中國城市合流制溢流控制的系統(tǒng)銜接關(guān)系剖析
來源：中國給水排水
摘要：合流制溢流（CSO）控制子系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系是科學(xué)合理制定CSO控制策略、長期規(guī)劃和實(shí)施方案必須解決好的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性問題。結(jié)合各城市CSO控制中存在的一些突出問題和誤區(qū)，詳細(xì)剖析CSO控制各子系統(tǒng)之間的銜接及制約關(guān)系，以及這些基本關(guān)系受現(xiàn)實(shí)條件的影響。進(jìn)而提出通過系統(tǒng)優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)CSO控制目標(biāo)的基本思路和原則，并對未來國內(nèi)城市制定CSO控制策略的一些重點(diǎn)工作提出建議。
關(guān)鍵詞：合流制溢流控制；排水系統(tǒng)；溢流污染
正 文
我國城市合流制及相關(guān)排水系統(tǒng)具有明顯的多樣性、復(fù)雜性、差異性等特征，制定控制策略時(shí)，如果缺乏對城市排水系統(tǒng)的系統(tǒng)摸排和全面評估，缺乏對排水系統(tǒng)自身特征和外部條件造成影響的深入分析，就容易將不同情況下的污染問題與合流制溢流（CSO）污染混為一談或區(qū)分不清，陷入顧此失彼的混亂或各持所見的窘境，從而影響重大決策和工程建設(shè)的科學(xué)性、合理性。限于篇幅，文中難以對合流制及其相關(guān)排水系統(tǒng)的全系統(tǒng)銜接關(guān)系進(jìn)行全面分析和討論。但本質(zhì)上，不同類型“雨污合流污水”面臨的決策難題、控制策略、系統(tǒng)銜接關(guān)系及規(guī)律等，與截流式合流制排水系統(tǒng)具有較多共性且原理基本相通，以“雨污水混流、溢流、截流”為基本特征的截流式合流制排水系統(tǒng)代表了相對較完整、典型的合流污水處置方式，也是未來合流制區(qū)域排水系統(tǒng)更新和完善的重點(diǎn)。因此，主要圍繞截流式合流制排水系統(tǒng)對CSO控制總體思路和各子系統(tǒng)的銜接關(guān)系進(jìn)行深入探討，尤其關(guān)注系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行狀況、現(xiàn)實(shí)條件等對銜接關(guān)系及系統(tǒng)決策產(chǎn)生的影響。
事實(shí)上，CSO控制中各子系統(tǒng)的特點(diǎn)及其之間的銜接關(guān)系，直接影響了各城市的CSO控制策略及工程決策。美國、德國、日本在CSO控制策略選擇上的傾向與差異，很大程度上就是基于對系統(tǒng)及系統(tǒng)關(guān)系的重視和切實(shí)的把握，如美國有一定代表性的“大截流”以及德國應(yīng)用較多的“分散調(diào)蓄”等，都是在對城市基本條件、排水系統(tǒng)現(xiàn)狀及內(nèi)部銜接關(guān)系進(jìn)行綜合評估的基礎(chǔ)上做出的優(yōu)化策略選擇。
而我國城市合流制排水系統(tǒng)面臨的條件更復(fù)雜，溢流污染的危害也更為嚴(yán)重，但大部分城市長期缺乏系統(tǒng)性控制思路和可持續(xù)的策略。從目前關(guān)于CSO控制的一些專業(yè)討論，及當(dāng)前各城市已開展的相關(guān)規(guī)劃、項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)施情況來看，存在幾方面比較普遍的共性問題，極大地影響了CSO控制系統(tǒng)的決策、工程合理性和部分已實(shí)施工程的運(yùn)行效率，并直接導(dǎo)致部分工程難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。這些系統(tǒng)性問題常見于：① CSO控制策略和實(shí)施方案中的系統(tǒng)構(gòu)成不完整；②某些重要控制措施的上、下游子系統(tǒng)能力不匹配，導(dǎo)致“無效投資”，例如盲目改造截流干管和提高截流倍數(shù)或設(shè)置大型CSO調(diào)蓄設(shè)施，但系統(tǒng)處理能力與之明顯不匹配；③工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工況與系統(tǒng)的實(shí)際工況差異巨大，存在較大隱患；④重大工程決策時(shí)對水質(zhì)目標(biāo)可達(dá)性及整體方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性分析和比選不足，缺乏系統(tǒng)角度的優(yōu)化分析和近遠(yuǎn)期規(guī)劃，實(shí)施項(xiàng)目在整個(gè)決策系統(tǒng)中的重要性、貢獻(xiàn)率、優(yōu)先級和時(shí)間安排等不清晰；⑤對復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程面臨的實(shí)際困難、制約因素和可達(dá)性，亦即風(fēng)險(xiǎn)分析不足。
