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文：卢或者
编：卢或者
如果不是因为近期的灾害性天气，可能很少会有人关注一座城市的地下如何运转。
比如上海地下有263座雨水泵站（泵房），其中175座在中心城区（截止2017年）。每遇降雨，这些深藏在地下7-10米处的泵站就呜呜工作，将雨水从城区搬运到黄浦江或大海中，以保证这个国际都市的安全。
泵站，这个日常生活中极为重要却少人问津的事物只有在极端情况下才彰显他们的作用，以至于当灾难来临的时候，大家才意识到原来我们整个城市的安全都建立在水泵的正常运转上。
涉水的郑州市民
虽然，此次河南、河北、湖北部分区域的降水量超过历史极值，也超出了泵站的设计排涝标准，但我们依旧可以从泵站设计和水循环的角度来看看如何更好的防止灾难发生。
忽视的危险
“2012年721事件后，北京城区80多个泵站就换了我们的潜水泵。”赛莱默智慧水务负责人茹临锋对《商业江湖》说。
赛莱默是全球知名的水技术供应商，在全球50强水务公司中排名第三位，市场覆盖全球150多个国家，他们在1995年进入中国，在自来水厂、污水处理厂、管网、机场、地铁、隧道、楼宇、民宅等场景中提供服务。
茹临锋说的“721事件”是指2012年7月21日至22日北京及其周边地区遭遇61年来最强暴雨及洪涝灾害事件。官方数据显示，那次暴雨造成79人死亡、10660间房屋倒塌、160.2万人受灾，经济损失116.4亿元。
十年前的北京大雨
一年后，新京报的一篇报道回顾了泵站在这场暴雨中的作用，“据北京市交通委相关负责人分析，泵站因被水淹没而停止工作，也是积水猛涨的一个原因。”
该报道以京港澳高速南岗洼泵站举例，当晚8点，“一股水流从大门涌入泵站”，工作人员赶紧进屋拉掉电闸，随后此处开始积水，上百辆车浸泡水中，近200名车主涉水逃离。
工作人员拉断电闸的原因和水泵的类型相关。
今天泵站中的水泵可以简单的分为“干式泵和潜水泵”两种。干式泵采用普通电机，电机放置在水面以上，维修较方便，同时成本较低；潜水泵则使用专门的防水电机，整个水泵都可以放到水面以下，其占地面积小、可靠性能高，但价格也更加昂贵。
出于各种原因考量，早期城市泵站中的水泵还以干式泵为主，这也是很多泵站进水后关掉电源停止工作的主要原因——干式泵涉水后无法工作。
“此前泵站主要使用普通设备，在日常工作中这些设备足以应对排水需求，即便偶然停转，也可以联系厂商修理，以人力来填补技术问题，但在暴雨天气，这种水泵就会因为稳定性不高或者效率低下而无法正常工作，最终引发城市内涝。”茹临锋说，这也是北京重要地区的泵站换装高端水泵的一个主要原因。
“以确保关键时刻水泵不掉链子。”他说。
泵站和雨污分流
当然，泵站不仅仅用来排放雨水，其更日常的功能是排污。
从应用场景划分，今天城市中泵站可以分为两大类：雨水泵站和污水泵站，前者主要用以排放雨水，后者则用来抽送人们的生活废水。
当然，不同的城市有不同的水处理方式，比如部分城市采用“雨污合流”管理——将雨水和生活污水混合到一起进行泵送。这种城市的水循环相对简单：从河流上游取水——自来水厂过滤净化——送到居民区商业楼宇使用——使用过后的废水（包含雨水）泵送到污水厂——处理后的水排放到下游河道或大海。
在我国北方降水较小的城市或难以施工的老城区多采用“雨污合流”模式。
而在南方降水较大的城市或新城区则提倡使用“雨污分流”，也就是在“废水”环节将生活污水和雨水区分排放，污水依旧运送到污水处理厂处理，而雨水则直排河海或者回收利用。
