1、深層隧道排水系統簡介

隨著城市的快速發展，原有排水系統所承受的壓力逐漸增大，早期建設的排水系統已難以滿足當前城市的需求，甚至影響城市的安全和正常運行，尤其是一些城市的中心城區和老城區，存在嚴重的洪澇、合流制溢流（CSO）汙染、汙水量激增等問題，爲了解決各類城市水問題，國內外城市紛紛投入巨資對原有排水系統進行改造完善，但是，受空間條件、拆遷困難、交通影響、施工周期、資金等諸多因素的制約，排水系統全面升級改造的難度巨大，尤其是在老城區或中心城區。由于隧道可迅速、靈活、高效地緩解城市局部洪澇及汙染問題，且用地所受限制小，不占用寶貴的土地資源，避免了城市地面或淺層地下空間各種因素的影響、也不影響市政管道的布置，所以，隧道工程作爲一種有效的大規模轉輸送措施受到極大關注，在一些發達國家城市得到一定程度的應用。由于隧道多建于深層地下，故也稱爲深層隧道或深隧。根據功能和控制目的，深層隧道可分爲以下4類。

目前國內在建深隧項目以多功能深隧爲主，以深圳市“前海-南山排水深隧系統工程”爲例，其是全國首個集旱季汙水收集、雨季汙染控制及排澇安全保障三種功能于一體的複合型深隧工程，“深隧工程”有兩個功能目標：一是防洪排澇，保障城市安全，解決雨季南山片區內澇頻發問題；二是汙染控制，保障灣區水質，截流旱季漏排汙水及雨季初期雨水汙染。

國內目前類似新加坡深層隧道排水系統（DTSS）的汙水深隧工程有武漢大東湖深隧項目。東湖深隧工程汙水深隧系統中的主隧全長約17.5公裏，支隧長1.7公裏。起于二郎廟汙水處理廠跨越武昌、洪山、東湖風景區、青山等4個行政區，主要包括汙水深隧系統和地表完善系統。根據設計，排汙隧道埋深到地下30到50多米。建成後武昌片區將實現 “四廠合一”，即對沙湖、二郎廟、落步嘴汙水處理廠進行升級擴建，與新建的北湖汙水處理廠合並。該深隧工程將開創國內汙水深層傳輸處理先河。

2、DTSS簡介

新加坡深層隧道排水系統(DTSS)是新加坡公用事業局（PUB）構思並實施的一種經濟高效和可持續的汙水系統解決方案，以滿足未來新加坡對廢水收集、處理、再生和處置需求。

DTSS系統通過使用深層汙水隧道，將全島汙水輸送到位于沿海地區的水再生廠（Water Reclamation Plants）經過處理的汙水被進一步淨化成超清潔的高級再生水，稱爲新生水（NEWater），或者通過排汙口排放到大海。

新加坡在建設DTSS系統前，城市汙水排水由6個汙水廠（Water Reclamation Plants）和130多個汙水泵站組成，分布在全島各地。汙水收集系統由重力汙水管組成，通過多個中途汙水泵站將汙水接力輸送至再生水廠。

在引入DTSS後，這些分散在全島的中途汙水泵站可以逐步淘汰，取而代之的是一條單一的大直徑隧道，純粹依靠重力輸送全島汙水。汙水處理廠的汙水泵站只需要進行一次提升即可。

3、DTSS項目階段

DTSS系統分兩期建設（Phase 1 & 2），在新加坡的北部(Kranji)、東部(Changi)和西部(Tuas)末端分別有三個大型汙水廠，以及排汙管。見下圖。

3.1 第一階段

DTSS第一期工程于2008年竣工，耗資34億新元，包括一條由Kranji至Changi的48公裏長的深層汙水隧道、一座位于Changi的汙水廠、兩條5公裏長的深海排汙管和60公裏長的汙水接駁管。

1、Changi汙水廠：占地55公頃，是DTSS第一期的核心，是一座最先進的汙水處理廠，每天能夠處理90萬立方米(2.02億加侖)汙水並使出水達到國際最高標准。遠期可擴展到240萬立方米/天的規模。

處理過的廢水通過深海排汙管排入大海，或輸送到位于汙水廠上部的Changi 新生水廠（NEWater），在新生水廠通過先進的膜技術進一步淨化，成爲知名的新加坡品牌——新生水。

2、汙水接駁管

汙水接駁管將住宅和工業的現有汙水管道連接到深層汙水隧道。深度從地下10米到30米不等，采用盾構非開挖方法使得對地面活動的幹擾降至最低。直徑由0.3米至3米不等，連接汙水渠總長度約60公裏。