這些共性問題及現(xiàn)實(shí)困惑共同反映出，必須對CSO控制系統(tǒng)的銜接關(guān)系及其受現(xiàn)實(shí)運(yùn)行條件的綜合影響高度重視，也需要更為深入的探討和剖析。
1 截流式合流制系統(tǒng)污染物轉(zhuǎn)輸及溢流控
典型的截流式合流制排水系統(tǒng)一般包括：雨水和污水的收集、截流、就地處理和污水廠處理、排放等環(huán)節(jié)，具體構(gòu)成及污染物轉(zhuǎn)輸、排放見圖1。
旱天，合流污水通過污水處理廠全流程處理后排放；雨天，在系統(tǒng)截流及處理能力范圍內(nèi)的合流污水經(jīng)過全流程或單獨(dú)處理后排放，超出截流或處理能力的合流污水，主要集中在截流干管溢流口、污水處理廠的廠前緊急溢流口發(fā)生溢流。也有部分城市存在一些特殊情況，暴雨時(shí)因管網(wǎng)排放能力不足、地面坡度大等原因綜合導(dǎo)致合流污水地面漫溢排放。
在我國，由于城市管理、居民生活習(xí)慣等外部條件造成的系列影響，污染物在合流制排水系統(tǒng)內(nèi)的收集、轉(zhuǎn)輸、排放情況極為復(fù)雜，且具有很大的危害性。首先，國內(nèi)城市普遍存在垃圾丟棄、清掃不善、沿街商鋪排污漏污等問題，下墊面及雨水口內(nèi)污染物累積水平高，降雨時(shí)大量沖刷至管網(wǎng)系統(tǒng)，導(dǎo)致雨水徑流污染非常嚴(yán)重。其次，我國合流制管道防沉積設(shè)計(jì)不足且缺乏專門的運(yùn)維沖洗，大量污染物容易沉積在管道內(nèi)，當(dāng)管道流量達(dá)到一定程度時(shí)，就會導(dǎo)致嚴(yán)重的管內(nèi)沖刷，攜帶高濃度“黑水”的合流污水產(chǎn)生溢流，對河湖水體構(gòu)成重度水污染威脅，許多城市雨季的黑臭現(xiàn)象即與此有關(guān)。而且，暴雨時(shí)被大量沖刷和集中排放的合流污水，對污水處理廠處理工藝也構(gòu)成沖擊性影響。此外，由于管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸過程中地下水及其它水源入流入滲、污染物沉積等影響，造成旱天污水處理廠進(jìn)廠污水濃度低，處理工藝受影響，甚至有些污水處理廠需要持續(xù)添加碳源才能保障正常運(yùn)行。以上幾方面原因，最終導(dǎo)致合流制系統(tǒng)污染物實(shí)際收集、轉(zhuǎn)輸及處理效率低下，溢流污染嚴(yán)重。
針對污染物在合流制系統(tǒng)中產(chǎn)生、轉(zhuǎn)輸及排放等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要通過低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）源頭減排、雨污分流改造、管網(wǎng)截流能力提升、調(diào)蓄及回送、調(diào)蓄及就地處理、污水廠升級改造等工程技術(shù)措施，綜合達(dá)到削減CSO污染負(fù)荷的目的，具體如圖2所示。為了最大限度地利用現(xiàn)有系統(tǒng)和減少污染物來源，一些非工程性措施（如公共教育、街道清掃、排污管理、管道沖洗和清淤等）及管道系統(tǒng)的優(yōu)化（如實(shí)時(shí)控制、管網(wǎng)修復(fù)等）等也是CSO控制的重要舉措。
上述CSO控制子系統(tǒng)之間有些呈互補(bǔ)作用，如源頭控制與調(diào)蓄、處理系統(tǒng)的關(guān)系；也有些由于自身特點(diǎn)，構(gòu)成對其他子系統(tǒng)的制約，如處理系統(tǒng)對截流、調(diào)蓄系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。在具體工程中，如何結(jié)合合流制區(qū)域基本條件，統(tǒng)籌運(yùn)用好這些不同類型的技術(shù)措施并進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更為經(jīng)濟(jì)有效的溢流污染控制，是一項(xiàng)非常復(fù)雜和有難度的工作。既要考慮技術(shù)體系上的基本關(guān)系及統(tǒng)籌銜接，把握溢流控制關(guān)系的基本邏輯、重要環(huán)節(jié)和主要方法，也要充分考慮現(xiàn)階段非技術(shù)因素（如前述合流制及相關(guān)排水系統(tǒng)的復(fù)雜特征、政策、技術(shù)導(dǎo)則、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、城市管理等）對CSO控制決策所產(chǎn)生的重要影響，并在瓶頸環(huán)節(jié)取得突破。
2 “源頭-過程及末端”之間的協(xié)同關(guān)系
