韓璐 崔婉怡 陳盈池 蘭宇 譚睿其 許諾舟 劉禹

2012年9月，由譚睿其、韓璐等七位同學(xué)組成的“武漢外國語學(xué)校馬里奧聯(lián)盟”，報(bào)名參加由哈佛大學(xué)官方直屬機(jī)構(gòu)哈佛上海中心舉辦的首屆中國大智匯創(chuàng)新研究大賽。“武漢外國語學(xué)校馬里奧聯(lián)盟”把武漢市的排水問題作為研究課題，經(jīng)過為期四個(gè)月的閱讀文獻(xiàn)、走訪專家、問卷調(diào)查、實(shí)地考察，最終形成“武漢市部分地區(qū)排水系統(tǒng)近期改造思路及智能化排水系統(tǒng)的未來展望”研究報(bào)告并提交給組委會(huì)，該研究報(bào)告從全國數(shù)百個(gè)參賽課題中脫穎而出，憑借著翔實(shí)的數(shù)據(jù)、深入的調(diào)查、創(chuàng)造性的解決方案，榮獲比賽第一名，此研究成果已經(jīng)提交給湖北省人大，以期進(jìn)一步完善武漢市的排水系統(tǒng)。以下是研究報(bào)告的摘要。

一、研究背景和研究意義

2011年6月17～18日，連續(xù)兩日的降水造成武漢市多處道路路段出現(xiàn)嚴(yán)重漬水現(xiàn)象。2012年五一放假前夕，突如其來的大暴雨阻擋了市民們回家的路，造成江城三鎮(zhèn)8小時(shí)大堵車。2012年7月13日，特大暴雨再次襲擊江城武漢，造成部分路段齊腰深的積水。

排水系統(tǒng)是一個(gè)城市建設(shè)中的基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)系到一個(gè)城市的發(fā)展與繁榮。武漢市近年來提出建設(shè)中部最大城市的發(fā)展戰(zhàn)略，因此，武漢市需要盡快完善以及改進(jìn)現(xiàn)有下水道設(shè)施，為后期的發(fā)展建設(shè)打下夯實(shí)基礎(chǔ)。本課題的研究致力于分析造成武漢市嚴(yán)重漬水問題的主要原因以及現(xiàn)行制度存在的弊端，并由此在智能城市的基礎(chǔ)上提出新的完整的一體化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，改善城市排水系統(tǒng)，構(gòu)建美好城市，創(chuàng)建美好家園。

二、武漢市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

1.武漢市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

城市排水系統(tǒng)通常由排水管道和污水處理廠組成。武漢市目前共有86個(gè)排水水系，其中，中心城區(qū)25個(gè)水系，遠(yuǎn)城區(qū)61個(gè)水系。截至2010年，武漢市排水管網(wǎng)總長度6 307.16千米，有污水處理廠13座。武漢市排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)以統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施、城鄉(xiāng)兼顧、蓄排結(jié)合、以排為主、保護(hù)水資源和環(huán)境為原則。武漢市排水管網(wǎng)現(xiàn)狀的排水體制，老城區(qū)多為雨污合流制，新建區(qū)（如東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)和武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)）均按雨污分流制實(shí)施雨水排放和污水處理系統(tǒng)。

2.武漢市排水系統(tǒng)存在問題

為了解武漢市內(nèi)澇嚴(yán)重，小組采用調(diào)查問卷的方式，發(fā)放問卷500份，回收480份，在調(diào)查中得知，市民在武漢大學(xué)遭遇過嚴(yán)重積水的人占到了總參與調(diào)查人數(shù)的21.7%，水果湖地區(qū)占18.2%，漢口二七路的比例達(dá)到18.8%，雄楚大街有9.4%，三環(huán)線硚口段下橋處有8.8%。大多數(shù)居民都曾經(jīng)因?yàn)榈缆返臐n水而被堵在路上，影響正常出行。其中87.7%的人認(rèn)為管道設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致積水問題嚴(yán)重，81.9%的人認(rèn)為是雨污合流導(dǎo)致管道堵塞使雨水不能順利流通，58.5%的人認(rèn)為是管道老化的原因，46.8%的人認(rèn)為是施工工地導(dǎo)致排水不暢，23.4%的人認(rèn)為是路面硬化導(dǎo)致。綜合各方意見，認(rèn)為武漢市排水系統(tǒng)存在以下幾方面問題。

（1）各區(qū)域排水系統(tǒng)尚未形成有機(jī)整體。由于歷史原因，武漢市一些老城區(qū)的排水系統(tǒng)多為雨污合流。當(dāng)城市忽降暴雨時(shí)，污水量增加，造成污水溢流，環(huán)境污染，同時(shí)大大增加了污水處理廠的處理費(fèi)用。若打開閘口，則雨水和污水將一同排入長江造成水體污染；若關(guān)閉閘口，則又將造成城市內(nèi)澇。

