日元(約人民幣192億),但有效地減少了城市內(nèi)澇。
據(jù)統(tǒng)計,該系統(tǒng)為城市排水的效果十分明顯,2000年,總降水量159.5毫米的大雨造成了236戶人家被淹,而2004年“東京外圍排水系統(tǒng)”部分投入使用后,193.9毫米的大雨只導(dǎo)致14戶人家被淹。
地下蓄水系統(tǒng)目前是東京及其周邊地區(qū)主要治水模式,很多地方的蓄水池儲存的水還能被再利用。
最近剛落成的日本最高塔——東京天空樹就設(shè)計了一個可回收利用的排蓄水系統(tǒng)。天空樹的蓄水池能儲存7000噸雨水,可供其所在的東京墨田區(qū)23萬人使用一天。主要用作災(zāi)害發(fā)生時的生活用水或消防用水。
紐約“愛護”下水道 污水必過濾
氣候:溫帶大陸性氣候 降雨量:1056.4毫米/年(全年比較平均)
下水道長度:10600公里
興建時間:1849年
維修費用:過去30年總計投入350億美元
主要設(shè)施:14座污水處理站
33歲的美國探險攝影師史蒂夫·鄧肯日前在紐約下水道中進行了一次探險。
鄧肯到達的地方,隧道寬敞,水流平靜,好似地下迷宮。那么,這座“地下迷宮”到底是怎樣的?在紐約這個暴雨成性的城市,它是否有足夠的擔當,確保雨水暢通下行,不在路面形成積水?
關(guān)于紐約下水道的江湖八卦,“滿天飛”。
據(jù)說,神通廣大的忍者神龜就住在紐約下水道里;電影《蝙蝠俠》里的紐約下水道可以集結(jié)軍隊。然而,最惡心、最離奇的段子無疑就是“紐約下水道鱷魚”。
1982年,紐約下水道管理局時任發(fā)言人約翰·佛拉赫提表示:“我可以舉出很多有說服力的證據(jù),表明下水道不適合變異鱷魚怪物的生長。”
紐約的下水道位于地下30英尺至200英尺(1英尺約合0.3米)的地方,總長10600公里,興建于1849年。紐約也堪稱最早建造下水道的城市之一。
污水處理站生產(chǎn)生物肥料
談及紐約下水道,首先要關(guān)注它的污水處理能力。
紐約有14座污水處理站,每天可以處理13億加侖(約合490萬立方米)的污物和廢水。以曼哈頓西村一間廁所沖刷的排泄物為例,這些排泄物將順著管道向下流過6英里(1英里約合1609米),到達一家污水處理站。紐約城內(nèi)大部分下水道還在依靠重力引水,而沒有引入大型電泵。
在污水處理站,污水一開始流過類似巨大金屬梳子的機械過濾屏。過濾屏截留下大的污物,以免它們損壞處理站的設(shè)備。然后,初步過濾的污水被引入沉降槽放一兩個小時,淤泥和重物沉降在槽下,輕的物品,比如塑料和油脂,就會漂浮起來。沉積的重物會被進一步分離,各種食物渣子會被直接傳送到垃圾填埋堆。其他的廢水將會經(jīng)過化學(xué)處理,去掉可能攜帶的細菌,然后加入氯氣,排入紐約哈得孫河。
在沉降槽中截留下來的一些淤泥被轉(zhuǎn)入巨大的蒸餾器中,高溫烘烤3個星期。在這個過程中,細菌對淤泥進行生物降解活動。最后,大部分干燥的淤泥變成一個個球狀物,被當作生物肥料賣掉。紐約14個污水處理站,每天能生產(chǎn)1200噸生物肥料。
混合下水道有弊端
紐約廢水處理系統(tǒng)仍有美中不足的地方——每遇大雨,由于水流太急,下水管道就會溢水,淹沒污水處理站,迫使污水未經(jīng)處理直接排入河中,甚至污水有時還會漫出地面。
以紐約“貓頭鷹頭”污水處理站為例,在天氣晴好時,它可以為75萬人處理污水。但是,如果遭遇大暴雨,就完全不是那么回事了。這里的員工要時刻準備著應(yīng)對大雨,時刻緊盯天氣預(yù)報。
據(jù)紐約環(huán)境保護署網(wǎng)站信息介紹,在紐約70%的地區(qū),衛(wèi)浴和工業(yè)廢水、雨水都被收集到同一個排水道,然后一起被傳送到城市污水處理站,再排入河中,這就是所謂的混合下水道。
據(jù)美國媒體報道,使用這種混合下水道的城市很容易出現(xiàn)雨水倒灌,污水排入河中的情況,目前還沒有很好的解決辦法。
公眾有權(quán)獲知污染情況
在過去的30年,紐約市政府花費約350億美元治理城市水問題,同時改進了下水道和儲存雨水的系統(tǒng)。
美國環(huán)境保護署在1994年下發(fā)了全國性的框架文件,要求控制這種溢流現(xiàn)象的發(fā)生,內(nèi)容包括要求下水道不能輕易被瓦礫堵塞;如果發(fā)生溢流要及時警告公民等。
今年6月份,美國國家通過一項“污物污染知情權(quán)法案”,規(guī)定如果會有未加處理的污水排入河中,必須在4個小時之內(nèi)在政府網(wǎng)站上公布,并通知媒體;必須在2個小時之內(nèi)報告給政府健康部門和紐約州環(huán)境保護署。紐約州環(huán)境管理部門必須每年做報告,寫明何時何地為何排放污物。
紐約斥資改善下水道
今年3月,紐約市政府宣布將投入20多億美元,開發(fā)新的環(huán)境技術(shù),阻止污水流入河中。紐約確定在未來3年內(nèi)投資1.87億美元,以及預(yù)計在未來18年內(nèi)投入24億美元,用以安裝綠色設(shè)施,包括多孔滲水的人行道和能夠截留雨水的綠色屋頂。
2010年,紐約市長布隆伯格啟動一項名為“綠色基礎(chǔ)設(shè)施計劃”的市政工程。紐約環(huán)保局擁有多功能卡車,可以利用車上配備的高壓噴射水槍清潔充滿油垢的下水道。多功能卡車還裝有一條30英尺長的軟吸管,可以吸走下水道的碎石和泥沙。據(jù)稱,清理后,這些管道可以增加190萬加侖的容量,下大雨后污水漫出街道的情況將得到改善。
與此同時,從傳統(tǒng)的疏散水流的功能來看,在過去30年間,紐約城市擴張,人口增多,很多樹木被砍倒,土地鎖水能力嚴重下降,紐約的下水道壓力明顯增大。
新京報記者 儲信艷