源頭控制既包括同時(shí)具有徑流總量減排和徑流污染物處理作用的低影響開發(fā)設(shè)施的實(shí)施和改造，也包括場地內(nèi)雨污分流改造。其中，低影響開發(fā)（LID）或綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）能直接減少雨水排入合流制或分流制管網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)提供雨水徑流凈化處理的功能。源頭LID改造/建設(shè)主要從以下2個(gè)層面達(dá)到CSO控制效果：①削減進(jìn)入合流制排水系統(tǒng)的雨水徑流及污染負(fù)荷總量，為污水處理廠雨天騰出更多處理余量；②改善下墊面不透水特性，削減峰值流量，延遲峰現(xiàn)時(shí)間，降低溢流頻率和總量。“雨污分流改造”則主要是減少進(jìn)入合流制管網(wǎng)系統(tǒng)的雨水徑流，但雨水徑流仍然需要進(jìn)行處理，且需要同時(shí)建設(shè)覆蓋建筑小區(qū)和市政道路的雨污分流管網(wǎng)，才能有效減少污染物排放總量。
源頭控制措施的實(shí)施，能有效緩解下游控制系統(tǒng)的壓力；反之，下游調(diào)蓄及處理設(shè)施的合理設(shè)計(jì)，也能一定程度分擔(dān)老城區(qū)海綿化改造的源頭減排目標(biāo)�？傮w上，由于源頭控制是CSO控制的最初始環(huán)節(jié)，受其他子系統(tǒng)的干擾較少�；谶@種特性，在美國、日本等國家，局部區(qū)域的雨污分流改造與低影響開發(fā)已經(jīng)被作為CSO控制的重要組成部分，費(fèi)城、紐約、西雅圖等城市已逐步將低影響開發(fā)作為CSO控制的重要手段之一，并納入長期規(guī)劃，持續(xù)推進(jìn)建設(shè)。我國在海綿城市試點(diǎn)建設(shè)推動下，已逐步在試點(diǎn)城市建成連片規(guī)模化的低影響開發(fā)項(xiàng)目，部分城市也將源頭控制納入到規(guī)劃建設(shè)管控流程當(dāng)中，作為新、改（擴(kuò)）建項(xiàng)目的基本要求，對老城合流制區(qū)域的CSO控制將產(chǎn)生有利的影響。
雖然源頭控制能比較有效地削減CSO，但也應(yīng)充分認(rèn)識其比較苛刻的實(shí)施條件和大規(guī)模改造的難度。一方面，源頭減排項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)對合流管網(wǎng)總體入流量及入流污染的明顯削減作用，需要盡可能地系統(tǒng)連片或規(guī)�；脑�。另一方面，合流制區(qū)域一般處于高密度中心城區(qū)，改造條件復(fù)雜、地面和地下空間受限，部分城市還面臨建筑及文物保護(hù)、大面積地下結(jié)構(gòu)防護(hù)等要求。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)都充分證明，大范圍實(shí)施源頭減排改造的難度和代價(jià)其實(shí)都比較大。從美國費(fèi)城、紐約、華盛頓等城市推行綠色基礎(chǔ)設(shè)施控制CSO的經(jīng)驗(yàn)看，雖然大部分地區(qū)將GI控制作為CSO控制系統(tǒng)不可或缺的一部分，但總體實(shí)施比例<20%，灰色設(shè)施仍然承擔(dān)了大部分CSO控制任務(wù)。這與當(dāng)?shù)貙?shí)施條件和代價(jià)有關(guān)，也受前期灰色設(shè)施完善程度、CSO控制目標(biāo)的達(dá)標(biāo)要求等因素影響。不過總體而言，合理規(guī)劃實(shí)施源頭控制措施往往可以彌補(bǔ)灰色設(shè)施的不足，減少項(xiàng)目投資，提高整體效益。
需要強(qiáng)調(diào)，由于國內(nèi)排水系統(tǒng)的建設(shè)管理能力地區(qū)差異明顯、復(fù)雜程度高，受納水體既受到各類溢流口的影響，也受到管網(wǎng)長期形成的漏損、高水位運(yùn)行、直排漏排等各種影響，導(dǎo)致不完善的基礎(chǔ)管網(wǎng)短時(shí)間內(nèi)全面改造難度大、見效慢，也導(dǎo)致部分城市在短期內(nèi)實(shí)施的高投資截流系統(tǒng)提升改造、調(diào)蓄及處理系統(tǒng)建設(shè)難以發(fā)揮其設(shè)計(jì)能力和實(shí)現(xiàn)應(yīng)有效能。相比之下，源頭改造和低影響開發(fā)控制措施具有更高的普適性，在某些城市或地區(qū)有可能起到更為重要的污染減量作用。
3 “截流-處理-調(diào)蓄”之間的制約與匹配
3.1 截流與處理能力的銜接
由于對截流和處理系統(tǒng)的匹配關(guān)系理解或重視不足，污水處理廠設(shè)計(jì)、排放標(biāo)準(zhǔn)限制，以及建設(shè)管理過程中人為因素的復(fù)雜影響，截流能力與污水處理廠處理能力、處理工藝的不匹配是國內(nèi)城市合流制系統(tǒng)普遍存在的突出問題。一些城市花大力氣進(jìn)行截污或分流改造，但往往實(shí)際截流效果不佳，下游處理系統(tǒng)能力不匹配，造成污染物轉(zhuǎn)移排放，實(shí)際的去除效率不高，投資效益低，這必須引起足夠重視并妥善解決。