（2）管徑設(shè)計(jì)不夠合理。部分現(xiàn)狀管線管徑不合理，大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算所得。雨水管徑普遍偏小，過水能力不足，導(dǎo)致汛期常常出現(xiàn)溢水現(xiàn)象；污水支管管徑偏大，主干管管徑偏小，難以充分發(fā)揮管渠系統(tǒng)的工程效益。

（3）污水處理能力有限。武漢市目前污水日處理量為53萬立方米，已建成的污水處理廠有13座。雖然污水處理廠的數(shù)量不少，但由于規(guī)模較小，無法及時(shí)處理排入廠內(nèi)的污水。因此每逢6月底7月初的梅雨季節(jié)，大量的合流污水因超過污水處理廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而無法得到處理，被直接排放到附近水體中。

3.武漢市大面積漬水的主要原因

武漢市城區(qū)內(nèi)澇既有其自身地形特點(diǎn)的因素，也有雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理等各方面的原因，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）施工影響。近些年來武漢市有近5 000個(gè)工地同時(shí)開工，許多工地為了趕工期盡快完工而忽視了下水管道管網(wǎng)的建設(shè)。施工過程中的泥沙、渣土在未經(jīng)過處理的情況下便直接被排放進(jìn)入下水管道中，造成管道內(nèi)泥沙淤積，加大雨天下水道排水壓力，導(dǎo)致施工路段漬水現(xiàn)象嚴(yán)重。

（2）路面硬化。一般而言，土壤和水塘可以儲(chǔ)存大量的水，但隨著武漢市建設(shè)的迅速發(fā)展，大量綠地、濕地、水塘消失，城市“硬底化”情況越來越嚴(yán)重，使得下雨時(shí)雨水基本難以實(shí)現(xiàn)自排，90%的雨水都必須通過下水道排走。

（3）泵站建設(shè)缺位。武漢市現(xiàn)有泵站的能力，只有規(guī)劃的56%。目前已建設(shè)的泵站、涵箱、涵洞等設(shè)施長期得不到有效管理，排水能力被局限。水果湖地區(qū)已經(jīng)是逢雨必淹，大雨時(shí)漂浮在路面上的垃圾桶、生活垃圾成為人們可怕的記憶。

（4）城市湖泊調(diào)蓄能力減弱。武漢市被譽(yù)為“百湖之城”，但是近年來武漢湖泊大大減少，填湖現(xiàn)象不斷發(fā)生，此舉大大減弱了城市調(diào)蓄能力。近30年來，武漢市湖泊面積減少了228.9平方千米，城中湖也縮減為38個(gè)。與之相對(duì)應(yīng)的卻是，城市建成區(qū)總面積從220平方千米增加到475平方千米。湖泊逐年減少，城市面積不斷擴(kuò)大，而供抽排水的人工或自然設(shè)施卻沒有得到加強(qiáng)，導(dǎo)致武漢市難以避免產(chǎn)生嚴(yán)重漬水現(xiàn)象。

（5）管理缺失。武漢市排水系統(tǒng)由武漢市水務(wù)集團(tuán)進(jìn)行管理，盡管在規(guī)劃設(shè)計(jì)、日常維護(hù)等方面在不斷完善，但是在排水系統(tǒng)管理中也存在不少問題。例如，東湖排水通道主要有兩個(gè)，一是東湖港至武鋼排水通道，二是長達(dá)18千米的羅家港排水通道。因武鋼不再在東湖取水，因此第一個(gè)通道的排水功能基本喪失，而羅家港明渠則在近5年內(nèi)沒進(jìn)行任何清淤，不僅自然出水溝被堵塞，明渠內(nèi)亦雜草叢生、建筑渣土堆積，排水功能被嚴(yán)重削弱。

三、武漢市排水系統(tǒng)近期改造思路

根據(jù)武漢市排水系統(tǒng)存在問題的分析，針對(duì)老城區(qū)和新城區(qū)采取不同的思路進(jìn)行改造和完善。

1.老城區(qū)改造思路

老城區(qū)居民眾多，管道密集，不便于進(jìn)行大面積管道改造以及新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在實(shí)地考察與專家采訪中，注意到管道內(nèi)淤泥眾多，且大多為油垢和固體生活垃圾。參考日本20世紀(jì)60年代對(duì)于城市內(nèi)澇的改進(jìn)措施（成立下水道協(xié)會(huì)、建立烹飪教室、宣傳健康少油飲食），通過當(dāng)?shù)孛襟w以及學(xué)校演講，提高人們保護(hù)下水道的意識(shí)，并創(chuàng)新提出水費(fèi)單改造方法，用宣傳標(biāo)語代替背后小廣告，宣傳健康飲食與垃圾分類意識(shí)。