以上海的水循环系统为例，部分浦西城区因为改造困难而采用“雨污合流”的方式处理废水；而浦东则大多采用“雨污分流”的方式来处理。
上海的取水地为崇明的“青草沙水库”，经过抽取、净化后的自来水会运送给居民使用，使用完毕后，污水会被排污泵抽送到污水处理厂，经过处理净化后，再进排放到大海或其他环境中。
今天上海有数十个污水处理厂，比较大的三家分别是：石洞口污水处理厂、竹园污水处理厂和白龙港污水水质净化厂，其中竹园建成后总处理规模将达到340万m³/日，位居亚洲第一。
上海取水地青草沙水库
理想状态下人类生活的所有污水都需要处理，但这很难实现，所以今天人们先在大中型城市制定了污水排放标准，例如北京2020年的污水处理率就达到了95%，其中中心城区达到99%以上，上海的数据和此类似。
而在这个循环过程中，尤其是在雨污水的排放环节，泵是最主要的“运输工具”。
以雨水为例，城市雨水随着排水口进入管网，如果附近有河道，这些水会从地下管网直接流入河道排放——平常我们在城市内河看到的排水口大多是雨水排放口。
如果附近没有河流，则雨水会沿着排水管向下流动，地下排水管有一定的倾斜坡度（按照规定市政排水一般的坡度在千分之一到千分之三之间）水流沿着排水管汇集到附近泵站的储水池中，储水池一般位于地下7-10米处，能存储几百到数千方的污水，这些污水汇集滞留到一定程度后由泵将其提升到更高一层的倾斜管道中再次流向更远处的泵站。
如果大地是透明的，我们就可以看到城市地下的泵站和排水管路像台阶一样一层层一次次的将污水抬高、滑落、滞留，再抬高、再滑落、再滞留——这个过程就像是雨水在地面以下的“提灌”。
日本的地下排水系统示意图
雨污分流的城市，雨水在经过“提灌”后最终流入城市的排水河；而雨污合流的城市，雨水会和污水一起流入到污水处理厂，净化处理后再流入排水河还给自然。
大城市的新尝试
上海市属平原感潮地区，是国内较早建立泵站的城市，其于1958年建设了全市第一个雨水泵站，福建中路雨水泵站。
随后，伴随着城市的扩张，新的泵站也随之建立。
泵站一般由市政工程设计院设计，然后交由施工和相关的设备提供方施工建设，比如赛莱默就是拿着设计院提供的“设计参数图”来提供相应的施工和设备。
污水泵站的多少和当地的人口、建筑面积相关，人口集中的区域污水泵站会更加密集，相反则会稀疏。
而雨水泵站则和“汇水面积”直接相关，城市中大量的硬化路面让雨水无法直接进入地下，从而增加了汇集到下水道雨水的总量，也增加了水泵的工作量。
在上海的雨水泵站中，最具有代表性的或许是肇嘉浜路排水系统。
从城建数据看，一直以来上海市图书馆附近以及新乐路地区是上海闹市区海拔最低、排水设施最老的地方。官方数据显示，这一区域局部最低洼处的吴淞标高仅2.30米，比黄浦江警戒水位4.55米要低了2米多。此外肇嘉浜泵是上海最陈旧的泵站，被列为上海首批急待改造的16座老泵站之一，因此每遇大雨积水，此处都是重灾区。
2003年，上海市宣布总投资3亿余元对这一区域排水系统进行改造，并于2004年4月投入使用。其中，肇家浜路雨污水合建泵站，服务面积740公顷。雨水泵站配泵总流量28.7m³/s，污水泵站配泵总流量4.54m³/s，占地8.8亩，一度是中国规模最大的雨污水泵站。
建成后的潜水泵泵站和干式泵泵站
“在国内设计中，泵站一般按照3-5年降水标准设计，厉害一些的按照50年，最多的100年。”茹临锋说。