完善的截流式合流制排水系統(tǒng)中，系統(tǒng)截流能力應(yīng)與處理能力相匹配，這也是影響CSO控制效果和工程決策的基礎(chǔ)關(guān)系。對截流和處理系統(tǒng)的關(guān)系而言，截流倍數(shù)是最重要的控制或影響參數(shù)之一。我國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)給出的推薦截流倍數(shù)是2~5，在這個(gè)范圍內(nèi)究竟如何取值是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，截留系數(shù)1倍的差異就會帶來整個(gè)系統(tǒng)巨大的工程改造和投資，因此千萬不能盲目。事實(shí)上，發(fā)達(dá)國家也并不都是采用高截流倍數(shù)，即使采用較大的截流倍數(shù)也是有充分的理由和合理的系統(tǒng)銜接支持。脫離了處理能力的匹配談?wù)摻亓鞅稊?shù)的取值大小其實(shí)是一個(gè)偽命題，不僅沒有意義，還可能成為設(shè)計(jì)和工程敗筆，造成投資浪費(fèi)。即使污水處理廠有一定接納截流污水的能力，也必須清楚，由于污水處理系統(tǒng)，尤其是生物處理單元承受雨天流量和污染物負(fù)荷變化的能力有限（一般不超過3倍旱季平均流量），截流干管的截流倍數(shù)一旦偏高，污水處理廠就難以應(yīng)對超量合流污水，甚至對生物處理工況造成破壞。通常情況，需要通過調(diào)整雨天處理流程、增設(shè)雨天處理工藝或增加就地處理措施等方式應(yīng)對水量、水質(zhì)變化，或通過調(diào)蓄設(shè)施臨時(shí)儲存合流污水，并在雨后送回到處理設(shè)施處理后排放。
發(fā)達(dá)國家在CSO控制長期研究與實(shí)踐過程中，不同城市根據(jù)空間條件、既存截流管網(wǎng)的截流能力、污水處理廠處理能力等，選擇不同的CSO控制方式。很重要的是，這些國家一般都有與技術(shù)路線相匹配的管理制度和排放標(biāo)準(zhǔn)。有些城市中心區(qū)域密集，但城郊空間廣袤，選擇了高截流倍數(shù)的截流干管轉(zhuǎn)輸合流污水至污水處理廠集中處理，并設(shè)置不同處理能力的一級、二級處理系統(tǒng)，兼顧旱天、雨天不同進(jìn)水流量及水質(zhì)的影響，典型的如西雅圖 West Point 污水處理廠。也有城市采取限制截流倍數(shù)的控制策略，通過強(qiáng)化污水處理廠全流程處理能力，以及調(diào)蓄設(shè)施和生態(tài)處理設(shè)施的聯(lián)用，綜合控制溢流污染，典型如德國杜塞爾多夫、慕尼黑等城市，都采取了類似的處理策略，而沒有為截污干管設(shè)置高截流倍數(shù)。上述不同城市的技術(shù)策略選擇，都是長期研究、持續(xù)評估技術(shù)路線可行性和系統(tǒng)效率后作出的優(yōu)化選擇，需要透徹理解基于特定條件下的截流與處理能力的關(guān)系，并根據(jù)城市實(shí)際條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析綜合選取策略和技術(shù)手段。
當(dāng)前我國較多城市合流制排水系統(tǒng)普遍面臨截流能力低、污水處理廠處理余量小以及截流處理能力不匹配等客觀事實(shí)，既有歷時(shí)及人為原因，也有客觀現(xiàn)實(shí)條件的制約影響。主要包含：① 對截流系統(tǒng)實(shí)際截流能力及污染物轉(zhuǎn)輸效率評估不足；② 配套法規(guī)政策、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等不完善；③ 管網(wǎng)流量及污水處理廠規(guī)模、工藝設(shè)計(jì)，對入流入滲、合流污水的變化影響等考慮不足。
截流干管高水位運(yùn)行、斷路、漏損等問題，以及合流污水轉(zhuǎn)輸過程中污染物外滲、沉積、沖刷、外源水入流入滲等特征，已經(jīng)比較明顯地反映了截流系統(tǒng)運(yùn)行工況對實(shí)際截流能力及污水處理廠實(shí)際進(jìn)水負(fù)荷等所造成的影響。這些實(shí)際條件的影響，是具體工程項(xiàng)目里判斷是否額外增設(shè)截流系統(tǒng)、是否改造干管/渠提高截流倍數(shù)以及如何有效提高實(shí)際截流能力等應(yīng)首要考慮的問題。
我國《中華人民共和國水污染防治法》、《排污許可管理辦法（試行）》等法規(guī)政策以及國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中，未明確合流制系統(tǒng)溢流排放、污水處理廠預(yù)處理后溢流排放相關(guān)的處罰或豁免規(guī)定，也缺乏相應(yīng)的污水處理廠雨天排放標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，難免造成環(huán)保執(zhí)法時(shí)不去觸碰這些“真空地帶”，而以較嚴(yán)苛的方式進(jìn)行管理，進(jìn)而導(dǎo)致污水處理廠雨天廠前溢流或憋高管網(wǎng)水位等現(xiàn)象。這也致使污水處理廠在提標(biāo)改造時(shí)難以充分考慮雨天處理工藝及處理規(guī)模的提升。這些重大問題不解決，一味提高城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)污水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，很難從根本上緩解CSO及水質(zhì)污染問題。