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文：盧或者
編：盧或者
如果不是因爲近期的災害性天氣，可能很少會有人關注一座城市的地下如何運轉。
比如上海地下有263座雨水泵站（泵房），其中175座在中心城區（截止2017年）。每遇降雨，這些深藏在地下7-10米處的泵站就嗚嗚工作，將雨水從城區搬運到黃浦江或大海中，以保證這個國際都市的安全。
泵站，這個日常生活中極爲重要卻少人問津的事物只有在極端情況下才彰顯他們的作用，以至于當災難來臨的時候，大家才意識到原來我們整個城市的安全都建立在水泵的正常運轉上。
涉水的鄭州市民
雖然，此次河南、河北、湖北部分區域的降水量超過曆史極值，也超出了泵站的設計排澇標准，但我們依舊可以從泵站設計和水循環的角度來看看如何更好的防止災難發生。
忽視的危險
“2012年721事件後，北京城區80多個泵站就換了我們的潛水泵。”賽萊默智慧水務負責人茹臨鋒對《商業江湖》說。
賽萊默是全球知名的水技術供應商，在全球50強水務公司中排名第三位，市場覆蓋全球150多個國家，他們在1995年進入中國，在自來水廠、汙水處理廠、管網、機場、地鐵、隧道、樓宇、民宅等場景中提供服務。
茹臨鋒說的“721事件”是指2012年7月21日至22日北京及其周邊地區遭遇61年來最強暴雨及洪澇災害事件。官方數據顯示，那次暴雨造成79人死亡、10660間房屋倒塌、160.2萬人受災，經濟損失116.4億元。
十年前的北京大雨
一年後，新京報的一篇報道回顧了泵站在這場暴雨中的作用，“據北京市交通委相關負責人分析，泵站因被水淹沒而停止工作，也是積水猛漲的一個原因。”
該報道以京港澳高速南崗窪泵站舉例，當晚8點，“一股水流從大門湧入泵站”，工作人員趕緊進屋拉掉電閘，隨後此處開始積水，上百輛車浸泡水中，近200名車主涉水逃離。
工作人員拉斷電閘的原因和水泵的類型相關。
今天泵站中的水泵可以簡單的分爲“幹式泵和潛水泵”兩種。幹式泵采用普通電機，電機放置在水面以上，維修較方便，同時成本較低；潛水泵則使用專門的防水電機，整個水泵都可以放到水面以下，其占地面積小、可靠性能高，但價格也更加昂貴。
出于各種原因考量，早期城市泵站中的水泵還以幹式泵爲主，這也是很多泵站進水後關掉電源停止工作的主要原因——幹式泵涉水後無法工作。
“此前泵站主要使用普通設備，在日常工作中這些設備足以應對排水需求，即便偶然停轉，也可以聯系廠商修理，以人力來填補技術問題，但在暴雨天氣，這種水泵就會因爲穩定性不高或者效率低下而無法正常工作，最終引發城市內澇。”茹臨鋒說，這也是北京重要地區的泵站換裝高端水泵的一個主要原因。
“以確保關鍵時刻水泵不掉鏈子。”他說。
泵站和雨汙分流
當然，泵站不僅僅用來排放雨水，其更日常的功能是排汙。
從應用場景劃分，今天城市中泵站可以分爲兩大類：雨水泵站和汙水泵站，前者主要用以排放雨水，後者則用來抽送人們的生活廢水。
當然，不同的城市有不同的水處理方式，比如部分城市采用“雨汙合流”管理——將雨水和生活汙水混合到一起進行泵送。這種城市的水循環相對簡單：從河流上遊取水——自來水廠過濾淨化——送到居民區商業樓宇使用——使用過後的廢水（包含雨水）泵送到汙水廠——處理後的水排放到下遊河道或大海。
在我國北方降水較小的城市或難以施工的老城區多采用“雨汙合流”模式。
而在南方降水較大的城市或新城區則提倡使用“雨汙分流”，也就是在“廢水”環節將生活汙水和雨水區分排放，汙水依舊運送到汙水處理廠處理，而雨水則直排河海或者回收利用。