2.新城區(qū)改造思路

居民小區(qū)內(nèi)建設(shè)湖泊蓄水池，在大暴雨時(shí)將水先排入蓄水池內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，并通過湖底的水泵將雨水回抽入小區(qū)住戶家中，雨水可以供沖廁所用。此舉可以在一定程度上緩解暴雨時(shí)下水道的壓力，并體現(xiàn)出綠色循環(huán)理念，如圖1所示。

[圖1 居民小區(qū)內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng)]

街道上通過改變綠化帶和人行橫道的位置構(gòu)建新型道路綠化帶，并在綠化帶下方增設(shè)生態(tài)排水溝，如圖2所示。該設(shè)計(jì)將綠化帶與人行橫道的位置進(jìn)行互換，使行車道及人行道上的雨水可隨坡度流入綠化帶中，該綠化帶起到生態(tài)緩沖帶的作用。一方面可以利用植物的根系吸收雨水，緩解排水管道壓力，補(bǔ)給地下水源；另一方面可以將人車進(jìn)行隔離，保障安全、美化環(huán)境。

[圖2 新型道路綠化帶]

四、武漢市未來排水管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展構(gòu)想

借鑒以人為本，發(fā)展智能城市的構(gòu)想，本小組研究人員提出發(fā)展城市先進(jìn)排水系統(tǒng)（Advanced Drainage System，即ADS系統(tǒng)），以此系統(tǒng)來優(yōu)化現(xiàn)有排水設(shè)施。

1.ADS系統(tǒng)基本工作原理

ADS系統(tǒng)從整體上是以不同地段的排水設(shè)施為節(jié)點(diǎn)而構(gòu)成的龐大的智能排水網(wǎng)絡(luò)。ADS系統(tǒng)建立在一個(gè)能夠及時(shí)、有效傳遞信息數(shù)據(jù)的管網(wǎng)硬件上，是一個(gè)能夠收集實(shí)時(shí)信息并進(jìn)行分析、自動(dòng)提出排水方案、對(duì)排水設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的智能系統(tǒng)。

2.ADS系統(tǒng)大暴雨時(shí)工作原理

在城市遭遇特大暴雨時(shí)，迅猛的雨量瞬間超過了人力可控的范圍時(shí)，ADS系統(tǒng)將會(huì)通過預(yù)置的排水方案在無人值守的情況下自動(dòng)進(jìn)行緊急排水：各地的深層排水隧道口被打開，ADS智能系統(tǒng)操縱著各地的排水閥門，并且對(duì)目標(biāo)閥門、機(jī)電等設(shè)施進(jìn)行控制，力求做到整個(gè)排水系統(tǒng)在最安全的情況下接近滿負(fù)荷運(yùn)行。

3.ADS系統(tǒng)解決管道堵塞問題時(shí)工作原理

當(dāng)淺層排污管道內(nèi)發(fā)生故障，通過當(dāng)?shù)貍鞲衅靼l(fā)回的最后消息，ADS系統(tǒng)將自動(dòng)判定是否有異物堵塞管道。在無法及時(shí)解決的情況下，ADS系統(tǒng)將自動(dòng)把當(dāng)?shù)嘏潘蝿?wù)分擔(dān)到周邊地區(qū)，并對(duì)當(dāng)?shù)毓艿缐簭?qiáng)做嚴(yán)密監(jiān)控，以防對(duì)管道的損傷。在分流排水任務(wù)的同時(shí)，ADS系統(tǒng)將提醒相關(guān)工作人員及時(shí)抵達(dá)現(xiàn)場，對(duì)堵塞物進(jìn)行排除處理。

4.ADS系統(tǒng)處理污水工作原理

ADS系統(tǒng)硬件管道在架設(shè)時(shí)采用的先進(jìn)智能結(jié)構(gòu)材料，能夠自動(dòng)對(duì)因污染受損的管道內(nèi)壁進(jìn)行化學(xué)修補(bǔ)，而對(duì)于那些無力修補(bǔ)的地區(qū)，管道內(nèi)的重壓傳感器會(huì)將情況上報(bào)ADS系統(tǒng)的人工決策層，由它對(duì)排水工人發(fā)布工作指令。而對(duì)于那些誤入排水管道的有害物質(zhì)，ADS系統(tǒng)采取物理、化學(xué)綜合沉降法將它們阻攔在管道內(nèi)。ADS系統(tǒng)并非一成不變，它每次都會(huì)從實(shí)踐中汲取經(jīng)驗(yàn)，并提交給人工決策層，通過人工決策層的調(diào)整部署來實(shí)現(xiàn)自身的優(yōu)化，不斷加強(qiáng)排水、排污以及在特大暴雨下的應(yīng)急能力。

作者單位：湖北省武漢外國語學(xué)校高二年級(jí)（430022）