但值得一提的是，昆明市新發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）中，對污水處理廠雨天CSO排放制定了單獨(dú)的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，要求超量合流污水經(jīng)一級強(qiáng)化處理并達(dá)到E級標(biāo)準(zhǔn)后通過單獨(dú)排放口進(jìn)行排放，而環(huán)保部門對此排放口進(jìn)行單獨(dú)審批和監(jiān)督管理。雖對于E級標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的難易程度、監(jiān)管方式等尚未形成成熟經(jīng)驗(yàn)，相對于美國等發(fā)達(dá)國家合流制排放管理仍有較大差距，但至少走出了較為開創(chuàng)性的一步，值得業(yè)內(nèi)重視及其它城市學(xué)習(xí)借鑒。
從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)看，由于對管網(wǎng)漏損及其他原因?qū)е碌娜肓魅霛B水量重視不足，對合流污水的流量及水質(zhì)變化考慮不充分，大部分污水處理廠按分流制系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)和管理，進(jìn)水水質(zhì)按生活污水及工業(yè)廢水考慮，導(dǎo)致污水處理廠規(guī)模本身偏低，且難以應(yīng)對雨天進(jìn)水流量及負(fù)荷變化�！杜潘こ獭罚ǖ谖灏妫┫聝灾袑τ诤狭髦莆鬯幚韽S要求“進(jìn)水泵房前的設(shè)計(jì)流量為雨天截流量，預(yù)處理后超過旱流高峰流量部分溢流排放，后續(xù)處理構(gòu)筑物均以旱流高峰流量作為設(shè)計(jì)流量”，基本限定了污水處理廠雨天合流污水的最大處理規(guī)模，且受前述政策及標(biāo)準(zhǔn)影響，污水處理廠內(nèi)預(yù)處理后的溢流排放也難以實(shí)現(xiàn)，截流與處理系統(tǒng)不匹配、污水處理廠自身應(yīng)對合流污水處理能力不足等問題很難不存在。《排水工程》（第五版）上冊中對于污水流量計(jì)算要求“宜適當(dāng)考慮地下水滲入量，具體取值可按10%~20%的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)”，但實(shí)際國內(nèi)各城市差異巨大，部分南方水網(wǎng)城市地下水水位高、河湖水倒灌風(fēng)險(xiǎn)較大，管網(wǎng)入流入滲水平可達(dá)20%以上。在此基礎(chǔ)上，對比同等人口、面積條件下日本、美國等典型發(fā)達(dá)國家合流制區(qū)域污水處理廠，發(fā)現(xiàn)我國污水處理廠處理規(guī)模相對偏小，一些污水處理廠甚至旱天即滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，雨天的處理能力更無從談起。以某南方城市的合流制區(qū)域污水處理廠為例，其服務(wù)面積26.9 km2，服務(wù)人口27.8萬人，現(xiàn)狀處理能力為5×104 m³/d。而處于近似降雨條件下的日本大阪平野污水處理廠，服務(wù)面積24.86 km2，服務(wù)人口29.83萬人，現(xiàn)狀處理能力為27×104 m³/d，即便兩地區(qū)居民用水習(xí)慣差距較大，仍然存在數(shù)倍的處理規(guī)模差異。
3.2 調(diào)蓄與截流、處理能力的匹配
調(diào)蓄設(shè)施主要包括CSO調(diào)蓄池、深層調(diào)蓄隧道及管道調(diào)蓄等形式，是基于CSO控制系統(tǒng)在“截流-處理”這一基本關(guān)系上延伸出的主要技術(shù)措施。
是否要增設(shè)CSO調(diào)蓄設(shè)施以及如何確定CSO調(diào)蓄設(shè)施的規(guī)模、位置等，均應(yīng)建立在統(tǒng)籌考慮截流、處理能力及充分評估系統(tǒng)實(shí)際狀況的前提下，包括對未來污水處理廠提標(biāo)改造機(jī)會的考慮。如圖1、圖2所示，在基本確定污水處理廠近、遠(yuǎn)期實(shí)際處理能力后，評估系統(tǒng)所能承擔(dān)的最大截流倍數(shù)。當(dāng)污水處理廠雨天處理能力相對富余但系統(tǒng)截流能力不足時(shí)，盡可能通過既有系統(tǒng)的優(yōu)化（如管網(wǎng)清淤、修復(fù)等）提高實(shí)際截流能力，在此基礎(chǔ)上評估截流系統(tǒng)改造的可能性。當(dāng)截流干管截流能力與污水處理廠處理能力基本匹配或截流能力明顯偏高時(shí)，可在干管截流井、污水處理廠內(nèi)等處設(shè)置調(diào)蓄設(shè)施，臨時(shí)儲存合流污水，雨后或高峰流量過后及時(shí)送回污水處理廠處理；當(dāng)增設(shè)的CSO調(diào)蓄設(shè)施規(guī)模進(jìn)一步超過污水廠處理能力時(shí)，應(yīng)考慮額外增加其他就地處理措施。除系統(tǒng)上下游銜接關(guān)系外，當(dāng)?shù)匮雌诮涤觐l率及平均降雨間隔等，也是影響調(diào)蓄設(shè)施的設(shè)計(jì)規(guī)模、布局的重要因素�？傮w上，污水處理廠旱天處理余量及截流干管旱天輸送能力越充足，汛期的平均降雨間隔越長，越有利于調(diào)蓄后回送污水處理廠進(jìn)行處理；當(dāng)污水廠日常處理能力飽和、汛期連續(xù)降雨時(shí)，CSO調(diào)蓄設(shè)施往往面臨更高的排空壓力，此時(shí)因地制宜地選擇就地、分散處理設(shè)施，污染控制效率可能更高。