以上海的水循環系統爲例，部分浦西城區因爲改造困難而采用“雨汙合流”的方式處理廢水；而浦東則大多采用“雨汙分流”的方式來處理。
上海的取水地爲崇明的“青草沙水庫”，經過抽取、淨化後的自來水會運送給居民使用，使用完畢後，汙水會被排汙泵抽送到汙水處理廠，經過處理淨化後，再進排放到大海或其他環境中。
今天上海有數十個汙水處理廠，比較大的三家分別是：石洞口汙水處理廠、竹園汙水處理廠和白龍港汙水水質淨化廠，其中竹園建成後總處理規模將達到340萬m³/日，位居亞洲第一。
上海取水地青草沙水庫
理想狀態下人類生活的所有汙水都需要處理，但這很難實現，所以今天人們先在大中型城市制定了汙水排放標准，例如北京2020年的汙水處理率就達到了95%，其中中心城區達到99%以上，上海的數據和此類似。
而在這個循環過程中，尤其是在雨汙水的排放環節，泵是最主要的“運輸工具”。
以雨水爲例，城市雨水隨著排水口進入管網，如果附近有河道，這些水會從地下管網直接流入河道排放——平常我們在城市內河看到的排水口大多是雨水排放口。
如果附近沒有河流，則雨水會沿著排水管向下流動，地下排水管有一定的傾斜坡度（按照規定市政排水一般的坡度在千分之一到千分之三之間）水流沿著排水管彙集到附近泵站的儲水池中，儲水池一般位于地下7-10米處，能存儲幾百到數千方的汙水，這些汙水彙集滯留到一定程度後由泵將其提升到更高一層的傾斜管道中再次流向更遠處的泵站。
如果大地是透明的，我們就可以看到城市地下的泵站和排水管路像台階一樣一層層一次次的將汙水擡高、滑落、滯留，再擡高、再滑落、再滯留——這個過程就像是雨水在地面以下的“提灌”。
日本的地下排水系統示意圖
雨汙分流的城市，雨水在經過“提灌”後最終流入城市的排水河；而雨汙合流的城市，雨水會和汙水一起流入到汙水處理廠，淨化處理後再流入排水河還給自然。
大城市的新嘗試
上海市屬平原感潮地區，是國內較早建立泵站的城市，其于1958年建設了全市第一個雨水泵站，福建中路雨水泵站。
隨後，伴隨著城市的擴張，新的泵站也隨之建立。
泵站一般由市政工程設計院設計，然後交由施工和相關的設備提供方施工建設，比如賽萊默就是拿著設計院提供的“設計參數圖”來提供相應的施工和設備。
汙水泵站的多少和當地的人口、建築面積相關，人口集中的區域汙水泵站會更加密集，相反則會稀疏。
而雨水泵站則和“彙水面積”直接相關，城市中大量的硬化路面讓雨水無法直接進入地下，從而增加了彙集到下水道雨水的總量，也增加了水泵的工作量。
在上海的雨水泵站中，最具有代表性的或許是肇嘉浜路排水系統。
從城建數據看，一直以來上海市圖書館附近以及新樂路地區是上海鬧市區海拔最低、排水設施最老的地方。官方數據顯示，這一區域局部最低窪處的吳淞標高僅2.30米，比黃浦江警戒水位4.55米要低了2米多。此外肇嘉浜泵是上海最陳舊的泵站，被列爲上海首批急待改造的16座老泵站之一，因此每遇大雨積水，此處都是重災區。
2003年，上海市宣布總投資3億余元對這一區域排水系統進行改造，並于2004年4月投入使用。其中，肇家浜路雨汙水合建泵站，服務面積740公頃。雨水泵站配泵總流量28.7m³/s，汙水泵站配泵總流量4.54m³/s，占地8.8畝，一度是中國規模最大的雨汙水泵站。
建成後的潛水泵泵站和幹式泵泵站
“在國內設計中，泵站一般按照3-5年降水標准設計，厲害一些的按照50年，最多的100年。”茹臨鋒說。