实际上，并不是城市的设计者不想设计更大更高规格的泵站，而是出于建筑环境、成本等各方考虑而无法进行这样的设计。
“我们和一些城市的设计院做过交流，不同城市、国家之间对地下管网建设的方式也不一样，我们国家建设速度快，变化也快，为了应对快速发展的需求我们会快速规划施工，后面看，可能有一些地方不够完善，但当时能做的只有这么多。”赛莱默产品经理杨祝闪说。
虽然，泵站和地下管网无法在短期内升级，但是如果更精细的运用管网系统也能更好的抵御暴雨的袭击。比如上海在2020年初开启了一种名为“一网统管”的智慧城市实践，管理者将城市全面数字化，通过数据来调配资源，能更好的防范暴雨大水带来的内涝隐患。
在“一网统管”系统中，表达“城市运行体征”的数据有1700多项，包括降水、人流等等数据，这些数据每5秒自动刷新一次，能帮助管理者第一时间发现城市运行中的风险和隐患。
遇到暴雨内涝时“一网统管”系统可以计算泵站的水位、储水量，这样就可以最大限度的“统筹排水”。
上海一网统管系统
“此前遇到大雨时每个泵站都全力排水，快速的将积水排放到下游泵站或者管道中，这可能会造成下游管道、泵站积水甚至造成下游区域的内涝。”茹临锋说，“一网统管”能更好的解决这个问题，该系统调配每个泵站的容量，最大限度的利用各级泵站的储水池来储存积水，让雨水尽可能均匀的滞留在每个储水池中，在保证上下游安全的基础上快速高效的排水。
“甚至某个泵站出现故障时‘一网统管’系统可以联动周边泵站做抢险处理，管控积水等等，现在的摄像头、大数据等人工智能技术已经支持这样的技术实现了。”茹临锋说。
“深隧”能成为最后一个屏障吗？
为了提高城市防洪排涝能力和减少污染，许多城市开始尝试用一种新型的排水调蓄管道系统——深隧。
深隧全称“深层隧道排水系统”，指在城市地下30-60米深处建造的大型隧道型调蓄工程。该工程由竖井、主体隧道、调压水槽、排水泵站等构筑物组成，可以实现洪涝控制、污染控制、交通疏导等多种功能，已经成为诸多发达城市解决排水问题的一个重要选择。
该技术发源于美国，世界上第一个大型深隧调蓄工程是美国芝加哥市的深隧水库工程(Tunnel and Reservoir Plan，TARP)。
芝加哥年平均降水量约965毫米，主要集中在夏季，由于雨季内涝频繁发生，溢流污染严重，对其饮用水源地——密歇根湖造成严重污染。
因此在经历了长期的论证后，1975年芝加哥开始建设深隧水库工程。他们建设了一套长176千米、直径2.5-10.0米、埋深45-106米的深隧系统，其中包含264个直径1.2-7.6米的竖井，3座最大的流量3780万立方米/天，提升扬程107米的排水泵站；以及超过600个地面连接设施。
通过这套竖井及深隧收集雨水后，芝加哥可以减少405处溢流点。收集的雨水通过3座调蓄水库被输送到一个4500万吨/天的超大规模污水处理厂，处理达标后的雨水最终排入自然河流。
TARP一期工程直至2006年方才建成，该工程有效减轻了芝加哥的城市内涝和水体污染，对保护密歇根湖发挥了重要作用。
随后这一工程就被全球其他发达城市竞相复制，其中较有名气的如日本东京深邃工程——东京“地下神殿”。
东京深隧投资约200亿元，由地下隧道、5座竖井、调压水槽、排水泵房和中控室组成，这些巨大的竖井可以轻松放下美国自由女神像或者一个航天飞机，以至于人们形象的表示，东京的地下都被挖空了。该深隧最大排洪流量可达200立方米/秒，于1992年开始施工至2007年建成，其按照“百年一遇” 排水标准建设。
东京地下排水工程，被称为地下神殿