此外，對調(diào)蓄系統(tǒng)而言，優(yōu)化調(diào)蓄設(shè)施的位置極其重要，當(dāng)CSO調(diào)蓄設(shè)施位于源頭、支線合流管網(wǎng)、截流干管，甚至污水廠內(nèi)等不同位置時(shí)，其所能起到的作用、對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)等各不相同，需要綜合評估。由于一些地區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，或城市改造過程中匯水面積發(fā)生變化，也可以利用既有管網(wǎng)進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)節(jié)，如德國的水力自動控制閥、浮控調(diào)流閥、攔蓄截止閥等都是專用于管道調(diào)蓄的設(shè)備，近年來我國北京等城市也考慮利用暗渠進(jìn)行管道內(nèi)調(diào)蓄。實(shí)時(shí)控制（RTC）則是基于管道調(diào)蓄和其它調(diào)蓄系統(tǒng)衍生出來的智能調(diào)控系統(tǒng)，當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)研究和關(guān)注也開始增多，一些發(fā)達(dá)國家也進(jìn)行了較多的探索實(shí)踐，旨在更高效地利用管道調(diào)蓄空間，使管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)上下游調(diào)蓄、排放能力及與污水廠處理能力建立更良性的匹配關(guān)系。但需要強(qiáng)調(diào)，構(gòu)建管道調(diào)蓄及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的重要前提是排水系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)全面且真實(shí)，管網(wǎng)/渠本身處于相對較好的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)不能降低區(qū)域排水防澇能力。
經(jīng)過多年發(fā)展，調(diào)蓄設(shè)施在美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，既包括地上、地下調(diào)蓄池，也包括一些兼具調(diào)節(jié)、調(diào)蓄功能的深層隧道，并根據(jù)城市條件和特點(diǎn)、調(diào)蓄與截流處理系統(tǒng)之間的關(guān)系等，發(fā)展出多種不同的“截流-調(diào)蓄-處理”技術(shù)路線。芝加哥深隧與保護(hù)區(qū)建設(shè)計(jì)劃（Tunnel and Reservoir Plan，TARP）主要對芝加哥主城區(qū)的合流污水進(jìn)行截流處理，減少CSO對芝加哥河的影響。該項(xiàng)目自1975年開始建設(shè)，已經(jīng)建設(shè)175.4 km長的深隧截流設(shè)施，2015年、2017年分別建成Thornton、MacCook一階段地面調(diào)蓄工程，調(diào)蓄總?cè)莘e超過7000×104m3（折合約20m3/人）。波特蘭市RM Clayton污水廠服務(wù)的合流制區(qū)域，在污水處理廠雨天處理能力下，對應(yīng)可實(shí)現(xiàn)的最大截流倍數(shù)約為2。超過RM Clayton污水廠處理能力的合流污水進(jìn)入調(diào)蓄深隧，并分別輸送至4座CSO處理站進(jìn)行分散處理后排入查特胡奇河。
近10年來，我國上海、昆明、廣州、鎮(zhèn)江、長春、常德、池州等城市也先后在水系治理、海綿城市建設(shè)、黑臭水體整治等相關(guān)工作中，開展了較多CSO調(diào)蓄池的工程實(shí)踐。這些調(diào)蓄工程有些起到了預(yù)期效果，有些則因?yàn)橄到y(tǒng)關(guān)系和技術(shù)路線缺少深入分析和妥善處理，或規(guī)劃設(shè)計(jì)階段缺乏對管網(wǎng)和處理廠系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行條件的評估，導(dǎo)致調(diào)蓄設(shè)施運(yùn)行效率不高或引發(fā)新問題。