實際上，並不是城市的設計者不想設計更大更高規格的泵站，而是出于建築環境、成本等各方考慮而無法進行這樣的設計。
“我們和一些城市的設計院做過交流，不同城市、國家之間對地下管網建設的方式也不一樣，我們國家建設速度快，變化也快，爲了應對快速發展的需求我們會快速規劃施工，後面看，可能有一些地方不夠完善，但當時能做的只有這麽多。”賽萊默産品經理楊祝閃說。
雖然，泵站和地下管網無法在短期內升級，但是如果更精細的運用管網系統也能更好的抵禦暴雨的襲擊。比如上海在2020年初開啓了一種名爲“一網統管”的智慧城市實踐，管理者將城市全面數字化，通過數據來調配資源，能更好的防範暴雨大水帶來的內澇隱患。
在“一網統管”系統中，表達“城市運行體征”的數據有1700多項，包括降水、人流等等數據，這些數據每5秒自動刷新一次，能幫助管理者第一時間發現城市運行中的風險和隱患。
遇到暴雨內澇時“一網統管”系統可以計算泵站的水位、儲水量，這樣就可以最大限度的“統籌排水”。
上海一網統管系統
“此前遇到大雨時每個泵站都全力排水，快速的將積水排放到下遊泵站或者管道中，這可能會造成下遊管道、泵站積水甚至造成下遊區域的內澇。”茹臨鋒說，“一網統管”能更好的解決這個問題，該系統調配每個泵站的容量，最大限度的利用各級泵站的儲水池來儲存積水，讓雨水盡可能均勻的滯留在每個儲水池中，在保證上下遊安全的基礎上快速高效的排水。
“甚至某個泵站出現故障時‘一網統管’系統可以聯動周邊泵站做搶險處理，管控積水等等，現在的攝像頭、大數據等人工智能技術已經支持這樣的技術實現了。”茹臨鋒說。
“深隧”能成爲最後一個屏障嗎？
爲了提高城市防洪排澇能力和減少汙染，許多城市開始嘗試用一種新型的排水調蓄管道系統——深隧。
深隧全稱“深層隧道排水系統”，指在城市地下30-60米深處建造的大型隧道型調蓄工程。該工程由豎井、主體隧道、調壓水槽、排水泵站等構築物組成，可以實現洪澇控制、汙染控制、交通疏導等多種功能，已經成爲諸多發達城市解決排水問題的一個重要選擇。
該技術發源于美國，世界上第一個大型深隧調蓄工程是美國芝加哥市的深隧水庫工程(Tunnel and Reservoir Plan，TARP)。
芝加哥年平均降水量約965毫米，主要集中在夏季，由于雨季內澇頻繁發生，溢流汙染嚴重，對其飲用水源地——密歇根湖造成嚴重汙染。
因此在經曆了長期的論證後，1975年芝加哥開始建設深隧水庫工程。他們建設了一套長176千米、直徑2.5-10.0米、埋深45-106米的深隧系統，其中包含264個直徑1.2-7.6米的豎井，3座最大的流量3780萬立方米/天，提升揚程107米的排水泵站；以及超過600個地面連接設施。
通過這套豎井及深隧收集雨水後，芝加哥可以減少405處溢流點。收集的雨水通過3座調蓄水庫被輸送到一個4500萬噸/天的超大規模汙水處理廠，處理達標後的雨水最終排入自然河流。
TARP一期工程直至2006年方才建成，該工程有效減輕了芝加哥的城市內澇和水體汙染，對保護密歇根湖發揮了重要作用。
隨後這一工程就被全球其他發達城市競相複制，其中較有名氣的如日本東京深邃工程——東京“地下神殿”。
東京深隧投資約200億元，由地下隧道、5座豎井、調壓水槽、排水泵房和中控室組成，這些巨大的豎井可以輕松放下美國自由女神像或者一個航天飛機，以至于人們形象的表示，東京的地下都被挖空了。該深隧最大排洪流量可達200立方米/秒，于1992年開始施工至2007年建成，其按照“百年一遇” 排水標准建設。
東京地下排水工程，被稱爲地下神殿