此外，马来西亚、新加坡、伦敦等地都建造了自己的深隧工程。
近年来，国内城市也开始关注深隧，多个城市排水主管部门提出将深隧作为城市排水的重要工程技术方案，其中上海、广州、武汉等城市的深隧排水工程方案已经得到当地市政府批准，先后开始施工。
其中深圳前海深隧是国内第一条大型综合排水深隧系统工程，也是首个集旱季污水收集、雨季污染控制及排涝安全保障三种功能于一体的复合型深隧工程，其定位为“前海水屏障”。
该项目总投资约24.1亿元，沿月亮湾大道西侧布设，起点为关口渠，终点为前湾河水廊道，由主隧、支隧、预处理站及大型枢纽泵站组成。主隧长约3.74公里，内径6.0米，相当于3辆轿车并行的宽度。埋深约45米，为深层隧道，下穿1号线、9号线及11号线三条地铁线路。
该项目排涝设计标准为50年一遇，排涝规模为86m³/s。初（小）雨规模：截流标准为10毫米，调蓄处理规模为10万立方米/天。
这个超大的调水工程配备了巨大的泵站，其枢纽泵站深度为51.7米，相当于17层楼高度。共配置4台初雨泵，2台中间泵和8台排涝泵。如果这些泵同时工作，可将杭州西湖的水在2天内抽干。
“我们为这个项目定制了水泵，仅这个泵就8米高。”杨祝闪说。
但即便用了如此巨大的水泵和隧道，深圳深隧依旧不是国内规模最大深隧工程，更大的项目出现在武汉，武汉深隧于2018年开工，该工程主隧全长约17.5公里，是目前国内传输流量最大、输送距离最长，其深隧泵房深度48米、直径43米，深基坑在国内少见，在水处理项目上更是首例。
武汉在建造国内最大的深邃泵站
“深隧投资规模比较大，施工难度也较高，虽然也不能完全阻挡极端天气带来的灾害，但深隧给灾害带来了弹性操作的空间。”杨祝闪说。
不过，深隧并不是万能的，随着雨污排放的增加和财务问题的困扰，很多城市也开始探索新的排水治污方案。
在20世纪末的30年间，美国国家环保局认为深隧是解决水问题的首选技术方案，但到20世纪初，他们将解决手段转向雨洪管理绿色基础设施理念，简单的说就是以恢复自然河道，建设绿地、湿地公园的方式来调蓄洪水，这种方式能从源头吸纳蓄滞雨水。
以纽约为例，2005年纽约推迟了原计划修建的两条深隧工程，开始兴建一系列绿色雨洪调节设施，并改建和新建一批雨水管网，吸纳蓄滞10%不透水地面的25毫米初雨，每年将雨污溢流总量减少568万m3 。
“这就像草原上下雨，地面都是土壤、草地，雨水落下后就自动收集到土地中，根本不需要水泵去收集排水，而城市地表被大量硬化后，雨水无法渗透，容易形成内涝，才需要水泵去排水。”茹临锋说，国内现在也提倡“灰绿蓝”结合的水治理方式，灰色的污水进处理厂、绿水的降雨落水尽量进入“城市海绵体”进行再利用或者填补地下水；蓝色的受纳水体可以更好的保证环境质量。
“现在做城市建设的时候都在提倡综合考虑，统筹规划，这是一个系统工程。”茹临锋说。
参考资料：
1、 上海城市规划杂志：上海市雨水泵站用地标准研究|上海城市规划
2、 中国经济周刊：“上云”故事之上海：一座超级都市的“一网统管”实践
3、 泵友圈：超级泵站：深隧
4、 东方网：市区最低点将告别积水 肇嘉浜路排水改造开工
5、 亚洲环保网：亚洲第一上海竹园污水处理厂日处理总量将达到340万方
6、 赛莱默：赛莱默飞力A-C定制泵在深圳前海深隧中的应用
7、新京报：北京721暴雨1周年：京港澳高速被淹处建通道
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