例如，截流的合流污水因無法及時(shí)回送、污水廠處理能力不足或處理工藝不匹配而只能原位排放或長時(shí)間貯存；截流干管運(yùn)行水位高，再加上進(jìn)水、回流、溢流設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致調(diào)蓄設(shè)施長時(shí)間處于滿水狀態(tài)；CSO調(diào)蓄設(shè)施建設(shè)時(shí)未經(jīng)評估而大量封堵上游溢流排口，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)提升�？偠灾�，CSO調(diào)蓄設(shè)施投資巨大、系統(tǒng)匹配性和空間要求高，工程決策時(shí)，應(yīng)對系統(tǒng)銜接關(guān)系及真實(shí)運(yùn)行工況進(jìn)行全面評估，盡可能科學(xué)合理地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)或系統(tǒng)優(yōu)化改造，減少低效投資項(xiàng)目。
4 基于溢流控制目標(biāo)的系統(tǒng)優(yōu)化組合
評估及分析CSO控制系統(tǒng)的銜接關(guān)系及不同技術(shù)措施的適用性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，核心目的在于通過子系統(tǒng)優(yōu)化配置有效實(shí)現(xiàn)溢流控制目標(biāo)及溢流污染的削減，最終實(shí)現(xiàn)受納水體的水質(zhì)管理要求。
① 溢流控制目標(biāo)的確定
CSO控制目標(biāo)的制定，直接影響控制措施的選擇及子系統(tǒng)優(yōu)化組合，以及下一步詳細(xì)方案的制定。我國CSO溢流控制目標(biāo)的研究偏滯后，近年來逐漸開始在相關(guān)規(guī)范或規(guī)劃中予以明確，主要包括溢流頻次、溢流體積削減率、溢流污染物濃度及總量控制等指標(biāo)，如《海綿城市建設(shè)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB51345-2018）》中要求“CSO排放口的年溢流體積控制率不應(yīng)小于50%，且處理設(shè)施懸浮物排放濃度的月平均值不應(yīng)大于50mg/L”。但不得不提，在水質(zhì)管理目標(biāo)、水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)及CSO控制目標(biāo)之間欠缺科學(xué)合理的量化關(guān)系研究，CSO控制目標(biāo)缺乏考量不同城市真實(shí)條件下的彈性要求等，是當(dāng)前CSO控制系統(tǒng)及其它水污染防治工程合理性、有效性的重要阻礙之一，而這既需要?jiǎng)?wù)實(shí)的基礎(chǔ)理論研究，也需要環(huán)保、城建、規(guī)劃等部門共同作為。此外，我國不同城市受納水體污染狀況已然不容樂觀，即使實(shí)現(xiàn)溢流控制目標(biāo)，也并不一定能在短期內(nèi)完全有效解決水質(zhì)污染問題及達(dá)到相對嚴(yán)苛的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，需要客觀理性地對待。
② 方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與系統(tǒng)的優(yōu)化組合
有了明確的CSO控制目標(biāo)后，應(yīng)進(jìn)一步確定采用哪些控制措施，以及這些措施的規(guī)模、布局、計(jì)劃實(shí)施時(shí)間等，提出實(shí)現(xiàn)CSO控制目標(biāo)可能的不同組合方案。組合方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化比選，需要綜合考慮系統(tǒng)銜接關(guān)系的合理性，衡量經(jīng)濟(jì)因素及其他制約因素，如：組合方案的投資、實(shí)施難度、有效性、真實(shí)運(yùn)行條件下影響后期運(yùn)行管理保障等。在此基礎(chǔ)上，明確源頭、截流、調(diào)蓄、處理等子系統(tǒng)最優(yōu)組合方案，通過科學(xué)、合理的評估計(jì)算方法、設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行工況的嚴(yán)謹(jǐn)推敲等，對組合方案進(jìn)一步細(xì)化要求，并結(jié)合非工程性保障措施，形成本地區(qū)CSO控制清晰的技術(shù)路線及實(shí)施計(jì)劃�；谝缌骺刂颇繕�(biāo)的系統(tǒng)組合與優(yōu)化關(guān)系詳見圖3。
從發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)看，實(shí)現(xiàn)一個(gè)城市CSO控制系統(tǒng)的基本完善，往往需要10~50年，而這期間，水質(zhì)管理目標(biāo)可能愈發(fā)嚴(yán)格、適用技術(shù)措施也在發(fā)展，也面臨城市規(guī)劃及用地的調(diào)整，加上對現(xiàn)有系統(tǒng)的準(zhǔn)確把握很難達(dá)到盡善盡美，因此，在把握系統(tǒng)銜接關(guān)系及CSO控制基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，也應(yīng)根據(jù)未來可能出現(xiàn)的變化，給規(guī)劃及方案在具體執(zhí)行過程中留有調(diào)整和優(yōu)化的余地。