3、深層排水隧道：8台隧道盾構機同時開挖這些深埋隧道。隧道直徑達3.3米至6米，，汙水收集自現有的汙水收集系統。

​3.2 第二階段

2017年11月20日，PUB爲深層汙水隧道收集系統(DTSS)二期工程行了破土動工儀式，標志著其建造工程的開始。

二期的汙水輸送系統將由40公裏長的隧道和60公裏長的汙水接駁管組成，形成了一個相互連接的網絡，通過重力將水輸送到Tuas 汙水廠。Tuas 汙水廠將通過兩條獨立的深層汙水隧道，接收來自新加坡西部的汙水，一條隧道輸送生活(市政)用水，另一條隧道輸送高強度工業用水。並進行分開處理。生活用水將以65萬立方米/天的設計規模進行處理，然後進一步淨化爲新生水NEWater。而工業用水將以15萬立方米/天設計規模進行處理，處理達到工業用水標准並進行重複利用。

Tuas Nexus項目：到2025年，新加坡公用事業局、水務局和環境局將建成一個由Tuas 汙水廠和綜合廢物管理設施(TWRPI-WMF)組成的綜合開發項目，統稱爲“TUAS Nexus”。Tuas Nexus是世界上第一個整合了兩個複雜的環境處理設施實現能源的自給自足，實現了協同效應，從而提高了效率，降低了成本。

​4、 DTSS優勢分析

4.1 優勢一：協同作用

​​​（1）允許每一滴用過的水被收集、處理並進一步淨化成新加坡新生水NEwater。

（2）汙水廠將與綜合廢棄物物管理設施（IWMF）設在同一地點，以利用在優化土地利用的同時整合使用過的水和固體廢物處理的潛在協同效應。來自汙水廠的汙泥將被送往隔壁的IWMF進行焚燒。這是新加坡第一個整合汙水和固體廢物處理過程的倡議。這些努力將最大限度地回收能源和資源，並最大限度地減少土地占用。

4.2 優勢二：優化土地利用

​​​ 逐步淘汰現有的汙水泵站，可騰出原先占用的土地調整爲其他較高價值的用地類型。DTSS項目完成後，將可減少50%的市政汙水用地。隨著DTSS第一期的完成，市政汙水用地已由九十年代的300公頃縮減至190公頃。第二期完成後，所需土地最終會減少至約150公頃，相等于約214個足球場。Changi汙水廠的緊湊型設計僅爲汙水廠的三分之一。

4.3 優勢三：環境保護

​​​​通過提高使用水系統的可靠性，將給水系統和汙水系統之間的交叉汙染風險降至最低。

4.4 優勢四：確保NEWater的可持續性

​​​​​通過收集每一滴用過的水，DTSS實現了高效、大規模的水循環，從而確保了NEWater的可持續性。隨著NEWater設施與TUAS汙水廠的集成，DTSS確保了水的可持續性和彈性，有助于實現將總體水循環率從占總水需求的30%提高到遠期55%的目標。

4.4 優勢五：提高新加坡行業水平

​​​​DTSS一期有300多家本地和國際承包商、分包商和供應商參與其建造工作。這一經驗使他們能夠建立自己的本地經驗，並爲新加坡和海外的更大項目進行推銷。DTSS二期還將涉及並利用許多當地和國際合作夥伴的專業知識，以應對如此規模和複雜的項目。​

5、規劃思考

5.1 用地緊缺城市市政用地節地模式參考

由于城市豎向、城市擴張等因素，部分市政廠站仍然位于寸土寸金的城市中心區域。其中包括占地面積較大的給水廠和汙水廠等（例如前海自貿區就設有規模達56萬立方米/天的汙水廠） 。通過類似使用新加坡DTSS將市區的汙水系統進行統一收集，通過重力流深邃系統送至郊區的環境園或岩洞等處。釋放中心城區用地。由于深度較深一般不會和其他管線發生沖突。更易布設。

5.2 汙水廠聯合固廢處理實現資源利用最大化

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、能源和廢物處理三者間的協同關系的願景。使廠區實現完全的能源自供，減少能源的浪費。例如，在IWMF接收的食物垃圾將與WRP的廢水汙泥一起消化，以增加沼氣的産量，而IWMF則將其用于改善蒸汽質量並提高工廠的整體熱效率。因此，Tuas Nexus將使從廢水中回收的能源增加一倍，並向國家電網輸出更多電力（估計總電量可爲多達300,000套四室公寓供電），同時使這兩個設施的能源自給自足。

目前國內的汙水廠的汙泥以外運填埋爲主，浪費土地且有汙染風險。在未來的汙水廠設計中也可以考慮將多個可以協同的市政設施進行聯合設計。

5.3 區域式的汙水處理系統可能會造成系統韌性不足

汙水深層隧道大規模的減少了汙水廠站的數量，承載了城市的全部汙水。因此在設計時需要對系統的極端情況進行更嚴格的校核，並編制各類極端情況下的安全預案，保證整套系統的韌性。

參考資料

1. 新加坡公用事業局 https://www.pub.gov.sg

2. Deep Tunnel Sewerage System (DTSS) Phase 2

3. Overview of Singapore’s Deep Tunnel Sewerage System

4. 深圳市水務局 http://swj.sz.gov.cn/sjfb/psglxgtjsj/201905/t20190524_17735047.htm