此外，馬來西亞、新加坡、倫敦等地都建造了自己的深隧工程。
近年來，國內城市也開始關注深隧，多個城市排水主管部門提出將深隧作爲城市排水的重要工程技術方案，其中上海、廣州、武漢等城市的深隧排水工程方案已經得到當地市政府批准，先後開始施工。
其中深圳前海深隧是國內第一條大型綜合排水深隧系統工程，也是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，其定位爲“前海水屏障”。
該項目總投資約24.1億元，沿月亮灣大道西側布設，起點爲關口渠，終點爲前灣河水廊道，由主隧、支隧、預處理站及大型樞紐泵站組成。主隧長約3.74公裏，內徑6.0米，相當于3輛轎車並行的寬度。埋深約45米，爲深層隧道，下穿1號線、9號線及11號線三條地鐵線路。
該項目排澇設計標准爲50年一遇，排澇規模爲86m³/s。初（小）雨規模：截流標准爲10毫米，調蓄處理規模爲10萬立方米/天。
這個超大的調水工程配備了巨大的泵站，其樞紐泵站深度爲51.7米，相當于17層樓高度。共配置4台初雨泵，2台中間泵和8台排澇泵。如果這些泵同時工作，可將杭州西湖的水在2天內抽幹。
“我們爲這個項目定制了水泵，僅這個泵就8米高。”楊祝閃說。
但即便用了如此巨大的水泵和隧道，深圳深隧依舊不是國內規模最大深隧工程，更大的項目出現在武漢，武漢深隧于2018年開工，該工程主隧全長約17.5公裏，是目前國內傳輸流量最大、輸送距離最長，其深隧泵房深度48米、直徑43米，深基坑在國內少見，在水處理項目上更是首例。
武漢在建造國內最大的深邃泵站
“深隧投資規模比較大，施工難度也較高，雖然也不能完全阻擋極端天氣帶來的災害，但深隧給災害帶來了彈性操作的空間。”楊祝閃說。
不過，深隧並不是萬能的，隨著雨汙排放的增加和財務問題的困擾，很多城市也開始探索新的排水治汙方案。
在20世紀末的30年間，美國國家環保局認爲深隧是解決水問題的首選技術方案，但到20世紀初，他們將解決手段轉向雨洪管理綠色基礎設施理念，簡單的說就是以恢複自然河道，建設綠地、濕地公園的方式來調蓄洪水，這種方式能從源頭吸納蓄滯雨水。
以紐約爲例，2005年紐約推遲了原計劃修建的兩條深隧工程，開始興建一系列綠色雨洪調節設施，並改建和新建一批雨水管網，吸納蓄滯10%不透水地面的25毫米初雨，每年將雨汙溢流總量減少568萬m3 。
“這就像草原上下雨，地面都是土壤、草地，雨水落下後就自動收集到土地中，根本不需要水泵去收集排水，而城市地表被大量硬化後，雨水無法滲透，容易形成內澇，才需要水泵去排水。”茹臨鋒說，國內現在也提倡“灰綠藍”結合的水治理方式，灰色的汙水進處理廠、綠水的降雨落水盡量進入“城市海綿體”進行再利用或者填補地下水；藍色的受納水體可以更好的保證環境質量。
“現在做城市建設的時候都在提倡綜合考慮，統籌規劃，這是一個系統工程。”茹臨鋒說。
參考資料：
1、 上海城市規劃雜志：上海市雨水泵站用地標准研究|上海城市規劃
2、 中國經濟周刊：“上雲”故事之上海：一座超級都市的“一網統管”實踐
3、 泵友圈：超級泵站：深隧
4、 東方網：市區最低點將告別積水 肇嘉浜路排水改造開工
5、 亞洲環保網：亞洲第一上海竹園汙水處理廠日處理總量將達到340萬方
6、 賽萊默：賽萊默飛力A-C定制泵在深圳前海深隧中的應用
7、新京報：北京721暴雨1周年：京港澳高速被淹處建通道
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