不同開發(fā)強(qiáng)度的城市區(qū)域，源頭海綿化改造、污水處理廠提升改造的大致比例及規(guī)�；究纱_定，進(jìn)而可對截流或調(diào)蓄的設(shè)施規(guī)模進(jìn)行推測，但同時(shí)也可結(jié)合城市發(fā)展情況考慮大范圍舊城改造或基礎(chǔ)設(shè)施提升改造的可能。受類似基礎(chǔ)建設(shè)條件、地理及氣候特征、經(jīng)濟(jì)水平等方面真實(shí)存在的差異性影響，以及不同CSO控制子系統(tǒng)所存在的明顯優(yōu)勢和局限，不同地區(qū)和城市在在進(jìn)行CSO控制措施選擇及系統(tǒng)組合時(shí)，具有一定傾向性或有一定規(guī)律可循。
有些城市人口規(guī)模及經(jīng)濟(jì)體量巨大，CSO污染情況及影響重大，開發(fā)密度又極高，城市污水處理廠規(guī)模大、相對完善，在一定程度源頭控制的基礎(chǔ)上，主要采用高截流倍數(shù)或大型CSO調(diào)蓄設(shè)施的傾向可能更明顯，形成如圖3中組合1、2形式的決策方案。截流或調(diào)蓄的超量合流污水通過污水處理廠一級處理或其他單獨(dú)工藝處理，或通過截流到其它郊區(qū)污水處理廠全流程處理后排放。典型城市案例如芝加哥、西雅圖、東京等，國內(nèi)廣州、上海等也在探索這種模式。
有些城市人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)體量適中，CSO污染情況及影響明顯，具備一定的空間改造條件，出于最大限度利用城市既存設(shè)施的考量，側(cè)重保留和利用現(xiàn)有截流系統(tǒng)的截流能力和處理系統(tǒng)的常規(guī)處理能力，不盲目提高截流倍數(shù)，傾向于適中比例的源頭海綿化改造再加分散調(diào)蓄及處理，形成如圖3中組合3形式的決策方案，典型如杜塞爾多夫、池州、常德等城市。
而在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、規(guī)模小且城市建設(shè)密度相對較低的地區(qū)，既有系統(tǒng)的更新完善以及海綿化的持續(xù)改造效益更高也更為迫切；還有一些城市合流制區(qū)域較小、城市更新改造速度快、后期運(yùn)維管理水平也較好，則高比例的海綿化改造以及完整的雨污分流改造可能更為適宜，分別形成如圖3中組合4、5形式的決策方案。
當(dāng)然，這種模式化的組合分析僅僅為一般性規(guī)律總結(jié)和方法論上的闡述，具體還應(yīng)結(jié)合各城市實(shí)際情況因地制宜地進(jìn)行系統(tǒng)分析。但總體而言，大城市、超大城市由于涉及更多的排水分區(qū)，空間條件復(fù)雜且多樣，相對于中小城市，會更明顯地呈現(xiàn)出多種模式或多種技術(shù)措施綜合應(yīng)用的特點(diǎn)，一般也具有更大的難度和需要更長的實(shí)施時(shí)間，做長期規(guī)劃也顯得更為重要和迫切。
5 結(jié) 語
科學(xué)合理地制定CSO控制策略、長期規(guī)劃及實(shí)施方案，必須深刻理解我國城市合流制及其相關(guān)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和制約關(guān)系，把握各系統(tǒng)和子系統(tǒng)的本質(zhì)特征、主要功能、適用場景，以及其在實(shí)施中所需要耗費(fèi)的投資、時(shí)間、能產(chǎn)生的效果等不同方面的優(yōu)勢和劣勢。在明確污染物控制目標(biāo)與控制系統(tǒng)之間對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市更新改造、污水處理廠網(wǎng)的提質(zhì)增效、流域水環(huán)境保護(hù)與治理等重大機(jī)遇，基于各城市合流制及其相關(guān)排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀及基本特征、真實(shí)運(yùn)行工況、制約因素和其它相關(guān)條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析進(jìn)行系統(tǒng)組合和實(shí)施方案的優(yōu)化，統(tǒng)籌各種工程及非工程性措施�，F(xiàn)階段尤其應(yīng)重視現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的調(diào)查與評估、污水處理廠雨天排放標(biāo)準(zhǔn)的研究與合理制定、污水處理廠雨天處理流程及工藝的技術(shù)探索與創(chuàng)新實(shí)踐、建成區(qū)大型灰色調(diào)蓄設(shè)施和綠色基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析等方面重要工作。
